Расчет шин на электродинамическую стойкость

Шинная конструкция, состоящая из шин, изоляторов и основания, к которому прикреплены изоляторы, представляет собой упругую систему, которая под действием электродинамических сил приходит в сложное колебательное движение. При этом нагрузка от шин передается изоляторам. Критериями механической прочности (электродинамической стойкости) являются максимальные напряжения в материале шин и максимальные нагрузки на изоляторах, которые не должны превышать допустимые.

Как было показано в предыдущем разделе, на шины действует 50-герцовая составляющая силы – до затухания апериодической составляющей тока и 100-герцовая – все время действия КЗ. Если собственные частоты колебательной системы совпадут с этими значениями, система накопит энергию и амплитуда колебаний значительно превысит смещение шин от такой же величины, но статической нагрузки. Процесс аналогичен раскачиванию качелей: периодически прилагая небольшое усилие можно достичь большой амплитуды качаний. В то же время приложение такого же, но постоянного во времени усилия, приведет лишь к небольшому отклонению качелей.

Если собственные частоты меньше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает, и могут быть приняты следующие допущения, позволяющие значительно упростить задачу:

1. Шинная линия представляется статической системой, в которой не учитываются колебания шин и изоляторов.

2. Нагрузка равномерно распределена по длине пролетов между изоляторами.

3. Шины свободно лежат на опорах и расположены в одной плоскости.

Рисунок 3.16 – Расчетная схема шины, свободно лежащей на опорах (а); б – стержень с защемленными концами; в – стержень со свободными концами

Касательные к изогнутой оси шины во всех точках крепления, кроме крайних, совпадают с недеформированной осью шины. Отсюда следует, что пролет шины можно рассматривать как стержень с защемленными концами (рис. 3.16). Однако крайние участки шин имеют один защемленный, а второй свободный концы, поэтому в качестве расчетного значения принимают среднее значение момента

,

где f – равномерно распределенная сила, H/м; l – длина пролета, м.

Момент инерции поперечного сечения определяет свойство шины сопротивляться искривлению в зависимости от формы и размеров поперечного сечения. Модуль упругости характеризует то же свойство шины сопротивляться искривлению, но в зависимости от свойств материала. Произведение EJ называется жесткостью шины при изгибе. Чем больше жесткость шины, тем меньше ее прогиб под действием изгибающего момента.

Таблица 3.1 – Механические характеристики материала шин

Материал	Марка	Разрушающее напряжение, σразр, МПа	Допустимое напряжение, σдоп, МПа	Модуль упругости, E, Па
Алюминий	АО, А1			7·10^10
АДО	60 – 70		7·10^10
Алюминиевый сплав	АД31Т			-
АД31Т1			-
Медь	МГТ	250 – 300		10·10^10
Сталь	Ст 3	370 – 500		20·10^10

Дата добавления: 2014-01-07