專利名稱：連接片連接變壓器低壓銅排與水冷端子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型變壓器低壓銅排與水冷端子的連接方法，尤其涉及一種采 用連接片連接大型電爐變壓器或整流變壓器低壓銅排與水冷端子的連接方法。
背景技術(shù)：
大型電爐變壓器或整流變壓器的低壓電流可達(dá)數(shù)千至數(shù)十萬安培，這時低 壓出線端子往往用幾個水冷端子并聯(lián)將低壓電流從油箱內(nèi)引出，為便于變壓器 裝配及消除變壓器運(yùn)行時變壓器振動對出線端子的影響，在大型電爐變壓器或 整流變壓器低壓銅排和水冷端子之間使用薄銅皮層疊制成的軟連接連接片進(jìn) 行連接。
通常連接片與水冷端子連接銅板之間采用螺栓機(jī)械連接，這種結(jié)構(gòu)要求連
接片與水冷端子連接銅板之間的接觸電流密度小于0. 3A/mm2，當(dāng)通過每個水冷 端子的電流很大時，其接觸電流密度往往大于O. 3A/mm2，對這個問題的解決方 案之一便是將薄銅皮層疊制成較厚的軟連接連接片3，并將其分成兩組較薄的 軟連接連接片4和5，然后連接水冷端子聯(lián)接銅板1和變壓器低壓銅排2，其 連接方式見圖1和圖2。
兩片較薄連接片各通過原來較厚連接片流過電流的1/2，由電磁學(xué)原理可 知在兩片連接片間產(chǎn)生相互吸引的交變電磁力，當(dāng)變壓器發(fā)生低壓輸出短路或
短時工作短路時，由于用薄銅皮制成的軟連接片的機(jī)械強(qiáng)度較小，在交變電磁 力的作用下其結(jié)構(gòu)的薄弱部位會產(chǎn)生疲勞斷裂。
因此對用于變壓器低壓銅排連接片和水冷端子之間連接的雙薄銅皮層疊 連接片軟連接通過電磁力計(jì)算確定雙連接片與水冷端子的連接方法對大型電 爐變壓器或整流變壓器的安全運(yùn)行至關(guān)重要
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種連接片連接變壓器低壓銅排與水 冷端子的方法，其有效解決了在變壓器發(fā)生低壓輸出短路或短時工作短路時連 接片產(chǎn)生疲勞斷裂的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明連接片連接變壓器低壓銅排與水冷端子的方 法，包括變壓器低壓銅排、兩個連接片和水冷端子，所述方法包括如下步驟，步驟一、所述兩個連接片連接于所述水冷端子，兩個連接片形成第一電流 支路和第二電流支路，根據(jù)流過每個水冷子端子的電流，通過下式計(jì)算流過每 個連接片的電流，式中L和12分別是流過第一電流支路和第二電流支路的電流，I是流過每 個水冷子端子的電流；步驟二、根據(jù)流過連接片的電流計(jì)算連接片的幾何尺寸及它們之間的相互 距離，由電磁感應(yīng)原理可知連接片第一電流支路電流L在離它距離為r處引起的磁感應(yīng)強(qiáng)度為<formula>formula see original document page 5</formula>式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，h為第一電流支路導(dǎo)體長度，r。為從元電流LdL 指向r處的單位向量，U。為真空的磁導(dǎo)率，其值為4:i X10—7亨利/米， 則第二電流支路L所受的電磁力為<formula>formula see original document page 5</formula>式中12為第二電流支路導(dǎo)體長度，對于第一電流支路和第二電流支路的無限長導(dǎo)電排，可由上述式(1)和式(2) 推導(dǎo)出所述連接片單位長度的電磁力為<formula>formula see original document page 5</formula>式中F,2為第二電流支路電流對第一電流支路電流的吸引力，F(xiàn)^為第-電流支路電流對第二電流支路電流的吸引力，b為第一電流支路和第二電流支 路連接片的中心間距，D為連接片寬度， 上述(3)式可改寫為<formula>formula see original document page 6</formula>由式(5)可知，/ 7越小，則兩電流支路間的吸引力F12和F^越小，在連接片寬度D為定值的情況下，加大兩連接片的中心間距，可減小兩連接片間 相互作用的電磁力；步驟三、根據(jù)所確定的連接片寬度D和兩連接片的中心間距b，在變壓器 額定功率的情況下，確定兩連接片間單位長度的最大電磁力，設(shè)連接片中部未固化部分的長度為L，在第一電流支路和第二電流支路的 連接片流過額定電流時，若K為變壓器的短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)，Kp為沖擊短路 電流系數(shù)，則連接片單位長度的最大電磁力為(6)步驟四、根據(jù)計(jì)算所得的兩連接片間單位長度的電磁力F12 、 F^和兩連接 片間單位長度的最大電磁力F可知，為確保變壓器在發(fā)生出口短路或短時工作 短路時連接片不會因受電磁力而產(chǎn)生疲勞斷裂，需要控制最大電磁力F的值， 且根據(jù)算式(5)和算式(6)確定兩連接片的D、 b和L參數(shù)。由于本發(fā)明連接片連接變壓器低壓銅排與水冷端子的方法采用了上述技 術(shù)方案，即通過對兩連接片在電路中所受電磁力的計(jì)算，得到大型變壓器額定 功率情況下，變壓器低壓銅排與水冷端子的連接方法，并確定兩連接片的幾何 尺寸和兩連接片的間距；確保變壓器的正常運(yùn)行，有效解決了在變壓器發(fā)生低 壓輸出短路或短時工作短路時連接片產(chǎn)生疲勞斷裂的問題。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明 圖1為傳統(tǒng)的單連接片與水冷端子連接的示意圖， 圖2為傳統(tǒng)的雙連接片與水冷端子連接的示意圖， 圖3為本方法的雙連接片與水冷端子連接的示意圖。
具體實(shí)施方式
本連接片連接變壓器低壓銅排與水冷端子的方法，包括變壓器低壓銅排、 兩個連接片和水冷端子，所述方法包括如下步驟，步驟一、所述兩個連接片連接于所述水冷端子，兩個連接片形成第一電流 支路和第二電流支路，根據(jù)流過每個水冷子端子的電流，通過下式計(jì)算流過每 個連接片的電流，式中L和12分別是流過第一電流支路和第二電流支路的電流，I是流過每 個水冷子端子的電流；步驟二、根據(jù)流過連接片的電流計(jì)算連接片的幾何尺寸及它們之間的相互 距離，由電磁感應(yīng)原理可知連接片第一電流支路電流L在離它距離為r處引起的 磁感應(yīng)強(qiáng)度為式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，h為第一電流支路導(dǎo)體長度，r。為從元電流LdL 指向r處的單位向量，U。為真空的磁導(dǎo)率，其值為4n X10—7亨利/米， 則第二電流支路12所受的電磁力為式中12為第二電流支路導(dǎo)體長度，對于第一電流支路和第二電流支路的無限長導(dǎo)電排，可由上述式(1)和式(2) 推導(dǎo)出所述連接片單位長度的電磁力為<formula>formula see original document page 8</formula>式中Fu為第二電流支路電流對第一電流支路電流的吸引力，F(xiàn)u為第一電流支路電流對第二電流支路電流的吸引力，b為第一電流支路和第二電流支 路連接片的中心間距，D為連接片寬度， 上述(3)式可改寫為 <formula>formula see original document page 8</formula>(5)由式(5)可知，/ s越小，則兩電流支路間的吸引力F12和F2i越小，在 連接片寬度D為定值的情況下，加大兩連接片的中心間距，可減小兩連接片間 相互作用的電磁力；步驟三、根據(jù)所確定的連接片寬度D和兩連接片的中心間距b，在變壓器 額定功率的情況下，確定兩連接片間單位長度的最大電磁力，設(shè)連接片中部未固化部分的長度為L，在第一電流支路和第二電流支路的 連接片流過額定電流時，若K為變壓器的短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)，Kp為沖擊短路 電流系數(shù)，則連接片單位長度的最大電磁力為尸=尸12丄《《2 (6)步驟四、根據(jù)計(jì)算所得的兩連接片間單位長度的電磁力Fi2 、 F^和兩連接 片間單位長度的最大電磁力F可知，為確保變壓器在發(fā)生出口短路或短時工作 短路時連接片不會因受電磁力而產(chǎn)生疲勞斷裂，需要控制最大電磁力F的值， 具體數(shù)值可根據(jù)材料性能按常規(guī)力學(xué)方法計(jì)算，且根據(jù)算式(5)和算式(6)確定兩 連接片的D、 b和L參數(shù)。如圖3所示，兩連接片4和5按圖示方式連接于水冷端子1端和變壓器低 壓銅排2端，兩連接片的中心間距為b,連接片中部未固化部分的長度為L， 通過相應(yīng)的公式計(jì)算，可確定兩連接片的幾何參數(shù)和中心間距。8
權(quán)利要求
1、一種連接片連接變壓器低壓銅排與水冷端子的方法，包括變壓器低壓銅排、兩個連接片和水冷端子，其特征在于所述方法包括如下步驟，步驟一、所述兩個連接片連接于所述水冷端子，兩個連接片形成第一電流支路和第二電流支路，根據(jù)流過每個水冷子端子的電流，通過下式計(jì)算流過每個連接片的電流，I1＝I2＝I/2式中I1和I2分別是流過第一電流支路和第二電流支路的電流，I是流過每個水冷子端子的電流；步驟二、根據(jù)流過連接片的電流計(jì)算連接片的幾何尺寸及它們之間的相互距離，由電磁感應(yīng)原理可知連接片第一電流支路電流I1在離它距離為r處引起的磁感應(yīng)強(qiáng)度為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>B</mi><mo>=</mo><mo>∫</mo><mi>dB</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>μ</mi><mn>0</mn> </msub> <mrow><mn>4</mn><mi>π</mi> </mrow></mfrac><msub> <mo>∫</mo> <msub><mi>l</mi><mn>1</mn> </msub></msub><mfrac> <mrow><msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>dl</mi> <mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msup> <mi>r</mi> <mn>0</mn></msup> </mrow> <msup><mi>r</mi><mn>2</mn> </msup></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，l1為第一電流支路導(dǎo)體長度，r0為從元電流I1dl1指向r處的單位向量，μ0為真空的磁導(dǎo)率，其值為4π×10-7亨利/米，則第二電流支路I2所受的電磁力為<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>f</mi><mo>=</mo><msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn></msub><msub> <mo>∫</mo> <msub><mi>l</mi><mn>2</mn> </msub></msub><msub> <mi>dl</mi> <mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mi>B</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中l(wèi)2為第二電流支路導(dǎo)體長度，對于第一電流支路和第二電流支路的無限長導(dǎo)電排，可由上述式(1)和式(2)推導(dǎo)出所述連接片單位長度的電磁力為<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>F</mi> <mn>12</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>F</mi> <mn>21</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>μ</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn></msup> </mrow></mfrac><mo>[</mo><mn>2</mn><mi>D</mi><msup> <mi>tg</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><mfrac> <mi>D</mi> <mi>b</mi></mfrac><mo>-</mo><mi>b</mi><mi>ln</mi><mfrac> <mrow><msup> <mi>b</mi> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn></msup> </mrow> <msup><mi>b</mi><mn>2</mn> </msup></mfrac><mo>]</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中F12為第二電流支路電流對第一電流支路電流的吸引力，F(xiàn)21為第一電流支路電流對第二電流支路電流的吸引力，b為第一電流支路和第二電流支路連接片的中心間距，D為連接片寬度，上述(3)式可改寫為<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>F</mi> <mn>12</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>F</mi> <mn>21</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>μ</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>D</mi> </mrow></mfrac><mo>[</mo><mn>2</mn><msup> <mi>tg</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><mfrac> <mi>D</mi> <mi>b</mi></mfrac><mo>-</mo><mfrac> <mi>b</mi> <mi>D</mi></mfrac><mi>ln</mi><mfrac> <mrow><msup> <mi>b</mi> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn></msup> </mrow> <msup><mi>b</mi><mn>2</mn> </msup></mfrac><mo>]</mo><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>μ</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>πD</mi> </mrow></mfrac><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>D</mi><mi>b</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>d</mi><mi>b</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>2</mn><msup> <mi>tg</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><mfrac> <mi>D</mi> <mi>b</mi></mfrac><mo>-</mo><mfrac> <mi>b</mi> <mi>D</mi></mfrac><mi>ln</mi><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mi>D</mi> <mi>b</mi></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>]</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2008100375210003C2.tif" wi="144" he="21" top= "70" left = "41" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>由式(5)可知， id="icf0006" file="A2008100375210003C3.tif" wi="11" he="11" top= "92" left = "64" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>越小，則兩電流支路間的吸引力F12和F21越小，在連接片寬度D為定值的情況下，加大兩連接片的中心間距，可減小兩連接片間相互作用的電磁力；步驟三、根據(jù)所確定的連接片寬度D和兩連接片的中心間距b，在變壓器額定功率的情況下，確定兩連接片間單位長度的最大電磁力，設(shè)連接片中部未固化部分的長度為L，在第一電流支路和第二電流支路的連接片流過額定電流時，若K為變壓器的短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)，KF為沖擊短路電流系數(shù)，則連接片單位長度的最大電磁力為<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>F</mi><mo>=</mo><msub> <mi>F</mi> <mn>12</mn></msub><msubsup> <mi>LK</mi> <mi>F</mi> <mn>2</mn></msubsup><msup> <mi>K</mi> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>步驟四、根據(jù)計(jì)算所得的兩連接片間單位長度的電磁力F12、F21和兩連接片間單位長度的最大電磁力F可知，為確保變壓器在發(fā)生出口短路或短時工作短路時連接片不會因受電磁力而產(chǎn)生疲勞斷裂，需要控制最大電磁力F的值，且根據(jù)算式(5)和算式(6)確定兩連接片的D、b和L參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型變壓器低壓銅排連接片和水冷端子連接的方法，變壓器低壓銅排與水冷端子通過兩連接片連接，本方法通過對兩連接片在電路中所受電磁力的計(jì)算，得到大型變壓器額定功率情況下，變壓器低壓銅排與水冷端子的連接方法，并確定兩連接片的幾何尺寸和兩連接片的間距；確保變壓器的正常運(yùn)行，有效解決了在變壓器發(fā)生低壓輸出短路或短時工作短路時連接片產(chǎn)生疲勞斷裂的問題。
文檔編號H01F41/00GK101582320SQ20081003752
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者楊興隆 申請人:上海寶鋼工業(yè)檢測公司