Расчет электродинамический усилий в шинах

Видео:Провода, токопровод, шиныСкачать

Пример проверки шин и изоляторов на электродинамическую стойкость по ГОСТ

В данном примере рассматривается расчет проверки шин и изоляторов на электродинамическую стойкость при коротких замыканиях в сети 10 кВ согласно ГОСТ Р 52736-2007.

Требуется проверить на электродинамическую стойкость шинную конструкцию (шины и изоляторы) на напряжение 10 кВ.

1. Ударный ток трехфазного КЗ на шинах 10 кВ — iуд = 180 кА;

2. Изоляторы применяются типа ИОР, обладающие высокой жесткостью, то есть неподвижны при КЗ.

3. Шины выполнены из алюминиевого сплава марки АД31Т1 сечением 8х60 мм (выбраны ранее), расположены горизонтально в одной плоскости и имеют шесть пролетов.

5. Расстояние между осями проводников — а= 0,6 м (см.рис. 2а ГОСТ Р 52736-2007);

6. Толщина шины — b = 8мм = 0,008 м;

7. Высота шины — h = 60 мм = 0,06 м;

8. Погонная масса шины определяется по таблице 1 ГОСТ 15176-89 для алюминиевой шины с размерами 8х60 мм — m = 1,292 кг/м;

9. Модуль упругости шин – Е = 7*1010 Па (см. таблицу 3 ГОСТ Р 52736-2007);

10. Допустимое напряжение материала – σдоп. = 137 МПа (см. таблицу 3 ГОСТ Р 52736-2007);

1. Определяем момент инерции J и момент сопротивления W по расчетным формулам согласно таблицы 4:

2. Определяем частоту собственных колебаний шины по формуле 22 [Л1, с.12]:

где: r1 = 4,73 – параметр основной частоты собственных колебаний шины, определяется по таблице 2 [Л1, с. 5]. В данном примере шины и изоляторы остаются неподвижными при КЗ, исходя из этого расчетный номер схемы №3.

3. Определяем коэффициент динамической нагрузки η при трехфазном КЗ в зависимости от отношения f1/fсинх = 315/50 = 6,3 при этом fсинх = 50 Гц. Согласно рисунка 5 коэффициент динамической нагрузки η = 1.

4. Определяем коэффициент формы Кф = 0,95 по кривой, где отношение b/h = 0,10, согласно рисунка 1.

5. Определяем коэффициент Красп = 1 по таблице 1, когда шины расположены в одной плоскости, см. рис.2а.

6. Определяем коэффициент λ = 12, согласно таблицы 2 [Л1, с.5].

7. Определяем максимальную силу, действующую на шинную конструкцию при трехфазном КЗ по формуле 2 [Л1, с.4].

• l = 1,0 м – длина пролета, м;
• а = 0,6 м — расстояние между осями проводников (фазами), м;
• iуд. = 180*10 3 А – ударный ток трехфазного КЗ, А;
• Кф = 0,95 – коэффициент формы;
• Красп. = 1,0 – коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников.

8. Определяем максимальное напряжение в шинах при трехфазном КЗ по формуле 18 [Л1, с.11]:

• l = 1,0 м – длина пролета, м;
• η = 1,0 – коэффициент динамической нагрузки;
• λ = 12 – коэффициент, зависящий от условия закрепления шин;
• W = 4,8*10 -6 м3 – момент сопротивления поперечного сечения шины.

Сравниваем полученное максимальное напряжение в шинах σмах. = 154 МПа с допустимым напряжением материала σдоп. = 137 МПа из таблицы 3. Как видно из результатов расчетов σмах. = 154 МПа > σдоп. = 137 МПа – условие электродинамической стойкости не выполняться .

Поэтому для снижения напряжения в материале шин необходимо уменьшить длину пролета.

9. Определяем наибольшую допустимую длину пролета, м:

Принимаем длину пролета l = 0,9 м.

10. Определяем максимальное напряжение в шинах при трехфазном КЗ, с учетом длины пролета l = 0,9 м.

Читайте также: Датчик давления в шинах exist

Условие электродинамической стойкости выполняется: σмах. = 125 МПа

где: Fразр. = 20000 Н — минимальная механическая разрушающая сила на изгиб, принимается по каталогу на изолятор.

Выбранные шины и изоляторы удовлетворяют условию электродинамической стойкости, с длиной пролета l = 0,9 м.

1. ГОСТ Р 52736-2008 – Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания.

Видео:Как считать размер шин. Расчёт и расшифровка размеров и обозначений.Скачать

Расчет нагрева и охлаждения частей электрических аппаратов

Задание к самостоятельной работе по дисциплине

«Электрические и электронные аппараты»

Расчет электродинамических усилий с использованием закона Био-Савара-Лапласа

Задача 1. Определить величину и направление электродинамического усилияF₌, возникающего между двумя расположенными параллельно друг другу шинами прямоугольного сеченияS = h х b мм 2 с длинами шин l₁= 1 м иl₂, как показано на рис 1, еслиd₁= d₂, а s₁= s₂. Коэффициент контура рассчитывается по формуле (1). Расстояние между осями шин – а,по ним протекают постоянные токиI₁ и I₂ в одном направлении, причемI₂ = 1,5×I₁. Шины находятся в воздухе вдали от ферромагнитных частей и расположены широкими сторонами друг к другу, а токи по их сечению распределены равномерно.

(1)

Расчет электродинамических усилий по энергетическим формулам

Задача 2. Определить величину и направление электродинамического усилияF_P, возникающего между витками цилиндрического однослойного реактора, имеющего радиус витка R и шаг витка h_R. По реактору протекает ток I_КЗ. ОпределитьусилияF_R, стремящиеся разорвать витки реактора, а также усилияF_r, сжимающие проводники, выполненные из круглого провода, радиус которого r.

Расчет электродинамических усилий при переменном токе

Задача 3. Определить характер изменения во времени и наибольшую величину электродинамического усилияF

иF_max, возникающего между двумя расположенными параллельно друг другу шинами прямоугольного сеченияS = h х b мм 2 срасстоянием между опорными изоляторами l = 1 м, по которым протекает переменный установившийся ток КЗ – I_КЗ= 10×I₁(Задача 1), частотой f = 50 Гц, если короткое замыкание произошло в удаленной от генератора точке. Проверить, удовлетворяют ли при заданных параметрах эти шиныусловиям прочности и жесткости(W_ИЗ) и на каком максимально возможном расстоянии l_max можно поставить опорные изоляторы шин. Определить частоту собственных колебанийf_C, а также расстояние между изоляторами l_РЕЗ, при котором наступит механический резонанс системы, еслирассматривать шины, как многопролетные балки.

Расчет нагрева и охлаждения частей электрических аппаратов

Задача 4.Определить потери мощности и длительно допустимую величину плотности переменного тока частотой f = 50 Гц для бескаркасной катушки индуктивности, намотанной медным проводом диаметромd_ПР, марки ПЭВ2, с числом витков w. Температура окружающей среды J₀ = 35°С,допустимая температура для данного класса изоляции J_ДОП= 90°С. Теплоотдача катушки в окружающую среду, которой является спокойный воздух, осуществляется с поверхностейS_ОХЛ, не контактирующих с магнитопроводом. Коэффициент теплоотдачи катушки определяется по формуле:

Используя зависимость B = f (H)(рис. 2) и графики удельных потерь (рис.3) определить потери мощности в сердечнике магнитопровода, в который будет установлена эта катушка индуктивности при рассчитаннойплотности тока с учетом коэффициента заполнения магнитопроводаk_З = 0,9.Магнитопровод выполнен из листовой трансформаторной стали марки Э41 с толщиной листов d = 0,35 мм. Размеры магнитопровода (а, b, c, h) показаны нарис. 4 иприведены в табл. 1.

Рис. 3.Графики удельных потерь

Рис. 4.Габаритные размерымагнитопровода

Определитьвеличину допустимого тока для шины, поперечное сечение которой S = h х b мм 2 , если допустимая температура шиныJ_доп, температура окружающей средыJ_о. Полученный результатI_допПР сравнить срезультатом, который получился бы для круглой шиныI_допКР при условии, что площадь ее поперечного сечения равна площади поперечного сеченияпрямоугольной шины.

Читайте также: Все размеры шины gislaved

Определить величину допустимого времени нагрузки постоянным током I_Нэтой жешины, если коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности шины k_Т, а начальная температура шины – J_НАЧ.

Используя кривые адиабатического процесса (рис.5) найти конечную температуру данной шины, если она в течение 5 сек нагружается током короткого замыкания I_КЗ, а в начальный момент времени находилась в спокойном воздухе при температуре J_НАЧ.

Определить температуру контакта, выполненного в виде двух плоских шин размером a₁х b₁ мм 2 (Задача 1), составленных встык и сжатых силой
Р=30 кГ. Через контакт протекает ток I_Н = 0,1×I₁(Задача 1), шины находятся в воздухе, темпе­ратура которого ₀ = 35°С, коэффициенты теплоотдачи k_T= 20 Вт/(м 2 ×град) с поверхностей шин одинаковы. При расчете принять, что шины бесконечно длинные и в месте соединения покрыты слоем металла с меньшим удельным сопротивлением,материал которого указан в задании (табл.1).

Контакты электрического аппарата образованы двумя торцами металлических цилиндров с диаметром наконечников d=0,03м. Определить величину контактного нажатия при длитель­ном токе нагрузки I_Н=0,1×I₁(Задача 1) и токе короткого замыкания I_КЗ =10×I₁(Задача 1), а также величину сопротивления стягивания R_СТ и контактного сопротивления R_КОНТ. Температура окружающей среды J₀=35 °С. Материал контактов указан в задании (табл.1).

Определить температуру поверхностиJ_П и значение коэффициента теплоотдачи k_Tкруглой медной шины диаметром d_Ш = 50×d_ПР(Задача 4),если по ней пропускается постоянный ток I=I_Н =0,1×I₁ (Задача 1). Шина охлаждается поперечным потоком трансформаторного масла, скорость которого v = 1 м/с, температура J_ж = 20°С.

Задача 3 с решением

Поскольку короткое замыкание произошло в уда­ленных от генератора точках сети, влиянием апериодической со­ставляющей на электродинамическое усилие можно пренебречь.

Усилие взаимодействия между ножами рубильника рассчитывается по формуле

где

Коэффициент контура при расположении шин, показанном на рис.1

Проверка шины поусловиям прочности и жесткости(W_ИЗ)

,

где М =F_maxl/8—минимальное значение изгибающего момента;

W_И3= h×b 2 /6 –момент сопротивления;

s_доп = 1,37×10 8 Па – допустимое напряжение на изгиб для меди (табл.1);

s_доп = 8,0×10 7 Па – допустимое напряжение на изгиб для алюминия (табл.1);

s_доп = 1,5×10 8 Па – допустимое напряжение на изгиб для железа (табл.1).

Определяем максимальное расстояние между опорными изоляторами шин

.

Определяем частоту собственных колебаний, при которой наступит механический резонанс системы, если рассматривать шины, как многопролетные балки

,

где к — коэффициент, учитывающий жесткость заделки шины как балки на двух опорах. При жестко заделанных обоих концах шиныk= 112. Расчет проводить в см.

Определяемрасстояние между изоляторами 1рез, при котором наступит механический резонанс системы.

Задача 5 с решением

Площадь поперечного сеченияпрямоугольной шиныS = h х b.

Периметр прямоугольной шины .

Периметр круглой шины .

Величина допустимого тока для прямоугольной шины

.

Величина допустимого тока для круглойшины

.

Установившееся значение температуры шины

.

Постоянная времени нагрева

.

Допустимаявеличинатемпературыдля кратковременного нагрева шины

.

.

Допустимое времянагрева шины заданным током

.

Квадратичный импульс плотности тока за время действия КЗ – t_КЗ = 5 с

Читайте также: Есть ли смысл покупать летние шины зимой

.

По кривой адиабатического нагрева (рис.2) находим J 2 t_Hпри J_НАЧ= 40 °С и складываем с ранее подсчитанным] 2 t. Определяем конечную температуру нагрева.

Задача 6 c решением. Определить температуру контакта, выполненного в виде двух плоских медных шин размером 60 х 10 мм 2 , составленных встык и сжатых силой Р = 295 Н. Через контакт протекает ток I = 600 А, шины находятся в воздухе, температура которого ₀ = 35°С, коэффициенты теплоотдачи с поверхностей шин одинаковы, т. е. k_T = 16 Вт/(м 2 ×град). При расчете принять, что шины бесконечно длинные и в месте соединения покрыты слоем металла с меньшим удельным сопротивлением (серебро),материал которого указан в задании (табл.1).

Решение. Определим установившееся значение температуры шины в точках, удаленных от места контактирования, из уравнения теплового баланса:

– ₀ = I 2 r₀(1+a )/(S k_TF),

= (600 2 ×1,62 ×10 -8 + 35×16×600×10 -6 ×140 ×10 — 3 ) /

/ (16×600×10 -6 ×140 ×10 — 3 – 600 2 ×1,62 ×10 -8 × 0,0043) = 40,1°С,

F= 2 (60 + 10) ×10 -3 = 140×10 -3 мм 2 ;

Поскольку в данном случае контакт линейный, то его сопротивление

R°_KOHT= e /Р т = 10 -4 /30 0,7 = 0,92×10 -5 Ом.

Принимая приближенно температуру контакта равной температуре проводника, имеем

Подставляем все необходимые данные в формулу:

где — сопротивление единицы длины проводника (шины);

l = 420 Вт/(м×град) – теплопроводность материала контакта(серебро)

Задача 7с решением

Контакты электрического аппарата образованы двумя торцами металлических цилиндров с диаметром наконечников d=0,03м. Определить величину контактного нажатия при длитель­ном токе нагрузки I_Н= 0,1×I₁ и токе короткого замыкания
I_КЗ =10×I₁, а также величину сопротивления стягивания R_СТ и контактного сопротивления R_КОНТ. Температура окружающей среды J₀=35 °С.

Необходимое контактное нажатие, если исходить из длительного режима работы,

где В = 2,42×10 -8 (В/°С) 2 – число Лоренца;

HV – твердость материала контактов по Виккерсу, х10 7 Па;

Т_КОНТ – температура точки касания (контактов), °К;

Т₀ – температура тела (цилиндра), °К.

Температура тела контакта

Определяем удельное сопротивление цилиндров, считая, что их температура может достичь значения J_Ц=°С (табл.1).

Температура точки касания контактов Т_Kобычно отличается от температуры цилиндров T₀ на 5 ¸ 12°С. В расчетах следует принять Т_K – T₀= 10 °К;

S = pd 2 /4 – сечение цилиндров, см 2 ;

П = pd – периметр цилиндров, см.

Определим вид деформации, для чего найдем радиус площадки касания при условии, что имеет место упругая деформация:

где Е– модуль упругости, Н/см 2 .

Механическое напряжение смятия в контактной площадке

Если это напряжение больше, чем допустимое напряжение смятия s_CMдоп, то будет иметь место пластическая деформация. Тогда радиус площадки касания

Если это напряжение меньше, чем напряжение смятия s_CM, то деформация упругая и радиус площадки касания рассчитывается по (1).

Поскольку в данном случае контакт линейный, то его сопротивление

где e_К – степеньчернотыполного излучения материала контактов (табл.1);

Принимая температуру контакта равнойJ_К= Т_КОНТ – 273 =°С, получим

Необходимое контактное нажатие с учетом ударного тока короткого замыкания составляет

Торцевой контакт, образуемый касанием торцов двух стержней, может рас­сма­триваться как пальцевыйнесамоустанавливающийся контакт, поэтому k₂ =1300.

Если при контак­тном нажатии Р_Н

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  💡 Видео

  Стоит ли покупать Formula Energy? Расскажу всю правдуСкачать

  

  Давление в шинах: определяем и накачиваем правильноСкачать

  

  Давление в Шинах от R13 до R18Скачать

  

  ТИХИЕ ШИНЫ ЭТОГО НЕ ЗНАЮТ БОЛЬШИНСТВО АВТОМОБИЛИСТОВСкачать

  

  Асимметричные шины с ненаправленным рисунком. Как правильно установить автошиныСкачать

  

  Электродинамические усилия в электроустановках. Выбор изоляторов.Скачать

  

  Что означает маркировка на шинах! Значение цифр и букв на резине.Скачать

  

  Как шины влияют на расход топливаСкачать

  

  Жёсткость шины и высота профиля. Размеры шин. Как выбрать.Скачать

  

  Всего за 2 минуты определить направление движения у колеса, если нет Никаких ОбозначенийСкачать

  

  Левые и правые шины. Асимметричные и направленные. Разница?Скачать

  

  Что означает МАРКИРОВКА НА ШИНАХ / Значение всех цифр и букв на резинеСкачать

  

  ШИНЫ В ФОРМУЛЕ-1. Разрушение мифовСкачать

  

  Все про короткое замыканиеСкачать

  

  Шинный калькулятор Онлайн для всех автомобилейСкачать

  

  Как подобрать правильное давление в шинах. Советы экспертаСкачать

  

  2 ХИТРОСТИ КАК ПРОДАТЬ СТАРУЮ РЕЗИНУ ДОРОГО !Скачать

  

  Обзор летних шин Formula Energy | Стоит ли покупать?Скачать