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论电气接头安装质量问题及解决方案摘要为了保证电气安装工程质量,对影响电气接头安装质量的各种原因进行分析,寻找到解决问题的方法,改善电气接头在安装过程中的不足之处关键词电气接头安装质量解决方案电气系统是给整个国民生产提供电能的装置,电气系统包括发电、输电及变配电,从电能产生的设备传输到用电设备的整个系统中均存在连接的安全、经济、可靠性然而,电气安装工程的关键质量问题是电气绝缘、电气系统存在的各种电气接头电气绝缘问题,牵涉到方方面面,绝缘材料、空间格局、保护方式等等,我们这里主要探讨的是电气接头的问题电气接头总的来讲就是母线与设备之间的连接、母线与母线之间的连接、母线或者设备与电气电缆端头之间的连接,以上各处均要采用可靠的、可拆卸的电气接头这种电气接头为数众多,在电气工程安装过程中,电气接头的安装质量直接影响着整个电气工程的质量问题,所以电气安装质量必须解决电气接头安装质量问题,否则会因电气接头过热,引发火灾事故,造成生产中断,甚至人员伤害电气接头是通过导体连接而成,并起导流作用,在电气安装中存在着各种各样的电气设备,都需要电气接头进行连接,所以电气接头的安装质量好坏,直接影响整个电气系统的质量目前电气安装工程,一次线的连接方式主要有螺栓压接、插接式连接母线与母线之间、母线与用电设备之间及电气电缆端头与用电设备、母线之间的连接基本上是使用螺栓连接在10KV以上的用电设备和母线之间、高压电缆的端头与电气装置之间的连接,多采用插接式连接利用紧密配合装置,使连接之间可靠接触从连接的方式和电气的原理上分析,影响电气接头的安装质量有以下几种情况1)有效载流面积太小,接触电阻太大,不能满足载流量;2)电气接头安装方式不适合,安装不牢固;3)压紧装置不可靠;4)接线端子形式使用不正确1有效栽流面积太小,接触电阻太大,不能满足载流量电气接头的有效载流截面积是基础所谓有效载流截面积,是指有足够压力作用下电气接头的接触面积导体的载流量与导体的截面积是正比例关系,电气接头的载流截面积大小取决于导体的载流量,电气接头的有效接触面积小,发热量大,接触接头过热,宜造成事故,电气接头的有效接触面积太大,又会造成有色金属材料使用过大,不经济,所以解决电气接头的有效载流面,是保证电气接头安装质量的关键问题用电设备的功率决定了母线或者电缆载流量的大小,决定了电气接触接头的大小根据用电设备的额定电流大小,确定电缆的有效载流面积是多大,在根据具体的环境、连接方式,计算端子的有效载流面积是否满足电气额定电流的要求例如30KW的三相异步电动机,额定电流基本上是58A左右,在正常环境下,可以使用35mm之铜接线端子满足电机接线端子的使用要求,此时他的有效载流面积是35mm)但是,如果电机的工作环境温度比较高、复杂,而且通2风效果差,这样使用的电缆和端子就要提高一个等级,例如使用50mm的,主要是为了增加有效接触面积,增加散热能力,防止质量事故的发生同时接头也可以采用镀银或者镀锡,这样不仅可以减小接触电阻,而且还能减少发热量由于银和锡的导电率高,而且柔软性好,在母线接触接头处,经过压紧装置的压紧,银和锡会紧密的接触在一起,使接触电阻减到最小,降低发热量电气触头之间接触不牢固也是产生接触电阻过大的原因之一,主要表现在,插接式接触接头的过盈配合不配套;螺栓压接的位置不正确,螺栓压接时的数量不足等方面在插接式接触接头设计时,是考虑接头和套管之间紧密配合,插接在一起时,牢靠不可分,如果接头的尺寸过大,就会造成接头不能插入的现象;如果接头尺寸略小,就会造成母线与接头之间有间隙,接触电阻过大,或者接触面积减小,都会造成接头的发热量过大,所以插接式连接,母线和接头必须配合紧密最重要的是放松装置,例如图1所示10KV高压柜的断路器,就是插接式触头,放松装置就是它的质量关键,在安装时,必须保证它的完全可靠性请图示1图示2螺栓连接时,螺栓的位置和数量非常重要,否则有效载流量就会降低,局部载流量过大,就会有过多的热量产生,使电气接头升温,当温度超过规定温升时,就会造成质量事故的发生母线与母线的连接,主要是搭接面积是否满足载流量的要求,满足母线搭接的要求,平母线的搭接面不能低于母线宽度的2倍根据设计载流量的要求,母线有效接触面不能小于最大载流量母线的紧固螺栓及螺栓的紧固力必须按照国家规范执行母线与电缆端子的连接必须符合电缆截面积的要求,即使用与电缆同等规格、同等材质的接线端子,在母线上压接时,必须使端子的所有有效载流面完全接触母线;电缆端子在用电设备的接线柱或接线排上安装时,位置、接触面及端子材质、规格均正确,才能避免载流量过大而引起发热量大,造成质量事故例如盘柜内的母线连接、电机接线盒的导线等连接处图2所示,上下左右尺寸对等,设计合理电气接头的防腐蚀也很重要接触面若受热氧化腐蚀,其电阻率会增大,从而增加接触电阻接头的接触电阻是由组成电气接头的两导体接触面接触而形成的,取决于两导体直接接触的载流面积、接触面受到的压力以及接触面的腐蚀程度电气接头的接触电阻值也是发热量过大的一个重要指标接触电阻大,发热量就大,所以目前电气装置连接接触面,基本上采用镀银或者镀锡的,同时镀银或者镀锡还能更好的提高接头处的防腐蚀性、抗氧化性尤其是相对湿度大和有腐蚀性气体的场所,必须做除湿和防腐蚀措施,保证电气接头受热以后,不被氧化腐蚀特别是配电装置的高压场所,用电设备集中,功率大,所以减小由于接触电阻大,而产生的热能,更为重要2电气接头安装方式不适合,安装不牢固电气接头的安装方式,也是解决有效接触面积的关键,目前电气工程一次线路连接,主要有螺栓连接和插入式连接两种螺栓连接是通用的连接方式,由于螺栓连接要求空间小,连接方面,不用专用装置,便于施工,一次线路大多数连接均采用此种连接方式,例如高、低压柜内的母线连接、电缆端头的连ri m22C ZI接、电机等设备接线盒内的连接如图3所示,螺栓连接需要计算有效载流面积,合理安排螺栓的位置和规格,保证安装质量在电机接线端子和盘柜接线端子处是采用单螺栓连接,必须严格执行标准规范规定的螺栓规格,必须使接头的有效面积全部接触到导电导体上,使之达到合理有效载流面积图示3图示4插入式连接,由于需要专用的连接附件、造价比较高,目前主要用在10KV以上的关键部位,例如10KV以上的断路器触头、35KV以上的电缆接头等此种安装方式主要解决高电压下频繁拔出、插入的安全可靠性,同时设计有专用装置,不至于插入、拔出时产生电弧等现象电气电缆接头设计成此种装置便于在气体保护柜内使用,以便于安装、拆卸时,保证柜内气体不流失例如图4所示,电气接头主要有承力环、压紧锥和接触环组成安装时,使接触环压紧在压紧锥上,当接触环不动时停止敲击敲击时不可用力过猛,防止损坏承力环导体压接装置将接触环压紧在压紧锥上,进行均匀压接,达到接触环与压紧锥面紧密结合插接时,保证接触环外面和母环接触紧密,为了保证均匀,固定螺栓均匀紧固,受力一致电气接头的压力也是关键电气接头表面并非绝对平整,从微观角度看仍然凹凸不平,接触面只有在足够压力作用下才能使凹凸面都能有效接触,否则压力不足,就会造成接触面有效载流面减小而增加了接触电阻所以螺栓的紧固力决定了压力的大小,必须按照螺栓规格的标准压力紧固,保证电气接头的压力均匀有效3压紧装置不可靠电气接头安装质量的好坏,另一主要原因是电气接头紧固件在设计、制造、安装连接等方面存在缺陷,导致接头处散热条件不好产生过热问题以电气盘柜为例目前电气接头都是采用
4.8级镀锌普通螺栓连接,这样就存在了许多习惯性错误,而导致电气接头存在安装隐患电气接头的有效载流面积应是在足够的压力直接作用下的电气接头导体的面积实际有效载流截面积就是螺帽压紧接头导体处的面积及螺帽表面的截面积普通螺栓紧固电气接头时,因螺帽外径小,所以造成电气接头的有效载流截面积不足;若在螺帽下加装弹垫,紧固时螺帽施加的力作用在弹垫上,弹垫作用在平垫上的面积就是弹垫受力侧的面积,实际直接着力于接头上的面积等于弹垫受力侧的面积,即为有效载流面积,其有效载流截面积更小以M16普通螺栓为例,螺帽的受力侧的面积约为248刖2,弹垫受力侧的面积约为1951nm\这是按照接头螺孔径17mm计算出来的,若现场加工不精确使螺孔不规则,其有效载流面积将更小若用M16螺栓连接240mm2电缆接线端,则形成的接头小于电缆截面积,当大电流通过该接头时,由于截面积小、电流密度大而极易造成接头过热而引发事故就是小电流流过时,此类电气接头发热量大,增加线损,很不经济再如以4个M16普通螺栓紧固100X10母排,接头的有效载流面积为4义195mm2=780nun2,明显小于母排的原载流面积1000mm
2.»这样在实际安装工程中,如果不采取补救措施,就会机械的认为母排的导流面是1000mm2,致使额定电流流过时,会由于接触面积小,而造成质量事故,为了解决这个问题,我们在宁夏哈纳斯U0KV变电所实际安装时,采用了改进螺栓的方法,改变此种现象普通螺栓在紧固电气接头时,由于其紧固力作用面积小,其紧固力作用在接头导体上总的压力不足,电气接头处容易出现因紧固力不够而变形松动,在运行过程中由于热胀冷缩的作用这种变形会加剧,如遇短路电流的冲击,动稳定遭破坏,松动的结果必然是造成过热,如用螺帽加装弹垫防松动,若弹垫质硬受压后易断,若质软,受压后不能起到防止螺帽松动的作用由于普通螺栓紧固的接头存在有效载流面积不足和实际有效压力面积不够的问题,因此按所连设备的额定负荷运行时,其温升将明显升高,且在流过短路电流时可能不满足热稳定和动稳定的要求,因此在重负荷或遭受短路电流后接头易氧化和引起材质疲劳,接触电阻增加,进而不断恶化而形成恶性循环导致电气接头及紧固件材质疲劳运行中接头长期受热,电气接头和紧固件的机械强度会逐渐减弱,使接触面压力减小,从而导致有效载流面积减小,接触电阻增加因此,普通螺栓紧固的电气接头易发生过热的现象现根据电气安装的特点及螺母制造的特点,提出了改善螺栓制造、安装方法,来解决压紧装置存在的缺陷问题1)加大螺栓头及螺帽受力侧的面积,增大了接头的有效载流面积电气接头的有效载流面积应大于所连接的导体或设备的载流面积,才能使该导电回路达到设计的运行要求,否则会限制该回路设备的通流能力紧固件加大了螺帽的外径,螺栓头及螺帽的截面积的大小设计应遵循大于紧固电气接头导体的最大载流截面积紧固件加大了螺栓头及螺帽的受力侧面积,当紧固接头时,受到紧固力的电气接头的有效载流面积大大增加,且在有短路电流流过时,电气接头的热稳定性,也得到了很好的改善我们还以M16紧固螺栓件为例,加大后的螺帽的受力侧的面积约为426mm之,是普通螺栓的
2.64倍若用M16螺栓连接240mm2电缆接线端,则形成的接头有效载流面积为426mm2,大大超过所连接的电缆的截面积若以4个M16改造的紧固件紧固100X10母排,接头的有效载流面积为4X398mm2=i704mm2,远远超过母排的原载流面积lOOOmm,可以防止接头有效载流面积不够而造成的过热问题2)对螺栓头及螺帽受力面作了微小的内凹式处理,其受力面不是一个平面,而是由中心向外沿有一定倾斜度,并使用该种螺帽代替弹垫作防松动件当用紧固件紧固接头时,螺帽外沿侧先受力,中心受力相对小于外侧,这种给到电气接头的预压力能有效地解决在运行过程中由于热膨胀的因素使接头发生变形的问题,增加了接头的抗疲劳能力,特别是遇短路电流的冲击,动稳定性不会遭到破坏,因此采用内凹式处理过的紧固件可以使接头运行过程中保持持久压力,有效避免了在运行过程中因接头松动而引起的过热事故,也不用定期停电紧固电气接头另外,可以把平垫和弹簧垫统一改成碗垫,这种垫的形状就像碗一样,如图例5所示它即代替了平垫,也解决了弹簧垫接触面积小的问题,加大了力的接触面积,增大了电气接头的有效载流面积图例53)改造紧固件,加厚螺帽,改造后的紧固件螺帽要比普通螺栓螺帽外型尺寸大,压接电气接头的面积增加,从而增加了接触面积,减小了接触电阻,提高了电气接头的动稳定性,增强了电气接头的抗疲劳性能4)使用更高强度的螺栓,例如使用
8.8级或者
10.9级的螺栓,增加紧固件的预压力,(例如ABB公司的10KV中压柜母线连接就是采用的
10.9级螺栓)改善了因送电产生的热膨胀和动稳定性,同时改进了,因紧固件松动带来的不合理因素由于预压力增加,也会使接头的接触面更加紧密,接触电阻值更小,发热量更小5)在电气接头处加装电力复合脂接头处,导体表面有微型的凸凹不平,在重力的作用下,使之保持接触,在接触面处,增加电力复合脂,在电流的作用下,产生隧道效应,增加电流的载流面积总之,我们有针对性地对压紧装置进行优化技术改进,增加了电气接头的有效载流面积和压力但是无论采取那种方式,必须经济适用,还要满足现场实际安装情况,同时解决电气接头有效载流量和压力问题,又增强电气接头的抗疲劳能力,从而解决了电气接头在运行时存在的发热问题4接线端子形式使用不正确电气接线端子,指连接导体和母线设备的附件根据不同的用途和特点,形式也不尽相同一次端子接线主要有可窥式、浇注(DT式)式、插接式及0型等不管什么类型的接线端子,均需要满足使用的要求在电气安装工程的一次动力线施工时,选择合适接线端子非常重要,如果端子形式选择不合适,就会减小有效载流面积,在合理的载流面积范围外,就会存在质量隐患所以电气接线端子的形式选择必须合理以低压电机接线为例导体在电机接线盒处的导流,主要是靠螺栓的螺帽把电流导入到电机接线柱上,从而实现电流导入的作用,所以,此时主要是考虑电气接线端子的横断截面是否满足有效载流面的要求,如果满足,根据电机接线盒的大小,选择它们的形式5结束语电气接头安装质量问题是电气安装工程中的主要问题,它不仅牵涉到电气设备的正常运行,还牵涉到电能的安全输送解决电气接头的有效接触面积、减小接触电阻、改进压紧装置、选择合适的接头形式等问题,就基本解决了电气接头安装质量问题提高了电气安装工程的可靠性和系统运行的安全性。