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1、<电气开关>(Z005.No.5)11文章编号:1004ZX(Z005)05-0011-03高压GIS开关设备共箱母线内支柱绝缘子的受力分析赵文强方煜瑛张银穗(河南平高电气股份有限公司,河南平顶山467001)摘要:着重介绍了高压GIS开关设备共箱母线在正常运行状态下,支柱绝缘子机械强度的计算分析关键词:GIS开关设备共箱母线;支柱绝缘子;导体;电动力;应力;重力中图分类号:tM56文献标识码:BtheMechanicalanalysisonPostInsulatorofCommonenclosureBusbarof~ighVoltageSWitch
2、gearofGISZHAOWen-GzCngFANGY/-AzngZHANGYzn-/z(Pingdingshan~ighVoltageelectricStockingCo.,Ltd,Pingdingshan~enan467001,China)abstract:thecalculatinganalysisofpostinsulator'smechanicalstrength,asthecommonenclosurebusbarinWorkingorderisintroduced.keyWords:postinsulator;conductor;ele
3、ctrodynamicforce;stress;gravity力作用;1概述Z)热胀冷缩产生的应力GIS开关设备共箱母线系三相共箱封闭式,壳体高压GIS开关设备中的导体通常是铜质与铝合金内充一定气压的SF气体,通过支柱绝缘子将三相导配套使用,导体通过支柱绝缘子两点固定时,铜质导体6体固定在使其结构成为三角形布置的位置上,对导流与铝合金导体~铝合金筒体的热膨胀系数不一致,由于母线具有绝缘和支撑作用,详细结构见图1所示热胀冷缩效应,使两种相互连接的材质间产生相对位移,从而相当于给支撑导体的支柱绝缘子施加弯矩;3)电动力在短路电流的作用下,导体间会产生最大
4、的电动力,所以支柱绝缘子还承受电动力的作用;4)安装时的应力支柱绝缘子由调节螺钉经过调整并拧紧,如果调节螺钉没有调整到理想的位置,将产生安装应力图1共箱母线结构图3支柱绝缘子的受力分析及计算Z支柱绝缘子的受力类型由于GIS共箱母线的结构相同,取其中一节母线共箱母线在高压运行条件下,支柱绝缘子不但承进行受力分析,其简化的数学模型如图Z所示受一定电负载下的绝缘作用,而且还要能够承受以下图中将支柱绝缘子直接固定在壳体上,通过紧固各种力作用下的机械强度:螺钉拧紧并与其它元件相连,支柱绝缘子等效为一定1)重力直径的环氧树脂棒,紧固螺钉等效为一定直径的金属支柱绝
5、缘子在共箱母线内承受着自身和导体的重l2<电气开关>(2005.No.5)LA~B两相导体的长度9m;DA~B两相两导体中心的距离9mO由于GIS开关设备共箱母线内每相导体由两只绝缘子支撑(见图l)9因此每只支柱绝缘子所受的电动力为,Fdl=Fd/2=l5970NFd的方向为沿A~B两相导体中心连线的方向9且图2母线简化的数学模型远离A相~B相导体9与Y轴的夹角为459如图3所示O棒O共箱母线布置结构中的A相与相对称9在正常运将Fd沿X轴~Y轴方向分解9则有,行条件下9受力相同并长期承受弯矩的作用9且受力最Fdx=-Fdsin45=-ll292.5N
6、9该力将使绝缘子苛刻O因此9取A相进行受力分析9结构参数及其坐标受压O系见图3OFdy=Fdcos45=ll292.5N9该力将使绝缘子承受向上的弯矩OFdx将使支柱绝缘子受压9Fdy将使支柱绝缘子承受向上的弯矩O3)热胀冷缩产生的力铜材的线膨胀系数为O-6l=l7>l0(l/C);铝材的线膨胀系数为O-62=22>l0(l/C);运行时铜导体的最大允许温升为50K9铝筒体的温升为30K;两固定点之间的距离为L=l.lm(见图l紧固螺钉;2支柱绝缘子;F自重产生的力9Fd短路电流产生的电动力9Fr热胀冷缩产生的力l)O型式试验时9当导体内通以额定电流
7、为3l50A9导图3支柱绝缘子受力分析原理图体的温升为40.4K9铝筒体的温升为l4KO在此条件下9通过以上对GIS开关设备共箱母线的布置结构进导体与筒体之间的相对位移S为,行数据模型简化9并对支柱绝缘子进行受力分析后9计S=L4(40.4Ol-l4O2)算分析如下,-6-6=l.l>(l7>l0>40.4-22>l0>l4)l)重力=0.42mm根据铜质导体和用环氧树脂浇注的绝缘子材料属支柱绝缘子可动端的位移Sl为,性9可以计算出等效总重力为G9其方向为Y轴的负方Sl=S/2=0.42/2=0.2lmm向9如图3所示,假设此时导体施加给绝缘子的力为
8、P=4000N9两G=Gl+G2=-S00N种材料的属性参数见表l9则在此条件下绝缘子的位移G等效总重力;由
