一种电流载体及其设计方法与流程

本发明属于电力设备领域，尤其涉及一种应用于电力输电、配电等环节电器连接的电流载体及其设计方法。

背景技术：

电力系统中输配电环节是一个复杂的综合有控制端及输变电设备的环节。该环节内部有大量的开关元器件、控制元器件等零部件。电器之间一般采用电流载体连接，尤其是承载大电流的载体一般选用硬铜排，如图1所示。电器位置确定的情况下，电器连接的高可靠性需要铜排具有较高的尺寸精度及连接的可靠性。若载体连接不紧固或者铜排表面不平整导致安装面之间存在间隙，在通大电流时接触面电阻就会增大，从而铜排发热，甚至造成事故。高质量的载体连接有助于保障电力系统的稳定，提高电力行业的服务水平和用户的用电体验。此外，我国电力行业发展迅速，对电流载体(铜排、大型电缆)等产品需求量巨大。更优化的载体结构提供了一种高效的生产方式及更优化的材料使用量，能有效提高社会综合生产率水平，间接的促进电力行业的快速发展，同时也可减少铜材料的消耗量。

目前输配电环节的电器连接基本上有两种模式。第一种小电流电器连接采用软导线，该方式只适用于小电流的配电环节；第二种是较大电流的电器连接采用铜排拼接，该方法能有效提高载体的载流量，使用范围可涉及到大电流的输电环节，但该方法需要大量的连接及转接，系统可靠性变差，且需要投入大量的人力参与装配维护，以及大量的紧固件消耗。

因此，无论从产品性能上还是资源消耗上，输配电环节的电器连接所需的载体都需要有更优化的结构设计。载体的结构需要进一步改进。

技术实现要素：

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，既适用大电流电器连接又可以保障系统的可靠性，本发明提供一种电流载体。

本发明的另一目的是提供一种电流载体的设计方法。

技术方案：一种电流载体，包括扁平的金属条，所述金属条包括第一弯折部、第二弯折部和中间斜弯段，第一弯折部与第二弯折部分别位于中间斜弯段的两端，中间斜弯段包括前面和背面，所述第一弯折部向中间斜弯段的前面弯折，所述第二弯折部向中间斜弯段的背面弯折，第一弯折部与第二弯折部均开有通孔。

一种电流载体的设计方法，包括以下步骤：

(1)根据两个连接点的位置，以其中一个连接点为坐标原点建立空间直角坐标系，测量另一个连接点在所述空间直角坐标系中的坐标值，设另一个连接点的横坐标为x，纵坐标为y，竖坐标为z；设第一弯折部与中间斜弯段延长面的夹角为α；第一弯折部与中间斜弯段的交界处为第一弯折线，第二弯折部与中间斜弯段的交界处为第二弯折线，第一弯折线与第二弯折线互相平行，令第一弯折线与中间斜弯段侧边的夹角为β；

(2)令中间斜弯段的长度为l，计算l、α及β

(3)根据l及β的值确定第一弯折线与第二弯折线的位置，将第一弯折部沿第一弯折线向中间斜弯段的前面弯折α度；将第二弯折部沿第二弯折线向中间斜弯段的背面弯折α度成型；

(4)根据两个连接点的位置，分别在第一弯折部与第二弯折部的相应位置开通孔。

有益效果：相比较现有技术，本发明提供的一种电流载体，原理上采用一种连续、非转接的电流载体新型结构，适用于大电流电器的连接，尤其适用于x、y、z方向均有距离差异的电器连接场合；采用一体成型的结构，彻底解决紧固件拼接载体带来的可靠性隐患，保证了电器之间的电气连接性能，有效提高了输配电系统的稳定性；无需大量人力参与装配维护以及大量的紧固件消耗，节约成本。

本发明提供的一种电流载体的设计方法，利用该电流载体结构空间尺寸与加工参数之间的函数关系，基于空间坐标变换，采用变换矩阵计算快速精确的得到该结构中的加工参数，根据加工参数，通过加工设备实现连续、非转接的空间载体结构。该方法可以精确的得到连接两个电器之间的电流载体的加工参数，包括角度和长度，使得加工出来的电流载体更加满足实际需要，具有更好的灵活性。

附图说明

图1是原铜排连接方案示意图；

图2是本发明电流载体的结构示意图；

图3是本发明电流载体装配示意图的主视图；

图4是本发明电流载体装配示意图的右视图；

图5是本发明电流载体坐标系设计图；

图6是本发明电流载体的结构实现实施过程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，电流载体包括扁平的金属条，所述金属条包括第一弯折部1、第二弯折部2和中间斜弯段3，第一弯折部1与第二弯折部2分别位于中间斜弯段3的两端，中间斜弯段3包括前面和背面，所述第一弯折部1向中间斜弯段3的前面弯折，所述第二弯折部2向中间斜弯段3的背面弯折，第一弯折部1与第二弯折部2均开有通孔4，图中还画有配合通孔4与连接点固定的螺栓，当然也可以采用本领域常用的其他固定方式。

第一弯折部1与中间斜弯段3的交界处为第一弯折线11，第二弯折部2与中间斜弯段3的交界处为第二弯折线21，所述第一弯折线11与第二弯折线21互相平行。第一弯折线11与中间斜弯段3的侧边的夹角可以垂直，也可以不垂直，依据连接点是否横向有距离差，若横向无距离差，第一弯折线11与中间斜弯段3的侧边的夹角设计为90度；若有横向距离差，则设计为其他角度，具体角度确定方法在下文有所介绍。

所述第一弯折部1与中间斜弯段3的夹角等于第二弯折部2与中间斜弯段3的夹角。

所述第一弯折部1、第二弯折部2与中间斜弯段3的宽度均相等，未弯折之前整个金属条呈长方形。

所述通孔4为内螺纹通孔，配合螺栓使用，固定在需要连接的连接点处。

该电流载体可以用于电力输电、配电环节等的电器连接，尤其适用于x、y、z方向均有距离差异的电器连接场合；一体成型的结构避免紧固件拼接载体带来的可靠性隐患，保证了电器之间的电气连接性能，可以有效提高输配电系统的稳定性；无需大量人力参与装配维护以及大量的紧固件消耗，节约成本。

该电流载体的设计方法步骤如下：

(1)如图3和4所示的电流载体装配示意图，两个待连接的电器分别为第一电器01和第二电器03，中间通过电流载体02相连接，第一电器01上的连接点010与第二电器03上的连接点030相对应连接。根据两个连接点的位置，以其中一个连接点为坐标原点建立空间直角坐标系，测量另一个连接点在所述空间直角坐标系中的坐标值，设另一个连接点的横坐标值为x，纵坐标值为y，竖坐标值为z；设第一弯折部与中间斜弯段反向延长面33的夹角为α，中间斜弯段反向延长面实际上并没有，图中是为了方便描述而增加的；第一弯折部1与中间斜弯段3的交界处为第一弯折线11，第二弯折部2与中间斜弯段3的交界处为第二弯折线21，第一弯折线11与第二弯折线21互相平行，令第一弯折线11与中间斜弯段3侧边的夹角为β；

(2)令中间斜弯段的长度为l，计算l、α及β

该计算公式的推算过程如下：

如图5所示，因铜排等硬电流载体初始状态为长平条状，故在初始状态折弯线与左长边交点为坐标原点oa，沿长边背离折弯段方向为ya+，以垂直长边的右方向为xa+，建立世界坐标系{a}；以oa为坐标原点，以折弯线远离原点方向xb+，以垂直折弯线且与ya+为锐角方向为yb+，建立斜弯坐标系{b}；以xb作为xc轴，以斜弯平面的法向为zc+，建立折弯坐标系{c}；在斜弯段载体平面内，以斜弯段原长边反方向为yd+，以垂直yd+且超载体方向为xd+，建立末端坐标系{d}；各坐标系如图5所示，基于空间坐标变换，采用变换矩阵连续左乘而得。

中间斜弯段3的端点p在末端坐标系{d}中的位置为：pd＝[0-l01]^t。(其中l为p点至o点的空间距离)由坐标系位置关系可计算出坐标系{a}与坐标系{b}之间的空间变换矩阵坐标系{b}与坐标系{c}之间的空间变换矩阵坐标系{c}与坐标系{d}之间的空间变换矩阵分别为：

根据坐标变换算法，p点在世界坐标系{a}中的位置和姿态可由坐标系之间的变换矩阵表示为：

计算得出：

实际设计及加工过程中，末端点的位置信息是已知量，而角度α、β和中间斜弯段长度l信息是未知量。正向数学模型中求出了末端点坐标与角度、中间斜弯段长度之间关系，根据此关系反算α、β和中间斜弯段长度l与实际需要的末端点位置之间的函数关系，称为逆向运算。逆向运算便可以得到式(1)。

(3)如图6所示，根据l及β的值确定第一弯折线11与第二弯折线21的位置，将第一弯折部1沿第一弯折线11向中间斜弯段的前面31弯折α度；将第二弯折部2沿第二弯折线21向中间斜弯段的背面32弯折α度成型；

(4)根据两个连接点的位置，分别在第一弯折部1与第二弯折部2的相应位置开通孔。

该电流载体的设计方法利用其结构空间尺寸与加工参数之间的函数关系，基于空间坐标变换，采用变换矩阵计算快速精确的得到该结构中的加工参数，根据加工参数，通过加工设备实现连续、非转接的空间载体结构。该方法可以精确的得到连接两个电器之间的电流载体的加工参数，包括弯折角度和中间斜弯段长度，使得加工出来的电流载体的结构和尺寸更加满足实际需要，具有更好的灵活性。