摘要：本文通过电缆与接线端子几种不同连接方式的工艺性、抗拉伸能力、直流电阻和极限温升等性能对比分析，选出质量合格、操作简单并性能最优的电缆与接线端子连接方式，可有效保证其连接的可靠性。
关键词：电机；电缆；接线端子；压接
0 引言
电缆是各种电机必不可少的组成部分，电缆的质量可靠性影响着电机的整体可靠性。电缆的接线是将压接了接线端子的电缆通过焊接或螺栓与电机绕组、电控柜连接起来，而电缆与接线端子的连接质量将会影响电缆的发热，严重时导致电缆烧损，甚至会引起电机烧损击穿。过去曾多次发生因接头松动、发热、打火而造成电缆、电控柜烧损，导致电机无法正常运行。
1 研究内容和方案
为了保证电缆压接质量和提高可靠性，必须保证机械强度、压接后电阻和电缆温升达到标准要求，并有必要用实验来验证电缆压接后是否达到标准要求。本文中以某大功率电机的240mm2电缆[1]为例，为了保证电缆与接线端子[2]连接的可靠性，电机设计时设计了三种电缆与接线端子连接方案，并针对机械强度[3]、直流电阻和温升[4]进行相关试验检测，并结合理分析，综合工艺操作性、机械强度、电气检测结果数据，选出最优压接方案，以指导其他相关产品的电缆压接工作，保证电机运行的可靠性。
通过对以往采用过的不同压接或连接方案分析，并针对此大功率电机的240mm2电缆，特制定如下三种方案：
方案一：采用六角型压模进行两次两段围压（即先使用240的压模间隔5mm压接两次，再使用185压模在前面基础上压接两次），简称两次两段围压，如图1所示。
方案二：采用六角型压模进行两次一段围压，然后焊接（即先使用240的压模在接头中间位置压接一次，再使用185压模在前面基础上压接一次，最后在接头开口处进行银铜焊接），简称两次一段围压后焊接，如图1所示。
方案三：采用火焰银铜焊接，简称焊接，如图1所示。
图1 方案示意图
2 理论分析
2.1 方案一采用六边形围压的方法，围压后直流电阻应按公式计算：
（1）
式中：
-集中电阻；
-膜层电阻；
-导体电阻。
1）集中电阻
为电流通过实际接触面时由于电流线收缩（或称集中）显示出来的电阻。其可按公式（2）计算：
（2）
式中：
—接触压力（
）；
、
—两接触体的电阻率（
）；
—两导体的弹性极限（
）；
—接触点个数。
从（2）式可以，要想得到最小的围压后直流电阻，就要使集中电阻降到最小，可通过选用电阻率小和弹性极限小的材料、增加接触点数，并施加较大的接触压力的方法来实现。
2）膜层电阻
为由于大气中不存在真正洁净的金属表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的氧化膜，再加上表面尘埃等形成的膜层而显示出来的电阻。因此，要求我们施工时，应控制接触面氧化程度和减少表面尘埃。
3）集中电阻加膜层电阻也叫接触电阻，接触电阻很大的话，有大电流通过高阻触点时，就可能产生过分的能量消耗，并使触点产生危险的过热现象。
2.2 方案三主要是为了去除集中电阻的影响，采用导电率更好的银铜焊料填充，如果填充良好，可消除集中电阻，提高电缆接头处导电性能。
2.3 方案二主要考虑降低集中电阻并增加银铜焊接后机械强度，增强其抗拉性能。
从理论分析，在导电性能方面，方案三优于方案二和方案一，机械性能有待试验检测。但又因为焊接填充的工艺性，所以通过试验检测，以确定三种方案是否符合要求和压接后性能优劣。
3试验检测
3.1机械强度-拉伸强度检测
将压接好的试件进行拉伸试验，每种型号各2件，共6件，方案一编号：A1-1、A1-2，方案二编号A2-1、A2-2，方案三编号：A3-1、A3-2。
试验时，将试件垂直的夹在拉力机的上下夹具上，沿着导体的中心线施加负载，以15mm/min的拉伸速度匀速加载，直到试样被拉坏，拉力试验机会自动停止。具体实测极限抗拉力及接头损坏位置见表1、表2：
表1 极限抗拉力数据
表2 三种方案拉伸结果
从表1可以看出方案一的极限抗拉力最大，从表2中可以看出方案一和方案二性能相当，而方案三丝断并轻微滑丝，性能最差。
综合表1、表2可看出方案一优于方案二优于方案三。
3.2直流电阻测试
将两头均压接了接头的样件进行直流电阻测量，每种方案各2件，共6件，方案一编号：B1-1、B1-2，方案二编号：B2-1、B2-2，方案三编号：B3-1、B3-2。测试仪器：直流电阻测试仪，型号：QJ84A。
测量时，将直流电阻测试仪的两个表笔分别夹在试件压接接头末端，待测量值保持不变后做好记录。每件试件测量三次求平均值，测量结果如表3所示。
表3 实测直流电阻
测量时环境温度t为：28℃，将测量值换算为20℃下，换算公式为R20=（234.5+20）Rt/（234.5+t），t为测量时的环境温度，Rt为环境温度下测量电阻值。试件长度L转化成标准直流电阻按公式R=ρL/S（20℃时，ρ=0.01724，L见表3）计算，试件的电阻比率按公式度算e= R20/R。各数据计算结果见表4。
表4 电阻比率
由表4可知，三组试件的电阻比率值均≤1.2，符合GB/T9327-2008《额定电压35KV（Um=40.5KV）及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试验方法和要求》中的要求。
通过直流电阻对比，可看出方案一优于方案二和方案三，方案二和方案三相当。
3.3温升试验检测
温升试验和直流电阻检测采用同一组样件，每种方案各2件，共6件，方案一编号：B1-1、B1-2，方案二编号：B2-1、B2-2，方案三编号：B3-1、B3-2。试验时，在电缆样件加载AC590A试验电流。用热电偶温度计在线检测温度，检测点如图2所示，在温度上升到相隔一小时的三次或三次以上由测量点测得的温度之差不超过1℃时，就认为发热稳定。三种方案的温升数据与变化曲线见图3-图5。
图2 温升检测示意图
图3 方案一温升曲线
注：CH01-样件B1-1电缆中间温度，CH02-样件B1-1接头处温度，CH03-样件B1-2接头处温度，CH04-样件B1-2电缆中间温度；
图4方案二温升曲线
注：CH01-样件B2-1电缆中间温度，CH02-样件B2-1接头处温度，CH03-样件B2-2接头处温度，CH04-样件B2-2电缆中间温度。
图5方案三温升曲线
注：CH01-样件B3-1电缆中间温度，CH02-样件B3-1接头处温度，CH03-样件B3-2接头处温度，CH04-样件B3-2电缆中间温度；
表5 温升数据
上述表5为各温测点稳定后最后一次测量的温升数据，通过表5并结合图3-图5可看出，样件B1-1、B1-2、B2-2满足要求（接线端子压接或焊接处温升低于电缆温升为合格）。
通过温升数据对比，可看出方案一优于方案二优于方案三。
方案二和方案三温升不合格可能因为目前焊接工艺无法保证焊料将接头内空隙填充饱满，导致集中电阻偏大，从而连接处过热，严重将烧损电缆。
3.4 样件切面宏观金相对比分析
表6 样件切面宏观金相对比
从表6样件切面宏观金相来看，方案一接线端子和铜心电缆压接后接触质密，方案二较差，方案三最差。
4结论
根据以上检测试验，完成了240mm2电缆与电缆接头连接的三种结构方案的性能对比。基于试验数据和理论分析的对比可知，方案一两次两段压接试件的拉伸、直流电阻及极限温升试验结果均符合相关标准要求，并优于其他两个方案。因此，建议电机用电缆采用方案一两次两段围压进行电缆与接线端子的压接作业，以保证电机的运行可靠性。
另外，从本次试验整个制作过程、检测过程和检测结果，可从电缆检验、接线端子质量检验以及压接工艺操作规范等方面对压接工艺进行全过程质量管控，为压接工艺的质量检验提供检查项点和参考依据。
参考文献：
[1] JB/T 6213.1-2006，《电机绕组引接软电缆和软线 第1部分：一般规定》[S].
[2] GB/T 14315-2008，《电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管》[S].
[3] GB/T 9327-2008，《额定电压35kV（Um=40.5kV）及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试验方法和要求》[S].
[4] TB/T 1507-1993，《机车电机设备布线规则》[S].
作者简介：
于亮（1987-）男，辽宁大连人，硕士研究生，主要从事风力发电机产品研发相关工作。
论文作者:于亮,龚天明,车三宏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/25
标签：方案论文; 样件论文; 电阻论文; 电缆论文; 电机论文; 温度论文; 两次论文; 《电力设备》2018年第3期论文;