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            緊固件知識

            【緊固件知識】電力傳輸螺栓連接的要求,對新能源汽車電連接的啟示!

            作者: 來源:螺絲君 日期:2022/1/28 16:00:52 人氣:78

            新能源汽車采用高壓進行電力傳輸,電連接螺栓連接的性能,會影響電力傳輸的性能,電線發熱,電阻增大,甚至螺栓松動,電力中斷,起火等故障。



            對于這些高壓電接線端子螺栓連接需要進行哪些試驗和驗證?目前沒有統一的規范。


            我們可以參考其他行業,如超高壓輸電線路中對接線端子螺栓連接的要求,作為參考進行相關的試驗驗證。




            在超高壓輸電線路中,常見到耐張線夾引流板因螺栓松脫而引起發熱的現象,耐張線夾樣圖如圖所示,引流板螺栓松脫經常發生。


            螺栓松脫,通常歸因于輸電導線長時間的微風振動,但在實際檢修中發現,引流板螺栓存在施工不規范的問題,有些螺栓松脫,是因安裝扭矩不合適而造成的。



            螺栓的安裝扭矩,在鋼結構設計施工和汽車裝配中是一個重要的工藝指標,在輸電線路工程中則常常不被重視。



            01


            實測連接件的摩擦系數



            因鋅層厚度、潤滑條件、墊圈和溫度等多種因素的影響,熱鍍鋅螺栓扭矩系數的離散性高于普通螺栓。


            我們通過扭矩-預緊力試驗,實測有潤滑(涂凡士林)和無潤滑的熱鍍鋅螺栓的扭矩系數,同時進行螺栓的失效試驗,并分析其失效過程。 

               

            試驗方案如下:

             

            引流板搭接試件和螺栓頭部使用試驗夾具固定,試驗夾具應能承受預緊力和扭矩的復合載荷,而不應產生永久變形和位移。壓力傳感器置于螺母與鋁板之間,螺栓尾部應伸出螺母端部至少有2~3扣。試驗設備清單見表下表。


            對于該種試驗可以按照相關的螺紋緊固件摩擦系數進行測試,更加準確和專業。



            在上述試驗的基礎上,繼續增加扭矩直至螺栓連接失效。


            通過試驗發現:有潤滑和無潤滑的失效過程及結果有明顯的不同。


            螺栓失效試驗照片如圖所示。




            02


            擰緊扭矩推薦值



            根據試驗,并參照相關標準給出最終的擰緊扭矩。

             

            • 從產品設計方面考慮,耐張線夾引流板的電阻隨著壓力的增加而減小,螺栓的預緊力越大,接觸電阻越小,通流性能越好。 


            • 但,考慮到引流板的材質為純鋁,其屈服強度低且蠕變率大。通常,施加在引流板上的最大緊固壓力,大大超過了不產生蠕變的最大壓力,在運行中引流板發生蠕變的壓力,將逐漸下降并穩定在一個不再進一步蠕變的數值上。因純鋁蠕變速度與接觸面上的單位壓力有直接關系,過高的螺栓預緊力,會加劇引流板的蠕變反應,不利于引流板的長期穩定運行。 

              

            綜合以上兩點,螺栓扭矩產生的壓應力,應使引流板可靠連接,同時不會出現明顯的蠕變反應。 

                

            對于紫銅,鋁等軟材料螺栓連接,非常容易出現被連接件材料壓潰的可能性,對這類連接設計預緊力時候需要考慮材料的蠕變和永久塑性變形,盡量減少預緊力衰減。


            因為,通常情況下無法避免預緊力的衰減,可以適當的在擰緊工藝上考慮多慢速擰緊,停頓,甚至復緊的擰緊工藝來降低預緊力的衰減。


            同時,要考慮適當增加額外的防松措施,例如錐形墊圈,碟形彈簧等。

              

            參照 GB/T 50233《110~500kV 架空送電線路施工及驗收規范》及GB/T 50389《750kV架空送電線路施工及驗收規范》,4.8級螺栓的緊固扭矩值不應小于下表的規定,4.8級以上的螺栓緊固扭矩值由設計規定,若設計無規定,宜按4.8級螺栓的標準執行。


            02


            擰緊扭矩推薦值



            根據試驗,并參照相關標準給出最終的擰緊扭矩。

             

            • 從產品設計方面考慮,耐張線夾引流板的電阻隨著壓力的增加而減小,螺栓的預緊力越大,接觸電阻越小,通流性能越好。 


            • 但,考慮到引流板的材質為純鋁,其屈服強度低且蠕變率大。通常,施加在引流板上的最大緊固壓力,大大超過了不產生蠕變的最大壓力,在運行中引流板發生蠕變的壓力,將逐漸下降并穩定在一個不再進一步蠕變的數值上。因純鋁蠕變速度與接觸面上的單位壓力有直接關系,過高的螺栓預緊力,會加劇引流板的蠕變反應,不利于引流板的長期穩定運行。 

              

            綜合以上兩點,螺栓扭矩產生的壓應力,應使引流板可靠連接,同時不會出現明顯的蠕變反應。 

                

            對于紫銅,鋁等軟材料螺栓連接,非常容易出現被連接件材料壓潰的可能性,對這類連接設計預緊力時候需要考慮材料的蠕變和永久塑性變形,盡量減少預緊力衰減。


            因為,通常情況下無法避免預緊力的衰減,可以適當的在擰緊工藝上考慮多慢速擰緊,停頓,甚至復緊的擰緊工藝來降低預緊力的衰減。


            同時,要考慮適當增加額外的防松措施,例如錐形墊圈,碟形彈簧等。

              

            參照 GB/T 50233《110~500kV 架空送電線路施工及驗收規范》及GB/T 50389《750kV架空送電線路施工及驗收規范》,4.8級螺栓的緊固扭矩值不應小于下表的規定,4.8級以上的螺栓緊固扭矩值由設計規定,若設計無規定,宜按4.8級螺栓的標準執行。





            03


            擰緊試驗驗證



            4.8級M12螺栓緊固的引流板為例,進行直流電阻和溫升試驗,驗證力矩值的合理性。


            因耐張引流板發熱試驗,主要關注的是引流板平板搭接位置,與耐張線夾管體、鋼錨部分關系不大,為減少工作量,本試驗,采用簡易的引流線夾搭接型式進行分析。 

              

            試驗方法參考GB/T 2317.3《電力金具試驗方法第3部分:熱循環試驗》的相關規定。


            螺栓擰緊力矩采用推薦力矩值40N·m。試驗設備包括直流電阻測試儀、大電流溫升設備和溫度傳感器,試驗照片如圖所示。



            03


            擰緊試驗驗證



            4.8級M12螺栓緊固的引流板為例,進行直流電阻和溫升試驗,驗證力矩值的合理性。


            因耐張引流板發熱試驗,主要關注的是引流板平板搭接位置,與耐張線夾管體、鋼錨部分關系不大,為減少工作量,本試驗,采用簡易的引流線夾搭接型式進行分析。 

              

            試驗方法參考GB/T 2317.3《電力金具試驗方法第3部分:熱循環試驗》的相關規定。


            螺栓擰緊力矩采用推薦力矩值40N·m。試驗設備包括直流電阻測試儀、大電流溫升設備和溫度傳感器,試驗照片如圖所示。




            溫升和電阻試驗結果見下表,各試件的溫升值均低于參考導線的溫升值,試件溫升前/后的電阻值均低于參考導線的電阻值,符合標準要求。





            04


            螺絲君經驗的總結



            通過上述分析,對新能源汽車的高壓導電連接螺栓,需要進行下面的驗證:


            • 螺栓摩擦系數測試,由于一般控制摩擦系數需要在表面處理面層涂覆潤滑劑,而潤滑劑一般會影響導電性能,因此,對于導電連接處需要考慮摩擦系數穩定劑對導電的影響,同時考慮采用何種表面處理,不會影響導電性能。


            • 螺栓進行失效擰緊測試,確認連接件中最薄弱的零件,該項測試為擰緊扭矩的制定提供依據。


            • 必要情況下進行防松性能測試,特別是要確認預緊力和擰緊扭矩的衰減,在擰緊完成后是否會引起較大的衰減。


            • 擰緊完成后進行電阻測試,熱溫升測試。


            • 振動測試,零件裝配完成后在振動臺上進行振動測試,確定在振動條件下,螺栓的松動情況。


            • 相關的熱溫升試驗標準可以參照GB/T 2317.3《電力金具試驗方法第3部分:熱循環試驗》進行試驗。

             

            以上,就是從超高壓螺栓導電連接的案例,分析出需要進行的試驗要求,在新能源汽車高壓導電連接中可以進行相關的試驗,確保電連接的可靠。


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