专利名称：一种解决母线框紧固螺栓涡流发热问题的方法
技术领域：
本发明涉及螺栓涡流发热的问题，特别涉及一种解决母线框紧固螺栓 涡流发热问题的方法。
背景技术：
目前，国内流行的各种低电压大电流母线框，在运行过程中常常出现
发热烧毁的问题。当矩形母线电流大于2500A时，这类故障必然存在。所 以，深刻揭示母线框发热机理，并寻求切实有效的措施解决其发热问题， 对提高供电的可靠性有着重要的意义。而需要指出的时，烧毁的部位几乎 全部是紧固螺栓周围的绝缘介质，而且并不是由屏架的钢构传热至螺栓的。 因为，在实验中将母线框脱离屏架，发现大电流时发热情况和损坏情况依 然如故。因此，现行各类母线大电流引起的钢构发热的分析方法在此并不 适用。从实验中母线烧毁的部位来看，烧毁是由于螺栓过热引起，而唯一 的热源是大电流母线邻近的强磁场引起的螺栓中的涡流。因此，计算螺栓 的涡流发热，是解决问题的关键。
发明内容
为解决上述问题，本发明公布了一种解决低压大电流母线框紧固螺栓涡流发热过高问题的方法，其步骤如下
第一步，测量螺栓的母排宽度b以及母排至螺栓的距离d，然后根据 磁场强度计算公式计算出螺栓内实际磁场强度；
第二步，测量螺栓半径a以及长度l;
第三步，在螺栓内取一薄壁圆筒，圆心为螺栓中心，测量该薄壁圆筒
的厚度dr以及该薄壁圆筒的半径r，并根据螺旋涡流计算公式计算出螺栓 柱体内总涡流大小；
第四步，由5(0 = /^(0，带入螺栓功率消耗公式计算出螺栓消耗的总功 率，再计算出螺栓一个周期内消耗的平均功率；
第五步，根据螺栓功率计算公式以及计算出的功率，适当调整螺栓母 排宽度b、母排至螺栓的距离d、螺栓的半径a，以及选择耐热、散热性能 好的绝缘材料做母线框，最后，尽量选磁导率与电导率都很低的材料制作 螺栓，则是改善螺旋及紧固件发热的最有效和最根本办法。
其中，所述磁场强度计算公式为5(0 = ^(0，螺旋涡流计算公式为
〖=^1宇，螺栓 一 个周期内消耗的平均功率计算公式为
尸=~， ，/ (3鮮 g2 ^ + ^难2 。
采用本发明的有益效果是，可以有效改善涡流发热的问题，保证供电 的安全性和可靠性。
图1为母线框截面5图2为X方向的磁场强度分布示意图; 图3为Y方向的磁场强度分布示意图; 图4为圆柱螺旋的涡流。
具体实施例方式
为了使本发明更容易被理解，下面我们结合附图做更进一步的说明,
参阅图l，由i/";(
1
2;^
.少
6
三W 2
y〈o日寸，d故(为减函数.
7>0时，仏>0.故仏为增函数.
据此W，，
2;zrfd 2
参阅图2、图3，距母线d处长度为b铁磁材料螺栓，其水平和垂直方 向都会产生涡流，但是由于水平方向磁场强度是逐渐增大，中间最小值为0， 同时螺栓水平方向长度较小，所以产生的涡流及其发热并不大，可以忽略 不记。因此，我们可以得出垂直方向的磁场是是螺栓发热的主要影响因素。 因此，.螺栓内任意一点磁场强度为= + 7/,v(,) + 。
再由图1得，Hv(0 =去(—,A + , S + , ;V)，同时我们假 设三象电流是对称的，并设ic-Imsinon。则我们可以通过代入公式推论出，
6
6V^3T啤上
其中p-arctan-^ 。考虑到钢的去磁效应和母线分布对磁场强度的影
响，取螺栓内实际磁场强度为
A, 3a,'"g2上+ d《2上./",sin(纽+ p)，其中K为考虑到钢的去磁
效应和母线分布对磁场强度影响的综合系数。
参阅图4，螺栓半径为a，长度为l，在螺栓内取一薄壁半径为r，厚 度为dr，将该薄壁是视为一线圈，同时纵向磁场强度为B(t)。则薄壁产生
的感应电流为~=丄，由于e--!，所以我们可以得出i ,5p丄-z^^ z-=丄.^,，&。因此，根据上述公式我们可以推出螺旋柱体内总涡流的大
小计算公式为、=^宇。
将i/,, = i7^(,)=丄」3wc《2上+ arc/g2上.乙sin(欣+ p)代入螺旋柱体内总 涡流的大小计算公式，我们就可以得出
—k 2上+ ^ 2上 其中y为螺栓材料磁导
》4p6 Y s 2d s 6f
率，f为正弦交流电频率，"为正弦交流电的角频率，Im为正弦交流电的 最大值。
所以综上所述，螺栓总共消耗的功率 ， p = /。V々2 (3 上+ 。rcfg2上)t cos2(纽+ p)而螺栓在一个周期内消
耗的功率则为戸=^4 /2(3arc^A+ g2 。因此根据以上公式计算螺栓一个周期平均消耗的功率以及根据计算公 式中的关键值适当调整螺栓母排宽度b、母排至螺栓的距离d、螺栓的半径 a，以及选择耐热、散热性能好的绝缘材料做母线框，则能有效的改善螺旋
及紧固件发热问题。同时，根据上述公式，选磁导率与电导率都很低的材 料制作螺栓，则是改善螺旋及紧固件发热的最有效和最根本办法。而选用 不锈钢材质的就能达到这样较好的效果。
其具体操作步骤如下
第一步，测量螺栓的母排宽度b以及母排至螺栓的距离d，然后根据
磁场强度计算公式计算出螺栓内实际磁场强度； 第二步，测量螺栓半径a以及长度l;
第三步，在螺栓内设取一薄壁圆筒，圆心为螺栓中心，测量该薄壁圆
筒的厚度dr以及该薄壁圆筒的半径r，再由B(t)二yH(t)，并根据螺旋涡 流计算公式计算出螺栓柱体内总涡流大小；
第四步，将螺栓涡流大小带入功率消耗公式计算出螺栓消耗的总功率， 再计算出螺栓一个周期内消耗的平均功率；
第五步，根据螺栓功率计算公式中的关键值以及计算出的功率，适当 调整螺栓母排宽度b、母排至螺栓的距离d、螺栓的半径a，以及选择耐热、 散热性能好的绝缘材料做母线框，最后，尽量选磁导率与电导率都很低的 材料制作螺栓，则是改善螺旋及紧固件发热的最有效和最根本办法。
权利要求
1. 一种解决母线框紧固螺栓涡流发热问题的方法其步骤如下第一步，测量螺栓的母排宽度b以及母排至螺栓的距离d，然后根据磁场强度计算公式计算出螺栓内实际磁场强度；第二步，测量螺栓半径a以及长度1；第三步，在螺栓内取一薄壁圆筒，圆心为螺栓中心，测量该薄壁圆筒的厚度dr以及该薄壁圆筒的半径r，并根据螺旋涡流计算公式计算出螺栓柱体内总涡流大小；第四步，由B(t)＝μH(t)，带入螺栓功率消耗公式计算出螺栓消耗的总功率，再计算出螺栓一个周期内消耗的平均功率；第五步，根据螺栓功率计算公式以及计算出的功率，适当调整螺栓母排宽度b、母排至螺栓的距离d、螺栓的半径a，以及选择耐热、散热性能好的绝缘材料做母线框，最后，尽量选磁导率与电导率都很低的材料制作螺栓，则是改善螺旋及紧固件发热的最有效和最根本办法。
2.根据权利要求1所述一种解决母线框紧固螺栓涡流发热问题的方 法，其特征在于，所述磁场强度计算公式为
3. 根据权利要求1所述一种解决母线框紧固螺栓涡流发热问题的方 法，其特征在于，所述螺旋涡流计算公式为/^=^#。
4. 根据权利要求1所述一种解决低压大电流母线框紧固螺栓涡流发热过高问题的方法，其特征在于，所述螺栓一个周期内消耗的平均功率计算公式为f - "y/2 (3^啤2 j+a,'啤2 a)/l 。2一2 2d
5.根据权利要求1所述一种解决母线框紧固螺栓涡流发热问题的方 法，其特征在于，所述螺栓采用不锈钢材质。
全文摘要
本发明涉及一种解决母线框紧固螺栓涡流发热问题的方法，通过螺栓功率计算公式以及计算出的功率，适当调整螺栓母排宽度b、母排至螺栓的距离d、螺栓的半径a，以及选择耐热、散热性能好的绝缘材料做母线框，最后，尽量选磁导率与电导率都很低的材料制作螺栓，来解决低压大电流母线框紧固螺栓的发热问题。采用本发明的有益效果是，可以有效改善涡流发热的问题，保证供电的安全性和可靠性。
文档编号H02B5/00GK101453105SQ20081014219
公开日2009年6月10日 申请日期2008年9月11日 优先权日2008年9月11日
发明者郑程遥 申请人:深圳市宝安任达电器实业有限公司