玻纤漏板铜排节能设计研究(2)

　　1.1 设计改造原理

　　该研究主要对原漏板铜排结构进行了设计改造，多数情况下，我们会采用增加导体截面积以谋求降低电阻，但是实际工厂的用电均采用交流电形式，并非采用直流电源，一味增加导体截面积并不能很好的减少电阻，而且还会受到周边设备、设施等空间的影响。

　　交流电流流过导体时，电流方向是交替变化的，电流在导体中所产生的交变磁场对电荷的推斥作用力，迫使电流电荷向导体的表面集中，使得导体的实际有效载流面积减小，发生了电流向导体表面集中的现象，称之为交流电流的趋肤效应。电流离开导体载流面中心向表面集中的程度，可以用趋肤效应深度来衡量。

　　趋肤效应深度可以表达为：d= k×66.1/f1/2

　　式中：f为电流的频率（Hz）；k为常数，对铜而言k=1。

　　图1是矩形导体电流趋肤效应的截面图，图中阴影部分就是交流电流通过的有效截面积，通过公式不难看出：频率越高，阴影部分越小，电流通过的有效面积就越小。在趋肤效应深度小于扁线窄边高度的1/2时，方形框的面积可用下式计算：

　　Sf =2×d×（b+a-2×d）

　　其中：a—扁线的窄边高度（mm）；b—扁线的宽边长度（mm）。

　　1.2 铜排结构的节能设计

　　由于漏板附件都是由纯铜材质加工而成，所以在这里常数k=1，电流频率为50 Hz，通过上述公式可计算趋肤效应深度d=9.35 mm。我们先计算一下改造前导电铜排的有效截面积，图2是硬铜排的截面图，由于它的窄边宽度为18 mm，小于2倍的趋肤效应深度，因此可以认为该导体的截面面积全部被利用，那么它的有效截面积为Sf =a×d=1800 mm?。

　　图3是水冷硬铜排的截面图，其中阴影部分为电流的有效截面积，中间?10 mm的空心为通水通道，那么它的有效截面积为Sf =π×（D-d）×d =3.14×（50-9.35）×9.35 =1193.4 mm?。

　　新设计的铜排采用多排并行的窄铜排替代原有单排铜排，由于铜排的通过电流在几千安左右，电流通过时会产生微震动，利用铜排之间的间隙产生空气流动而让铜排进行散热。图4为该铜排的截面图，采用了5片8 mm的铜板加工而成，中间留有2 mm左右的间隙，它的有效截面积为Sf =5×a×d=5×100×8=4000 mm?。通过计算我们可以看出，改造后的导电铜排的有效截面积大大提高了，这就为降低铜排电阻、节约电能奠定了基础。

　　1.3 铜排布置的节能改造

　　在铜排的节能设计中，除了在有效增加导电截面积方面做了深入研究外，为降低节点电力损耗，我们在铜排连接中还尽量采用直接传输的导电模式，减少水冷硬铜排环节，直接由硬铜排连接至软铜排，从而减少了一个节点的损耗，同时，节点的链接方式有原来的圆环卡紧改为现在的平面锁紧链接的方式，大大提高了节点的接触面积，降低了其导电电阻。节能的同时又解决了现场安装冷却器和风箱的空间问题。改造前后铜排布置方式如图5、图6所示。

　　2 结语

　　通过研究交流电的表面趋肤效应现象，合理设计铜排结构，有效增加了导电面积，减少了铜排本身的材料成本；设计改进后的漏板铜排，减少了连接节点数目，降低了设备运行故障率；改变原有铜排的布置方式，为冷却器的安装和工艺风箱的清理预留合理的空间，方便员工的操作；由于电阻的减少，降低了电能损耗，为公司降低了生产成本，同时为产品质量的稳定提供了保障。

　　参考文献

　　[1] 李建兵，牛忠霞，周东方，等.矩形截面长导体趋肤效应的数值分析[J].信息工程大学学报，2006（2）：167-171.

　　[2] 余明杨，童磊.集肤效应对铜排导电性能的影响分析[J].电气技术，2007（4）：56-57，65.

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