4. Сопоставляют наибольшие напряжения в материале с допустимым.

Таблица 5.2 – коэффициенты ξ_σ. и ξ_F.

Расположение шин по вершинам треугольника	ξF.	ξσ для шин
		круглого и кольцевого сечения	квадратного сечения
Прямоугольного равнобедренного ( рисунок 5.16)	0,95	0,95	1,16
Равностороннего ( рис. 5.1в)	1,0	1,0	1,39
Равностороннего (рис. 5.1г)	1,0	1,0	1,21

3 Расчет шинных конструкций с упругоподатливыми опорами

Расчет максимальных напряжений в материале шин и нагрузок на изоляторы в конструкциях с упругоподатливыми опорами проводится в следующем порядке.

1. Определяют приведенную (эквивалентную сосредоточенную) массу опоры, кг,

М =с_оп. / (2π·f_оп.)². (5.16а)

где с_оп. – жесткость опоры, Н/м; f_оп. – частота собственных колебаний опоры, Гц.

Жесткость и частоту собственных колебаний опоры можно принять равными соответственно жесткости с_из. и частоте собственных колебаний f_из. изолятора, если основание или надставка изолятора не являются колоннами (высота которых близка к высоте изолятора).

Приведенную массу приближенно можно вычислить по формуле:

М = М_оп.(Н_{ц оп.}/Н_{ц ш.})². (5.16б)

где М_оп. – масса опоры, кг; Н_{ц. оп.}, Н_{ц. ш.} – расстояния от основания опоры соответственно до центра масс опоры (изолятора) и центра масс поперечного сечения шины (рисунок 3.5).

2. Находят безразмерные параметры шинной конструкции М/(тl) и с_оп.l³/(EJ).

3. Определяют параметры частоты r₁ по кривым (рисунок 5.6). Если с_оп.l³/(EJ) ≥ 3000, опоры шин можно принять абсолютно жесткими и параметр r₁ равным значениям, указанным в таблице 5.1.

4. По (5.6) вычисляют частоту собственных колебаний шинной конструкции. Дальнейший расчет наибольших нагрузок на изоляторы и напряжений в материале шин проводят так же, как для конструкций с жесткими опорами.

Задача 1

Проверить на электродинамическую стойкость шинную конструкцию в цепи трансформатора собственных нужд ТЭЦ (рисунок 1.4). Шины расположены водной плоскости, расстояние между фазами, а = 0,7 м; длина пролета шины l=1,2 м. Согласно результатам расчетов (см. практическое занятие 1, задача 4) в цепи трансформатора собственных нужд выбраны алюминиевые шины прямоугольного сечения 100x6 мм. Масса шины m = 1,612 кг/м [1, таблицы 7.2]. Ударный ток КЗ в этой цепи i_уд. = 249,1 кА.

Рисунок 5.5 – К расчету приведенной массы опоры

Решение

Предварительно определяем момент инерции и момент сопротивления, поперечного сечения шины. Согласно [2, таблице 7.1]

м⁴ ;

м³.

В РУ напряжением 10 кВ используются шины многопролетные неразрезные, а изоляторы абсолютно жесткие. Поэтому расчетной схемой шинной конструкции служит балка с жестким опиранием на неподвижные опоры (схема 3, таблица 5.1), параметр частоты которой r₁ = 4,73, а коэффициенты β = 1 и λ = 12.

По (5.4) вычисляем первую частоту собственных колебаний шины. Принимая во внимание, что модуль упругости для алюминия и алюминиевых электротехнических сплавов Е = 7·10¹⁰ Па, получаем:

Гц.

Частота собственных колебаний больше 200 Гц, поэтому динамический коэффициент η = 1.

По (5.7) определяем наибольшие электродинамические нагрузки при трехфазном КЗ:

Н/м.

Вычисляем максимальные напряжения в материале шин по (5.8а);

σ_расч .

Допустимое напряжение наиболее прочного электротехнического алюминиевого сплава марки АД31Т1 составляет 136 МПа таблица 1.16(1),

что меньше σ_расч. Следовательно, шины не удовлетворяют условию

а

б

Рисунок 5.6 – Кривые параметров частоты шинных конструкций с упругоподатливыми опорами:

а – расчетная схема для балки с шарнирным опиранием; б – расчетная схема для балки с защемлением на обеих опорах

электродинамической стойкости (5.1). Для снижения напряжения в материале шин можно уменьшить длину пролета. Наибольшая допустимая длина в соответствии с (5.8) определяется из отношения:

σ_расч / σ_доп = l ²/ l ²_доп ,

откуда

м.

Примем длину пролета l = 1 м. Нетрудно убедиться, что частота собственных колебаний шины в этом случае будет значительно больше 200 Гц. Следовательно, динамический коэффициент также равен 1. Наибольшие напряжения в материале шины составят

Па 128 МПа  136 МПа.

По (5.9 а) находим максимальные нагрузки на изоляторы:

F_расч. = 1·15353·1 = 15353 Н.

Предварительно выбираем изоляторы типа ИОР-10-25,00 УХЛЗ с разрушающей нагрузкой 25 кН [1, таблица 5.7]. Изоляторы имеют внутреннюю заделку арматуры (см. рисунок 5.1а). Поэтому расстояние от головки до опасного сечения изолятора Н равно высоте изолятора, т. е. 130 мм. Расстояние от вершины изолятора до центра масс поперечного сечения шины

h = 0,5b = 0,5·6 = 3 мм.

Расстояние h невелико, поэтому отношение H / (h+H) ≈ 1 и допустимая нагрузка на изоляторы, согласно (5.4):

F_доп. = 0,6·20·10³ = 12 000 Н < F_расч..

Условие электродинамической стойкости изоляторов (5.2) не выполняется. Выбираем изоляторы типа ИО-10-30 УЗ, допустимая нагрузка которых

F_доп. = 0,6·30·10³ = 18 000 Н > F_расч. = 15 353 Н.

Изоляторы типа ИО-10-30,00 УЗ удовлетворяют условию электродинамической стойкости (5.2).