新能源汽車采用高壓進(jìn)行電力傳輸，電連接螺栓連接的性能，會影響電力傳輸?shù)男阅?，電線發(fā)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(jìn)行哪些試驗和驗證？目前沒有統(tǒng)一的規(guī)范。
我們可以參考其他行業(yè)，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(jìn)行相關(guān)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(fā)熱的現(xiàn)象，耐張線夾樣圖如圖所示，引流板螺栓松脫經(jīng)常發(fā)生。
螺栓松脫，通常歸因于輸電導(dǎo)線長時間的微風(fēng)振動，但在實際檢修中發(fā)現(xiàn)，引流板螺栓存在施工不規(guī)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(jié)構(gòu)設(shè)計施工和汽車裝配中是一個重要的工藝指標(biāo)，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(shù)
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(shù)的離散性高于普通螺栓。
我們通過扭矩-預(yù)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(shù)，同時進(jìn)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(yīng)能承受預(yù)緊力和扭矩的復(fù)合載荷，而不應(yīng)產(chǎn)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(yīng)伸出螺母端部至少有2～3扣。試驗設(shè)備清單見表下表。
對于該種試驗可以按照相關(guān)的螺紋緊固件摩擦系數(shù)進(jìn)行測試，更加準(zhǔn)確和專業(yè)。
在上述試驗的基礎(chǔ)上，繼續(xù)增加扭矩直至螺栓連接失效。
通過試驗發(fā)現(xiàn)：有潤滑和無潤滑的失效過程及結(jié)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(jù)試驗，并參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出最終的擰緊扭矩。
從產(chǎn)品設(shè)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(yù)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(zhì)為純鋁，其屈服強(qiáng)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(chǎn)生蠕變的最大壓力，在運行中引流板發(fā)生蠕變的壓力，將逐漸下降并穩(wěn)定在一個不再進(jìn)一步蠕變的數(shù)值上。因純鋁蠕變速度與接觸面上的單位壓力有直接關(guān)系，過高的螺栓預(yù)緊力，會加劇引流板的蠕變反應(yīng)，不利于引流板的長期穩(wěn)定運行。
綜合以上兩點，螺栓扭矩產(chǎn)生的壓應(yīng)力，應(yīng)使引流板可靠連接，同時不會出現(xiàn)明顯的蠕變反應(yīng)。
對于紫銅，鋁等軟材料螺栓連接，非常容易出現(xiàn)被連接件材料壓潰的可能性，對這類連接設(shè)計預(yù)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(yù)緊力衰減。
因為，通常情況下無法避免預(yù)緊力的衰減，可以適當(dāng)?shù)脑跀Q緊工藝上考慮多慢速擰緊，停頓，甚至復(fù)緊的擰緊工藝來降低預(yù)緊力的衰減。
同時，要考慮適當(dāng)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(guī)范》及GB/T 50389《750kV架空送電線路施工及驗收規(guī)范》，4.8級螺栓的緊固扭矩值不應(yīng)小于下表的規(guī)定，4.8級以上的螺栓緊固扭矩值由設(shè)計規(guī)定，若設(shè)計無規(guī)定，宜按4.8級螺栓的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
02
擰緊扭矩推薦值
根據(jù)試驗，并參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出最終的擰緊扭矩。
從產(chǎn)品設(shè)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(yù)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(zhì)為純鋁，其屈服強(qiáng)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(chǎn)生蠕變的最大壓力，在運行中引流板發(fā)生蠕變的壓力，將逐漸下降并穩(wěn)定在一個不再進(jìn)一步蠕變的數(shù)值上。因純鋁蠕變速度與接觸面上的單位壓力有直接關(guān)系，過高的螺栓預(yù)緊力，會加劇引流板的蠕變反應(yīng)，不利于引流板的長期穩(wěn)定運行。
綜合以上兩點，螺栓扭矩產(chǎn)生的壓應(yīng)力，應(yīng)使引流板可靠連接，同時不會出現(xiàn)明顯的蠕變反應(yīng)。
對于紫銅，鋁等軟材料螺栓連接，非常容易出現(xiàn)被連接件材料壓潰的可能性，對這類連接設(shè)計預(yù)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(yù)緊力衰減。
因為，通常情況下無法避免預(yù)緊力的衰減，可以適當(dāng)?shù)脑跀Q緊工藝上考慮多慢速擰緊，停頓，甚至復(fù)緊的擰緊工藝來降低預(yù)緊力的衰減。
同時，要考慮適當(dāng)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(guī)范》及GB/T 50389《750kV架空送電線路施工及驗收規(guī)范》，4.8級螺栓的緊固扭矩值不應(yīng)小于下表的規(guī)定，4.8級以上的螺栓緊固扭矩值由設(shè)計規(guī)定，若設(shè)計無規(guī)定，宜按4.8級螺栓的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
03
擰緊試驗驗證
以4.8級M12螺栓緊固的引流板為例，進(jìn)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(fā)熱試驗，主要關(guān)注的是引流板平板搭接位置，與耐張線夾管體、鋼錨部分關(guān)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(jìn)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(huán)試驗》的相關(guān)規(guī)定。
螺栓擰緊力矩采用推薦力矩值40N·m。試驗設(shè)備包括直流電阻測試儀、大電流溫升設(shè)備和溫度傳感器，試驗照片如圖所示。
03
擰緊試驗驗證
以4.8級M12螺栓緊固的引流板為例，進(jìn)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(fā)熱試驗，主要關(guān)注的是引流板平板搭接位置，與耐張線夾管體、鋼錨部分關(guān)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(jìn)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(huán)試驗》的相關(guān)規(guī)定。
螺栓擰緊力矩采用推薦力矩值40N·m。試驗設(shè)備包括直流電阻測試儀、大電流溫升設(shè)備和溫度傳感器，試驗照片如圖所示。
溫升和電阻試驗結(jié)果見下表，各試件的溫升值均低于參考導(dǎo)線的溫升值，試件溫升前/后的電阻值均低于參考導(dǎo)線的電阻值，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
04
螺絲君經(jīng)驗的總結(jié)
通過上述分析，對新能源汽車的高壓導(dǎo)電連接螺栓，需要進(jìn)行下面的驗證：
螺栓摩擦系數(shù)測試，由于一般控制摩擦系數(shù)需要在表面處理面層涂覆潤滑劑，而潤滑劑一般會影響導(dǎo)電性能，因此，對于導(dǎo)電連接處需要考慮摩擦系數(shù)穩(wěn)定劑對導(dǎo)電的影響，同時考慮采用何種表面處理，不會影響導(dǎo)電性能。
螺栓進(jìn)行失效擰緊測試，確認(rèn)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(jù)。
必要情況下進(jìn)行防松性能測試，特別是要確認(rèn)預(yù)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(jìn)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(jìn)行振動測試，確定在振動條件下，螺栓的松動情況。
相關(guān)的熱溫升試驗標(biāo)準(zhǔn)可以參照GB/T 2317.3《電力金具試驗方法第3部分：熱循環(huán)試驗》進(jìn)行試驗。
以上，就是從超高壓螺栓導(dǎo)電連接的案例，分析出需要進(jìn)行的試驗要求，在新能源汽車高壓導(dǎo)電連接中可以進(jìn)行相關(guān)的試驗，確保電連接的可靠。
