3.7.2 Розрахунок електродинамічної стійкості шин

Нехай необхідно визначити механічні напруження в шинах та ізоляторах двохфазної шинної конструкції (рис. 3.10)

1-2 –ізолятори,

3 – шина,

l – відстань між ізоляторами.

І) На шину діє рівномірно розподілене електродинамічне зусилля. Зусилля на одиницю довжини позначимо p[p] – Н/м. В шині мах. напруження

де – мах. питомого електродинамічного навантаженні від сусідньої фази;

– мах. згинаючий момент;

– момент опору;

– довжина вільного прольоту шини, м.

де – висота ізолятора, м;

– відстань від основи ізолятора до центра тяжіння поперечного перерізу шини, м.

Розподіл моментів та поперечної сили показано на рис. 3.11.

Нехай, кА, стала часу аперіодичної складової 0,05 с, відстань м, а між фазами – 0,6 м. Шини алюмінієві, трубчасті. Опорні ізолятори із мінімальним руйнуючим навантаження 3675 Н, висотою =0,372 м. =35 кВ.

Вважаємо, що шини мають жорстке кріплення в ізоляторах.

ΙΙ) Для даної задачі максимальний згинаючий момент,

де – навантаження на одиницю довжини.

ΙΙΙ) Максимальне напруження в матеріалі шини

– момент опору згину.

ΙV) Навантаження, що діє на ізолятори

V) Умова максимальної. міцності шин та ізоляторів

VI) Для алюмінію марки АО =117·10⁶ Па.

VII) Для ізоляторів

VIII)

кА.

тому (для довгого провідника).

Для круглих провідників

IX) Звідси: р=1.02·10^-7·2(50.8·10³)²/0.6=880 Н/м;

X) р=р·l=880·1.3=1142 H<0.6·3675·0.372/0.407=2010 H, (див. формулу IV, VII).

Таким чином, конструкція шин виконана із запасом механічної міцності.

4. Основи теплових розрахунків

4.1 Втрати в електричних апаратах

Потужність та кількість теплоти, що виділяється при проходженні через провідник електричного струму визначається за законом Джоуля – Ленца:

→

Електричний опір провідника що ввімкнений в коло змінного і такого самого постійного струму, відрізняються між собою.

При постійному струмі опір легко знайти за відомою формулою:

(4.2)

де ρ – питомий опір;

l – довжина провідника;

S – площа поперечного перерізу.

При змінному струмі на активний опір провідника впливають поверхневий ефект і ефект близькості.

Тому вводиться коефіцієнт, що додатково враховує ці два ефекти – – коефіцієнт додаткових втрат.

Активним опором називають деякий фіктивний опір провідника, який будучи помноженим на квадрат діючого струму дає втрати потужності, що дійсно мають місце при даному змінному струмі.

Поверхневий ефект зумовлений тим, що змінний струм збуджує в провіднику неоднорідне по його перерізу магнітне поле, що викликає різну величину вихрового струму, напрямленого проти основного струму. Це призводить до того, що опір провідника збільшується, оскільки струм виштовхується до поверхні. З підвищенням температури провідність матеріалу зменшується, значить, поверхневий ефект спадає.

Ефект близькості полягає в тому, що магнітне поле одного провідника впливає на магнітне поле іншого провідника, розташованого поруч. Взаємовплив полів струмів цих провідників теж призводить до змін електричного опору провідника. Тому при змінному струмі:

(4.3)

де – коефіцієнт додаткових втрат;

– поверхневого ефекту (росте із ростом частоти і провідності);

– коефіцієнт близькості (росте в провідниках із феромагнетика).