3. Перевірка на електродинамічну стійкість

Жорсткі шини, що закріплені на ізоляторах є динамічною коливальною системою, яка знаходиться під впливом електродинамічних сил. В такій системі виникають коливання, частота яких залежить від маси та жорсткості конструкції. Електродинамічні сили, що виникають при КЗ, мають складові, які змінюються з частотою 50 і 100 Гц. Якщо власні частоти коливальної системи „шини-ізолятори” співпадуть із цими значеннями, то навантаження на шини та ізолятори зростуть. Якщо власні частоти менші 30 Гц або більші 200 Гц, то механічний резонанс не виникає.

При проектуванні нових конструкцій розподільчих пристроїв із жорсткими шинами проводиться визначення частоти власних коливань

для алюмінієвих шин

; (2.59)

для мідних шин

, (2.60)

де - довжина прольоту між ізоляторами, м; - момент поперечного перерізу шини відносно осі, яка перпендикулярна до напряму згинаючої сили, см⁴; - поперечний переріз шини, см².

Змінюючи довжину прольоту та форму перерізу шин, домагаються виконання умови (2.52), тобто відсутності механічного резонансу.

Можна поступити інакше: довжину прольоту між ізоляторами визначити із формул (2.59) або (2.60) залежно від матеріалу шин, підставляючи безпечне значення частоти власних коливань. Тобто

для алюмінієвих шин

, (2.61)

для мідних шин

. (2.62)

Такий крок дозволяє забезпечити електродинамічну стійкість шинної конструкції та уникнути підбирання довжини прольоту між ізоляторами й кількаразового визначення частоти власних коливань.

2.3.4. Механічний розрахунок одноштабових шин

Найбільше питоме зусилля при трифазному КЗ, Н/м

, (2.63)

де - ударний струм трифазного КЗ, А; - відстань між осями фаз шинної конструкції, м; - коефіцієнт форми шин ( , якщо ).

Згинаючий момент, який створюється рівномірно розподіленою силою , Н·м

, (2.64)

де - довжина прольоту між опорними ізоляторами шинної конструкції, м.

Напруження в матеріалі шин, що виникає при дії згинаючого моменту, МПА

, (2.65)

де - момент опору шини відносно осі, що перпендикулярна дії зусилля, (формула для визначення приймається за таблицею Д.12).

Шини є механічно міцними, якщо виконується умова (2.53).

2.3.5. Механічний розрахунок двоштабових шин

Якщо кожна фаза виконується із двох штабів, то виникають зусилля між штабами і між фазами. Зусилля між штабами не повинні призводити до їх дотику. Для зменшення цього зусилля в проміжку між штабами встановлюють прокладки. Довжину прольоту між прокладками вибирають таким чином, щоб електродинамічні сили, які виникають при КЗ, не викликали дотику штабів

, (2.66)

де - відстань між осями штабів, см; - момент інерції штаби, см⁴ (формула для визначення приймається за таблицею Д.12); Е – модуль пружності матеріалу шин, Па (приймається за таблицею Д.14); - коефіцієнт форми шин (визначається за кривими рис. Д.4).

Механічна система „дві штаби – ізолятори” повинна мати частоту власних коливань більшу 200 Гц, щоб не відбулось різкого збільшення зусилля в результаті механічного резонансу. Виходячи із цих міркувань, величина вибирається ще за однією умовою

, (2.67)

де - маса штаби на одиницю довжини, . Для подальших розрахунків приймається менша із величин, які визначені за формулами (2.66) та (2.67).

Довжина прольоту між ізоляторами визначається із умови (2.61) або (2.62).

Сила взаємодії між штабами в пакеті із двох штабів визначається за формулою

, (2.68)

де - товщина штаби, м. Ця формула дійсна, коли та .

Питоме зусилля взаємодії між фазами визначається за формулою (2.63).

Згинаючий момент, що створюється зусиллям

. (2.69)

Згинаючий момент, що створюється зусиллям визначається за формулою (2.64).

Напруження в матеріалі шин від взаємодії штабів

, (2.70)

де - момент опору однієї штаби, см³ (табл. Д.12).

Напруження в матеріалі шин від взаємодії фаз визначається за формулою (2.65).

Результуюче розрахункове напруження в матеріалі шин

. (2.71)

Шини будуть механічно міцними, якщо виконуватиметься умова (2.53).