CN113054453A - 一种管母线圆杆导体同轴引流装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管母线圆杆导体同轴引流装置及其施工方法,包括管母线夹和同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器,管母线夹上端固定连接在管母导体上,下端设置的圆杆导体一固定连接在同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器上端,同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器下端固定连接圆杆导体二。本发明采用管母线夹实现管母导体的连接,并通过同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器实现圆杆导体同轴连接结构,管母线夹与管母导体连接处以及管母线夹与同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器连接处能降低接触电阻和应力,并在冷热循环后接线装置导体接触面不会出现缝隙松动氧化,提高连接装置的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于同轴圆杆导体连接金具技术领域,具体涉及一种管母线圆杆导体同轴引流 装置及其施工方法。
背景技术
在220kV以上变电站中,变电站母线普遍使用铝管(管母),从管母上需要通过管母引流线夹将电流引流到导线中去。传统的管母引流线夹常用L螺旋式和Y压接式,它们结 构的共同特点为:线夹分为上半圆抱箍、下半圆抱箍,半圆抱箍和下半圆抱箍通过钢螺栓 连接,拧紧钢螺栓使上下两半圆抱箍抱紧铝管,再下半圆抱箍上的引流接线板或引流压接 管将电流引流到导线。由于管母引流线夹主要作用是传输电流,对载流能力要。求较高, 多用铝合金制造。由螺栓紧固,承受预紧应力,对合金的力学性能有一定的要求,但该类 型线夹是配套设备的附属部件,验收时一般以温升试验通过即认为满足要求。
由于结构原因,管母引流线夹形状相当于一段纵向剖开的管子,用钢螺栓紧固紧后经 常存在几方面缺陷:
1)管母引流线夹环向应力分布不连续,线夹抱箍与管母导体抱紧压力不可控,容易 导致管母引流线夹与管母导体屈服啮合面积不足,造成接触电阻过大,引起发热;
2)由于管母引流线夹抱箍螺栓肩台伸出抱箍,螺栓紧固时,抱箍螺栓肩台与抱箍过 渡部位承受很大的剪应力,由于铝合金等材料的晶粒比较粗大,管母引流线夹抱箍肩台容 易产生裂纹,导致管母引流线夹断裂,引起故障;
3)为了保证传统管母引流线夹抱箍对管母导体有足够的抱紧力,抱箍紧固螺栓预紧 力比较大,必须使用4.8级以上的钢制螺栓,由于钢制螺栓与管母引流线夹材料不一样,屈服强度、热膨胀系数相差甚远,管母引流线夹经过一定时间运行后,因为环境温度的变化,使管母引流线夹螺栓紧固处松动,造成管母引流线夹抱箍与管母导体接触电阻增大,引起发热,引起故障。
传统抱杆线夹,又称抱箍线夹、桩头抱杆、螺杆端子线夹(见DL/T 765.3),用于变压 器、柱上开关等与导线、其他设备的连接,由于主要作用是传输电流,对载流能力要求较高,多用铜及其合金制造。由螺栓紧固,承受预紧应力,对合金的力学性能有一定的要求,但该类型线夹是配套设备的附属部件,验收时一般以温升试验通过即认为满足要求,。
由于结构原因,抱杆线夹形状相当于一段纵向剖开的管子,用钢螺栓紧固紧后经常存 在几方面缺陷:
1)抱杆线夹抱箍环向应力分布不连续,抱杆线夹抱箍与圆杆导体抱紧压力不可控, 容易导致抱杆线夹抱箍与圆杆导体屈服啮合面积不足,造成接触电阻过大,引起发热,引 起高压电气设备故障;
2)由于抱杆线夹抱箍螺栓肩台伸出抱箍,螺栓紧固时,抱箍螺栓肩台与抱箍过渡部 位承受很大的剪应力,由于黄铜等材料的晶粒比较粗大,抱杆线夹抱箍肩台容易产生裂纹, 导致抱杆线夹断裂,引起高压电气设备故障;
3)为了保证传统抱杆线夹抱箍对圆杆导体有足够的抱紧力,抱箍紧固螺栓预紧力比 较大,必须使用4.8级以上的钢制螺栓,由于钢制螺栓与抱杆线夹材料不一样,屈服强度、 热膨胀系数相差甚远,抱杆线夹经过一定时间运行后,因为环境温度的变化,使抱杆线夹 螺栓紧固处松动,造成抱杆线夹抱箍与圆杆导体接触电阻增大,引起发热,引起高压电气 设备故障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种管母线圆杆导体同轴引流装置及其施工方法, 以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为:一种管母线圆杆导体同轴引流装置,包括管母线夹和同轴 圆杆导体楔子自锁张力连接器,管母线夹上端固定连接在管母导体上,下端设置的圆杆导 体一固定连接在同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器上端,同轴圆杆导体楔子自锁张力连接 器下端固定连接圆杆导体二。
管母线夹包括均为相同导电材料的上抱箍、下抱箍和楔子一,还包括导电的嵌环一, 上抱箍两侧设置有台阶,台阶上表面设置有四个拔模槽一,下抱箍两侧上端设置有延伸段, 延伸段设置为倒立L型结构,延伸段上内侧设置有与四个拔模槽一对应给你的四个拔模面 一,四个拔模槽一和四个拔模面一分别形成四个矩形楔槽,四个楔子一分别***到四个矩 形楔槽固定上抱箍和下抱箍,嵌环轴一向设置有缺口一,弹性内置于上抱箍与下抱箍之间 构成的圆孔内且环包管母导体。
同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器包括均为相同导电材料的抱箍二、压板和楔子二, 还包括导电的嵌环二,抱箍二为条形结构,长度方向开设有方通孔,方通孔长度方向底侧 中部设置有半圆弧通槽一,压板置于方通孔内,长度方向底侧中部设置有半圆弧通槽二, 压板两侧设置有台阶,台阶上表面设置有对称的四个拔模面二,方通孔内两端上侧面设置 有与四个拔模面二对应的四个拔模槽二,四个拔模面二和四个拔模槽二分别形成四个矩形 楔槽二,楔子二采用四个,分别***到四个矩形楔槽固定抱箍二和压板,嵌环二轴向设置 有缺口二,采用两个,分别弹性内置于抱箍二与压板之间构成的圆孔两端内且分别环包圆 杆导体一和圆杆导体二。
优选的,上述每个楔子二采用装配螺钉沿楔子二长度方向穿入将其紧固在抱箍二上拔 模槽二的内端侧面上;抱箍二上侧中部横向开设有U型缺口;压板中部与抱箍二之间采用 定位紧定螺钉定位。
一种管母线圆杆导体同轴引流装置的施工方法,该方法为:该方法包括管母线夹的安 装方法和同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器的安装方法,管母线夹的安装方法为:将管母 线夹的圆杆导体一安装到同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器上端,用嵌环一环包管母导 体,嵌环一装入下抱箍中,上抱箍压住嵌环一,四个楔子一分别从下抱箍与上抱箍两端形 成的四个矩形楔槽***,用拉马器压紧四个楔子一,使上抱箍和上抱箍与嵌环一之间、嵌 环一与管母导体之间接触表面充分屈服啮合,形成低电阻电流通路;同轴圆杆导体楔子自 锁张力连接器的安装方法为:压板穿入抱箍二中,装上定位紧定螺钉,形成圆杆导体连接 器,抱箍二的四个拔模槽和压板的四个拔模面一共同组成了圆杆导体连接器上下两端的各 两个矩形楔槽,管母线夹的圆杆导体一穿入一个嵌环二内,嵌环二穿入圆杆导体连接器上 端中,旋转圆杆导体一,使圆杆导体一、嵌环二卡在圆杆导体连接器内;圆杆导体二穿入 另一个嵌环二内,嵌环二穿入圆杆导体连接器下端中,旋转圆杆导体二,使圆杆导体二、 嵌环二卡在圆杆导体连接器内,将两个楔子二***圆杆导体连接器一端两个矩形楔槽中, 并用两个装配螺钉分别穿入楔子二和抱箍二上拔模槽二底部的螺孔拉紧,使压板压紧嵌环 二;将两个楔子二***圆杆导体连接器另一端两个矩形楔槽二中,用两个装配螺钉分别穿 入楔子二和抱箍二上拔模槽二底部的螺孔拉紧,使压板压紧嵌环二。
本发明的有益效果:与现有技术相比,本发明针对变电站管母向断路器、隔离开关、 避雷器、电流互感器、电压互感器、变压器等设备引流的引流线圆杆接线端子连接结构, 给出了一种全新高压电气设备圆杆导体连接装置,使连接装置与圆杆导体能产生足够面积 的过盈配合,采用管母线夹实现管母导体的连接,并通过同轴圆杆导体楔子自锁张力连接 器实现圆杆导体同轴连接结构,管母线夹与管母导体连接处以及管母线夹与同轴圆杆导体 楔子自锁张力连接器连接处降低接触电阻;不使用异种材料作为连接装置的承力部件,避 免连接装置出现过大的应力,保证装置主体处于弹性范围,通过自补偿,使连接装置在冷 热循环后接线装置导体接触面不会出现缝隙松动氧化,提高连接装置的可靠性。
附图说明
图1为同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器俯视结构示意图;
图2为同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器前视结构示意图;
图3为同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器左视结构示意图;
图4为楔子受到五个力作用示意图;
图5为楔子侧面结构示意图;
图6为楔子自锁时受力作用示意图;
图7为嵌环前视结构示意图;
图8为嵌环侧视结构示意图;
图9为抱箍立体结构示意图;
图10为抱箍仰视结构示意图;
图11为抱箍前视结构示意图;
图12为抱箍俯视结构示意图;
图13为图10中A-A剖视结构示意图;
图14为图13中D-D剖视结构示意图;
图15为抱箍左视结构示意图;
图16为图12中B-B剖视结构示意图;
图17为压板仰视结构示意图;
图18为压板前视结构示意图;
图19为压板左视结构示意图;
图20为图19中A-A剖视结构示意图;
图21为图18中B-B剖视结构示意图;
图22为楔子侧面结构示意图;
图23为楔子前端面结构示意图;
图24为楔子后端面结构示意图;
图25为同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器立体结构示意图;
图26为圆杆导体前视结构示意图;
图27为圆杆导体仰视结构示意图;
图28为为管母线夹侧视结构示意图;
图29为管母线夹前视结构示意图;
图30为楔子受到五个力作用示意图;
图31为楔子侧面结构示意图;
图32为楔子自锁时受力作用示意图;
图33为嵌环前视结构示意图;
图34为嵌环侧视结构示意图;
图35为下抱箍立体结构示意图;
图36为下抱箍侧视结构示意图;
图37为下抱箍前视结构示意图;
图38为图37中D-D剖面结构示意图;
图39为上抱箍前视结构示意图;
图40为上抱箍侧视结构示意图;
图41为楔子侧视结构示意图;
图42为楔子前视结构示意图;
图43为管母线夹立体结构示意图
图44为管母线圆杆导体同轴引流装置示意图。
具体实施方式
下面结合具体的附图和实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1:如图1-44所示,一种管母线圆杆导体同轴引流装置,包括管母线夹1和同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器2,管母线夹1上端固定连接在管母导体105上,下端设 置的圆杆导体一3固定连接在同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器2上端,同轴圆杆导体楔 子自锁张力连接器2下端固定连接圆杆导体二206。
管母线夹1包括均为相同导电材料的上抱箍101、下抱箍102和楔子一104,还包括导电的嵌环一103,上抱箍101两侧设置有台阶,台阶上表面设置有四个拔模槽一106, 下抱箍102两侧上端设置有延伸段,延伸段设置为倒立L型结构,延伸段上内侧设置有与 四个拔模槽一106对应给你的四个拔模面一107,四个拔模槽一106和四个拔模面一107 分别形成四个矩形楔槽,四个楔子一104分别***到四个矩形楔槽固定上抱箍101和下抱 箍102,嵌环一103轴向设置有缺口一108,弹性内置于上抱箍101与下抱箍102之间构 成的圆孔内且环包管母导体105;四个楔子一104用拉马器压紧;四个楔子一104压紧后 确保上抱箍101、下抱箍102、嵌环一103与管母导体105接触表面充分屈服啮合,形成 低电阻电流通路,采用四个楔子锁紧上抱箍和下抱箍,并在轴向开缺口的嵌环的弹性作用 下,使上抱箍、下抱箍以及嵌环构成的连接装置与管母导体能产生足够面积的过盈配合, 降低接触电阻;通过优化设计,不使用异种材料作为连接装置的承力部件,避免连接装置 出现过大的应力,保证装置主体处于弹性范围,通过自补偿,使连接装置在冷热循环后接 线装置导体接触面不会出现缝隙松动氧化,提高连接装置的可靠性。
同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器2包括均为相同导电材料的抱箍二201、压板202 和楔子二204,还包括导电的嵌环二203,抱箍二201为条形结构,长度方向开设有方通孔208,方通孔208长度方向底侧中部设置有半圆弧通槽一209,压板202置于方通孔208 内,长度方向底侧中部设置有半圆弧通槽二212,压板202两侧设置有台阶,台阶上表面 设置有对称的四个拔模面二213,方通孔208内两端上侧面设置有与四个拔模面二213对 应的四个拔模槽二14,四个拔模面二213和四个拔模槽二214分别形成四个矩形楔槽,楔 子二204采用四个,分别***到四个矩形楔槽固定抱箍二201和压板202,嵌环二203轴 向设置有缺口二210,采用两个,分别弹性内置于抱箍二201与压板202之间构成的圆孔 两端内且分别环包圆杆导体一3和圆杆导体二206,本发明能实现两圆杆导体的同轴连接, 给出了一种全新高压电气设备圆杆导体连接装置,使连接装置与圆杆导体能产生足够面积 的过盈配合,降低接触电阻;不使用异种材料作为连接装置的承力部件,避免连接装置出 现过大的应力,保证装置主体处于弹性范围,通过自补偿,使连接装置在冷热循环后接线 装置导体接触面不会出现缝隙松动氧化,提高连接装置的可靠性。
优选的,上述每个楔子二204采用装配螺钉205沿楔子二204长度方向穿入将其紧固 在抱箍二201上拔模槽二214的内端连接板215的螺纹孔216上;抱箍201上侧中部横向开设有U型缺口207;压板202中部与抱箍二201之间采用定位紧定螺钉211定位。
实施例2:一种管母线圆杆导体同轴引流装置的施工方法,该方法包括管母线夹的安 装方法和同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器的安装方法。
实施例3:管母线夹的安装方法为:将管母线夹的圆杆导体一安装到同轴圆杆导体楔 子自锁张力连接器上端,用嵌环一环包管母导体,嵌环一装入下抱箍中,上抱箍压住嵌环 一,四个楔子一分别从下抱箍与上抱箍两端形成的四个矩形楔槽***,用拉马器压紧四个 楔子一,使上抱箍和上抱箍与嵌环一之间、嵌环一与管母导体之间接触表面充分屈服啮合, 形成低电阻电流通路。
上抱箍与下抱箍构成的抱箍和嵌环长度要满足上抱箍或下抱箍半圆弧内界面的导电 载流量,上抱箍或下抱箍半圆弧内界面材料啮合屈服面积必须大于管母导体截面积;上抱 箍、下抱箍和嵌环最小长度为:
式(1)中,
lmin----上抱箍或下抱箍和嵌环最小长度,单位mm;
k----安全系数,取1.2;
α----管母导体直径,单位mm;
δ----管母导体壁厚,单位mm;
上抱箍、下抱箍和嵌环长度为:
l=10lmin。
拉马器压接楔子一时上抱箍及下抱箍圆弧段需要的径向应力:
式(2)中,
Pcmax----上抱箍或下抱箍圆弧段径向应力,单位MPa;
Ri0.2----嵌环一屈服强度,单位MPa。
上抱箍及下抱箍圆弧段壁厚计算如下:
上抱箍及下抱箍圆弧段最小壁厚为:
式(3)中,
Pcmax----上抱箍及下抱箍圆弧段径向应力,单位MPa;
Di----圆弧段内直径,单位mm;
δcmin----上抱箍及下抱箍圆弧段计算壁厚,单位mm;
Rc0.2----上抱箍及下抱箍材料屈服强度,单位MPa;
上抱箍及下抱箍圆弧段壁厚取安全系数为4,则上抱箍及下抱箍圆弧段壁厚为
δc=4δcmin (4)
式(4)中,
δcmin----上抱箍及下抱箍圆弧段计算壁厚,单位mm;
δc----上抱箍及下抱箍圆弧段壁厚,单位mm。
上抱箍和下抱箍圆弧段的最大环向计算应力:
式(5)中,
Pcmax----上抱箍及下抱箍圆弧段径向应力,单位MPa;
Di----圆弧内直径,单位mm;
δc----上抱箍和下抱箍圆弧段壁厚,单位mm;
σcmax----上抱箍和下抱箍圆弧段的最大环向计算应力,单位MPa。
每个楔子一最低轴向预紧力Fmin:
假设在胀紧中楔子一匀速胀紧,则楔子一受到五个力的作用,即推力F、上抱箍拔模 面的压力N、上抱箍拔模面的摩檫力f,下抱箍拔模面的压力Nb、下抱箍拔模面的摩檫 力fb,根据力的平衡,如图30-31所示,有:
F=fcosβ+Nsinβ+fb cosβ+Nb sinβ (7)
f=μN (8)
fb=μNb (9)
Ncosβ+fb sinβ=Nb cosβ+fsinβ (10)
式中,μ----拔模面摩擦系数,如表1所示;
β----楔子一拔模角,单位°;
经公式(7)-(10)推导,得到楔子一轴向推力与抱箍拔模面压力关系为:
F=2N(μcosβ+sinβ) (11)
表1机加拔模面摩擦因素
相互摩擦物质 | 摩擦因数 |
黄铜对黄铜机加工面 | 0.12 |
青铜对青铜机加工面 | 0.07 |
钢对钢机加工面 | 0.1 |
铝合金对铝合金机加工面 | 0.18 |
由于上抱箍及下抱箍每侧由两个楔子一压紧,则每个楔子压力N为
式(12)中,
N----每个楔子一压力,单位N;
Ncmin----上抱箍及下抱箍环向计算压力,单位N;
β----楔子一拔模角,单位°;
每个楔子一最低轴向预紧力为
式(13)中,
Ncmin----上抱箍及下抱箍环向最小压力,单位N;
μ----抱箍拔模面摩擦系数;
Fmin----楔子一最低轴向预紧力,单位N;
β----楔子一拔模角,单位。
每个楔子一上限轴向预紧力Fmax:
为了确保管母、下抱箍板的安全,除了要满足膨胀截面的导电载流量,下抱箍压梁剪 切应力不能大于抱箍材料屈服强度0.5倍,则:
式(14)中,l---嵌环一长度,单位mm;
Rc0.2----上抱箍或下抱箍材料屈服强度,单位MPa;
t----抱箍压梁实际最小厚度,单位mm;
N----每个楔子一压力,单位N;
β----楔子拔模角,单位°;
将(14)式带入(11)式得
式(15)中,
l---是嵌环一压长,单位mm;
Rc0.2----抱箍材料屈服强度,单位MPa;
t----抱箍压梁实际最小厚度,单位mm;
β----楔子一拔模角,单位°。
楔子一自锁时拔模角:
假设在停胀后楔子一自锁停在抱箍中,如图32所示,则楔子受到四个力的作用,及上抱箍拔模面的压力N、上抱箍拔模面的摩檫力f,下抱箍拔模面的压力Ni、下抱箍拔模 面的摩檫力fi,由于胀压引起的各部件径向应变量(除推力方向)并没有发生改变,及压 力Ni没有发生改变,即
f=μN (16)
fi=μNi (17)
Ni sinβ+Nsinβ=ficosβ+fcosβ (18)
式(17)中μ----摩擦系数(楔子一与上/下抱箍拔模面之间);
Ni---下抱箍拔模面的压力,单位N;
fi----下抱箍拔模面的摩檫力,单位N;
由于楔子一两拔模面压力大小相等,要使停胀后楔子一自锁在连接的抱箍中,临界条件为
tgβ≤μ。 (19)
从式(19)中可以看出,楔子一自锁紧与接触材料摩擦系数、拔模角度有关,与楔子一轴向预紧力无关。经计算及实验验证,黄铜、青铜、钢、铝合金几种常用金属自锁锥环 自锁半锥角如表2。
表2几种金属楔子一自锁拔模角
相互摩擦物质 | 机加工面摩擦因素 | 自锁拔模角 |
黄铜对黄铜机加工面 | 0.12 | ≦6.84 |
青铜对青铜机加工面 | 0.07 | ≦4.0 |
钢对钢机加工面 | 0.1 | ≦5.71 |
铝合金对铝合金机加工面 | 0.18 | ≦10.20 |
嵌环一结构:嵌环一由管母接线柱材质相近的软态纯金属加工而成,也可以直接使用 软态铝条。铝合金牌号为1A99,屈服强度R0.2不高于45MPa。
嵌环一典型设计参数见表3和附图33-34所示。
表3,嵌环一典型结构
下抱箍结构特征:下抱箍材质由管母导体材质接近的硬态合金加工而成。铝合金牌号 为5A05,屈服强度不低于115MPa。
下抱箍为圆同套矩形楔压结构;抱箍各参数取决于管母导体直径ɑ、抱箍拔模面拔模角 β,典型设计计算公式为(长度单位均为mm,部分参数见表4),根据图33-38中变量, 具有如下关系:
H1=H2+2δc
B1取决于引流线载流量。
表4,下抱箍结构大小:
上抱箍结构特征:上抱箍由管母导体材质接近的硬态合金加工而成。铝合金牌号为5A05,屈服强度不低于115Mpa,上抱箍为半圆楔压结构,如图39-40所示,上抱箍各参数取决于管母导体直径ɑ、压板拔模面拔模角β,典型设计计算公式为(长度单位均为mm, 部分参数见表5):
表5,上抱箍结构大小:
楔子一结构特征:楔子一由管母导体材质接近的硬态合金加工而成。铝合金牌号为 5A05,屈服强度不低于115MPa,如图41-42所示,楔子通孔直径P2的底端侧为拉马螺栓孔,楔子一各参数取决于管母导体直径ɑ、压板拔模面拔模角β,典型设计计算公式为(长 度单位均为mm,部分参数见表6):
T2=1.5δc+0.5
表6,楔子一结构大小:
实施例4:同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器的安装方法为:压板穿入抱箍二中,装 上定位紧定螺钉,形成圆杆导体连接器,抱箍二的四个拔模槽和压板的四个拔模面一共同 组成了圆杆导体连接器上下两端的各两个矩形楔槽,管母线夹的圆杆导体一穿入一个嵌环 二内,嵌环二穿入圆杆导体连接器上端中,旋转圆杆导体一,使圆杆导体一、嵌环二卡在 圆杆导体连接器内;圆杆导体二穿入另一个嵌环二内,嵌环二穿入圆杆导体连接器下端中, 旋转圆杆导体二,使圆杆导体二、嵌环二卡在圆杆导体连接器内,将两个楔子二***圆杆 导体连接器一端两个矩形楔槽中,并用两个装配螺钉分别穿入楔子二和抱箍二上拔模槽二 底部的螺孔拉紧,使压板压紧嵌环二;将两个楔子二***圆杆导体连接器另一端两个矩形 楔槽二中,用两个装配螺钉分别穿入楔子二和抱箍二上拔模槽二底部的螺孔拉紧,使压板 压紧嵌环二,两个嵌环二、圆杆导体一、圆杆导体二、抱箍二、压板形成能承受张力的低 电阻电流通路。
压接楔子二锁紧时抱箍二及压板圆弧段需要的径向应力:
式(1)中,
Pcmax----抱箍二及压板圆弧段径向应力,单位MPa;
Ri0.2----嵌环二屈服强度,单位MPa。
抱箍二及压板圆弧段需要的最小壁厚:
式(2)中,
Pcmax----抱箍二及压板圆弧段径向应力,单位MPa;
Di----圆弧段内直径,单位mm;
δcmin----抱箍二及压板圆弧段计算壁厚,单位mm;
Rc0.2----抱箍二及压板材料屈服强度,单位MPa;
每个楔子二最低轴向预紧力Fmin:
如图4-5所示,假设在胀紧中楔子二匀速胀紧,则楔子二受到五个力的作用,即推力 F、抱箍二的拔模面压力N、抱箍二拔模面摩檫力f、压板拔模面的压力Nb、压板拔模 面的摩檫力fb,根据力的平衡,有:
F=fcosβ+Nsinβ+fb cosβ+Nb sinβ (3)
f=μN (4)
fb=μNb (5)
Ncosβ+fb sinβ=Nb cosβ+fsinβ (6)
式中,μ----拔模面摩擦系数,如表1所示;
β----楔子二拔模角,单位°;
经公式(3)-(6)推导,得到楔子二轴向推力与抱箍拔模面压力关系为:
F=2N(μcosβ+sinβ) (7)
表1机加工拔模面摩擦因素
相互摩擦物质 | 摩擦因数 |
黄铜对黄铜机加工面 | 0.12 |
青铜对青铜机加工面 | 0.07 |
钢对钢机加工面 | 0.1 |
铝合金对铝合金机加工面 | 0.18 |
嵌环二侧面积
S=2rπl (8)
式(8)中,
r----是嵌环二内半径,单位mm;
l----是嵌环二压长,单位mm;
胀紧后嵌环二径向应力为
式(9)中,
Pc-----胀紧后嵌环二径向应力,单位MPa;
α----圆杆导体一或圆杆导体二直径,单位mm;
Ri0.2----嵌环二屈服强度,单位MPa;
要满足半圆弧槽内界面的导电载流量,半圆弧槽内界面材料啮合屈服面积必须大于圆 杆接线柱截面积。为保证良好的导电性能,取安全系数为1.5。将式(9)带入(7)式, 得每个楔子二最低轴向预紧力为:
式(1:0)中,
k----安全系数,取1.5;
α----圆杆导体直径,单位mm;
Ri0.2----嵌环二屈服强度,单位MPa;
μ----拔模面摩擦系数。
每个楔子上限轴向预紧力Fmax:
为了确保抱箍二、压板的安全,除了要满足膨胀截面的导电载流量,压板压梁剪切应 力不能大于抱箍二材料屈服强度0.5倍,则:
式(14)中,l---嵌环二长度,单位mm;
Rc0.2----抱箍二和压板材料屈服强度,单位MPa;
t----抱箍二实际最小厚度,单位mm;
N----抱箍二拔模面压力,单位N;
β----楔子二拔模角,单位°;
将(11)式带入(7)式得
式(12)中,
l---是嵌环二压长,单位mm;
Rc0.2----抱箍二及压板材料屈服强度,单位MPa;
t----抱箍二实际最小厚度,单位mm;
β----楔子二拔模角,单位°。
楔子二自锁时拔模角:
如图6所示,假设在停胀后楔子二自锁停在抱箍中,则楔子受到四个力的作用,即抱 箍二拔模面的压力N、抱箍二拔模面的摩檫力f,压板拔模面的压力Ni、的摩檫力fi,由 于胀压引起的各部件径向应变量并没有发生改变,即压力Ni没有发生改变,即
f=μN (13)
fi=μNi (14)
Ni sinβ+Nsinβ=ficosβ+fcosβ (15)
式(14)中μ----摩擦系数;
Ni--压板拔模面的压力,单位N;
fi----压板拔模面的摩擦力,单位N;
由于楔子二两拔模面压力大小相等,要使停胀后楔子二自锁在连接的抱箍二中,临界 条件为
tgβ≤μ。 (16)
从式中可以看出,楔子二自锁紧与接触材料摩擦系数、拔模角度有关,与楔子二轴向 预紧力无关。经计算及实验验证,黄铜、青铜、钢、铝合金几种常用金属自锁锥环自锁半锥角如表2。
表2几种金属自锁楔子二拔模角
相互摩擦物质 | 机加工面摩擦因素 | 自锁拔模角 |
黄铜对黄铜机加工面 | 0.12 | ≦6.84 |
青铜对青铜机加工面 | 0.07 | ≦4.0 |
钢对钢机加工面 | 0.1 | ≦5.71 |
铝合金对铝合金机加工面 | 0.18 | ≦10.20 |
圆杆导体结构:圆杆导体一和圆杆导体二端部结构相同,如图26-27所示,圆杆导体 材质相近的软态纯金属加工而成。铜牌号为T1,屈服强度R0.2不高于70MPa;铝合金牌号为1A99,屈服强度R0.2不高于45MPa;张力圆杆导体典型设计参数如表3(长度单位均为 mm)。
表3:
嵌环二结构:如图7-8所示,嵌环二由圆杆导体材质相近的软态纯金属加工而成。铜 牌号为T1,屈服强度R0.2不高于70MPa;铝合金牌号为1A99,屈服强度R0.2不高于45MPa。嵌环二典型设计计算公式如下,参数见表4。
表4:
张力连接的抱箍二特征,如图9-16所示,张力连接的抱箍二材质由张力圆杆导体材 质接近的硬态合金加工而成。铜合金牌号为T2,屈服强度不低于160MPa;铝合金牌号为5A05,屈服强度不低于115MPa;抱箍二为长条形圆柱套矩形楔压结构,张力连接的抱箍二各参数取决于张力圆杆导体直径ɑ、抱箍二拔模面拔模角β,典型设计计算公式为(长度 单位均为mm,部分参数见表5):
h0=2t+2s1+a+2q1
h4=2t
h6=2t
h2=t+2r+2q1+t+t=3t+2r+2q1
h3=h2-h6
h8=t+r+q1
h9=h8-0.3
h5=t
h10=2(l+a)
h11=t
h14=a
h15=2a
k1=1.5
m1=a+2q1-2t
m2=t
m3=s1
表5:
带张力连接的压板结构特征:如图17-21所示,张力连接的压板由圆杆导体材质接近 的硬态合金加工而成。铜合金牌号为T2,屈服强度不低于160MPa;铝合金牌号为5A05,屈服强度不低于115MPa,压板为半圆楔压结构,压板各参数取决于圆杆导体直径ɑ、压板 拔模面拔模角β,典型设计计算公式为(长度单位均为mm):
R3=R1+t
d0=2d6+a+2q1
d2=d1-0.3
d3=s1-0.1
d4=R1+d6
d5=a
d6=s1-0.1
h10=2(l+a)
h15=2a
楔子二结构特征:如图22-24所示,楔子二由圆杆导体材质接近的硬态合金加工而成。 铜合金牌号为T2,屈服强度不低于160MPa;铝合金牌号为5A05,屈服强度不低于115MPa。 楔子二通孔直径P2的底端侧为拉马螺栓孔,楔子各参数取决于圆杆导体直径ɑ、压板拔模 面拔模角β,典型设计参数如表6(长度单位均为mm)。
表6:
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟 悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖 在本发明的保护范围之内,因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种管母线圆杆导体同轴引流装置,其特征在于:包括管母线夹(1)和同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器(2),管母线夹(1)上端固定连接在管母导体(105)上,下端设置的圆杆导体一(3)固定连接在同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器(2)上端,同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器(2)下端固定连接圆杆导体二(206)。
2.根据权利要求1所述的一种管母线圆杆导体同轴引流装置,其特征在于:管母线夹(1)包括均为相同导电材料的上抱箍(101)、下抱箍(102)和楔子一(104),还包括导电的嵌环一(103),上抱箍(101)两侧设置有台阶,台阶上表面设置有四个拔模槽一(106),下抱箍(102)两侧上端设置有延伸段,延伸段设置为倒立L型结构,延伸段上内侧设置有与四个拔模槽一(106)对应给你的四个拔模面一(107),四个拔模槽一(106)和四个拔模面一(107)分别形成四个矩形楔槽,四个楔子一(104)分别***到四个矩形楔槽固定上抱箍(101)和下抱箍(102),嵌环一(103)轴向设置有缺口一(108),弹性内置于上抱箍(1)与下抱箍(102)之间构成的圆孔内且环包管母导体(105)。
3.根据权利要求1所述的一种管母线圆杆导体同轴引流装置,其特征在于:同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器(2)包括均为相同导电材料的抱箍二(201)、压板(202)和楔子二(204),还包括导电的嵌环二(203),抱箍二(201)为条形结构,长度方向开设有方通孔(208),方通孔(208)长度方向底侧中部设置有半圆弧通槽一(209),压板(202)置于方通孔(208)内,长度方向底侧中部设置有半圆弧通槽二(212),压板(202)两侧设置有台阶,台阶上表面设置有对称的四个拔模面(213),方通孔(208)内两端上侧面设置有与四个拔模面二(213)对应的四个拔模槽二(214),四个拔模面二(213)和四个拔模槽二(214)分别形成四个矩形楔槽,楔子二(204)采用四个,分别***到四个矩形楔槽固定抱箍二(201)和压板(202),嵌环二(203)轴向设置有缺口二(210),采用两个,分别弹性内置于抱箍二(201)与压板(202)之间构成的圆孔两端内且分别环包圆杆导体一(3)和圆杆导体二(206)。
4.根据权利要求3所述的一种管母线圆杆导体同轴引流装置,其特征在于:每个楔子二(204)采用装配螺钉(205)沿楔子二(204)长度方向穿入将其紧固在抱箍二(201)上拔模槽二(14)的内端侧面上;抱箍二(201)上侧中部横向开设有U型缺口(207);压板(202)中部与抱箍二(201)之间采用定位紧定螺钉(211)定位。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种管母线圆杆导体同轴引流装置的施工方法,其特征在于:该方法包括管母线夹的安装方法和同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器的安装方法,管母线夹的安装方法为:将管母线夹的圆杆导体一安装到同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器上端,用嵌环一环包管母导体,嵌环一装入下抱箍中,上抱箍压住嵌环一,四个楔子一分别从下抱箍与上抱箍两端形成的四个矩形楔槽***,用拉马器压紧四个楔子一,使上抱箍和上抱箍与嵌环一之间、嵌环一与管母导体之间接触表面充分屈服啮合,形成低电阻电流通路;同轴圆杆导体楔子自锁张力连接器的安装方法为:压板穿入抱箍二中,装上定位紧定螺钉,形成圆杆导体连接器,抱箍二的四个拔模槽和压板的四个拔模面一共同组成了圆杆导体连接器上下两端的各两个矩形楔槽,管母线夹的圆杆导体一穿入一个嵌环二内,嵌环二穿入圆杆导体连接器上端中,旋转圆杆导体一,使圆杆导体一、嵌环二卡在圆杆导体连接器内;圆杆导体二穿入另一个嵌环二内,嵌环二穿入圆杆导体连接器下端中,旋转圆杆导体二,使圆杆导体二、嵌环二卡在圆杆导体连接器内,将两个楔子二***圆杆导体连接器一端两个矩形楔槽中,并用两个装配螺钉分别穿入楔子二和抱箍二上拔模槽二底部的螺孔拉紧,使压板压紧嵌环二;将两个楔子二***圆杆导体连接器另一端两个矩形楔槽二中,用两个装配螺钉分别穿入楔子二和抱箍二上拔模槽二底部的螺孔拉紧,使压板压紧嵌环二。
8.根据权利要求5所述的一种管母线圆杆导体同轴引流装置的施工方法,其特征在于:每个楔子二最低轴向预紧力Fmin:
假设在胀紧中楔子二匀速胀紧,则楔子二受到五个力的作用,即推力F、抱箍二的拔模面压力N、抱箍二拔模面摩檫力f、压板拔模面的压力Nb、压板拔模面的摩檫力fb,根据力的平衡,有:
F=fcosβ+Nsinβ+fbcosβ+Nbsinβ (3)
f=μN (4)
fb=μNb (5)
Ncosβ+fbsinβ=Nbcosβ+fsinβ (6)
式中,μ----拔模面摩擦系数;
β----楔子二拔模角,单位°;
经公式(3)-(6)推导,得到楔子二轴向推力与抱箍拔模面压力关系为:
F=2N(μcosβ+sinβ) (7)
嵌环二侧面积
S=2rπl (8)
式(8)中,
r----是嵌环二内半径,单位mm;
l----是嵌环二压长,单位mm;
胀紧后嵌环二径向应力为
式(9)中,
Pc-----胀紧后嵌环二径向应力,单位MPa;
α----圆杆导体一或圆杆导体二直径,单位mm;
Ri0.2----嵌环二屈服强度,单位MPa;
要满足半圆弧槽内界面的导电载流量,半圆弧槽内界面材料啮合屈服面积必须大于圆杆接线柱截面积,将式(9)带入(7)式,得每个楔子二最低轴向预紧力为:
式(10)中,
k----安全系数,取1.5;
α----圆杆导体直径,单位mm;
Ri0.2----嵌环二屈服强度,单位MPa;
μ----拔模面摩擦系数。
9.根据权利要求8所述的一种管母线圆杆导体同轴引流装置的施工方法,其特征在于:每个楔子二上限轴向预紧力Fmax:
抱箍二压梁剪切应力不能大于抱箍二材料屈服强度0.5倍,则:
式(14)中,l---嵌环二长度,单位mm;
Rc0.2----抱箍二和压板材料屈服强度,单位MPa;
t----抱箍二实际最小厚度,单位mm;
N----抱箍二拔模面压力,单位N;
β----楔子二拔模角,单位°;
将(11)式带入(7)式得
式(12)中,
l---是嵌环二压长,单位mm;
Rc0.2----抱箍二及压板材料屈服强度,单位MPa;
t----抱箍二实际最小厚度,单位mm;
β----楔子二拔模角,单位°。
10.根据权利要求5所述的一种管母线圆杆导体同轴引流装置的施工方法,其特征在于:楔子二自锁时拔模角:
假设在停胀后楔子二自锁停在抱箍中,则楔子受到四个力的作用,即抱箍二拔模面的压力N、抱箍二拔模面的摩檫力f,压板拔模面的压力Ni、的摩檫力fi,由于胀压引起的各部件径向应变量并没有发生改变,即压力Ni没有发生改变,即
f=μN (13)
fi=μNi (14)
Nisinβ+Nsinβ=ficosβ+fcosβ (15)
式(14)中μ----摩擦系数;
Ni--压板拔模面的压力,单位N;
fi----压板拔模面的摩擦力,单位N;
由于楔子二两拔模面压力大小相等,要使停胀后楔子二自锁在连接的抱箍二中,临界条件为
tgβ≤μ。 (16)
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