Napínací svorky typu šroub{0}} fungují tak, že vodič nebo zemnící vodič sevřou upínací silou. Tato uchopovací síla pochází ze dvou aspektů:
① Třecí síla generovaná tlakem kompresního bloku v zadní části svorky a povrchové tření oblouku tvořené mnoha malými vlnami;
② Třecí síla generovaná povrchem oblouku v přední části svorky, o které lze také říci, že je to třecí efekt vytvářený svislým tlakem několika U-šroubů (2, 3, 4 nebo 5 šroubů v závislosti na konstrukčním provedení) a vlnovitou-svorkou k upevnění vodiče. Jeho výhodami je jednoduchá konstrukce, není potřeba odpojovat vodič pro ne-koncové stožáry během používání linky, redukuje spoje vedení, usnadňuje stavbu a přispívá k bezpečnému provozu linky.
Výpočet napětí vodiče
Podle principu činnosti napínacích svorek typu šroub- závisí uchopovací síla svorky na utažení několika šroubů ve tvaru U-, které stlačují vodič a generují napnutí koncovky, přičemž generují větší třecí sílu v přední části oblouku pro uchycení vodiče. Velikost třecí síly na povrchu oblouku závisí na koeficientu tření a úhlu, který oblouk svírá. Obrázek 3-7 ukazuje diagram silové analýzy napínací svorky šroubového typu a analýzu napětí povrchu oblouku svorky.
Obrázek 3-7 Schematický diagram analýzy síly pro napínací svorku typu šroubu a diagram analýzy napětí povrchu svěrného oblouku
(a) Záměr analýzy síly pro napínací svorku -typu šroubu; (b) Diagram analýzy napětí povrchu oblouku svorky
Jak je znázorněno na obrázku 3-7 (b), vezmeme-li mikrosegment dl na svěrce jako izolované těleso:
dN=Tsin(dθ/2) + (T + dT)sin(dθ/2)
Protože dθ je velmi malé, můžeme vzít sin(dθ/2)≈dθ/2 a zanedbáme-li nekonečně malý dTsin(dθ/2 druhého-řádu), dostanemedN=Tdθ.
Také od té dobyfdN+Tcos(θ/2)=(T+dT)cos(dθ/2), vezmeme-li cos(dθ/2)≈1, dostaneme fdN=dT, proto:
dN=Tdθ=dT/fnebofdθ=dT/T
Integrace obou stran:
dostanemeln(T₁/T₂)=f, který dává:
(3-1)
Kde:
T₁- Napětí vodiče, N
T₂- Napětí ocasu drážky, N
e- Základ přirozeného logaritmu, e=2.718
f- Koeficient kluzného tření
- Úhel oblouku, rad
Z rovnice (3-1) je vidět, že zvětšující se úhel může zvyšovat třecí sílu. Dodatečné ohybové namáhání vodiče je však nepřímo úměrné poloměru zakřivení R. Aby se zabránilo nadměrnému dodatečnému namáhání vodiče na výstupu svorky, musí být poloměr zakřivení svorky zvětšen. Pro běžné šroubové napínací svorky existuje určitá hranice pro zvětšení úhlu oblouku a poloměru zakřivení R; nadměrné zvýšení povede k nadměrným rozměrům, nadměrné hmotnosti a nepraktičnosti.
K překonání problému „určitého limitu“ je obecnou praxí vytvořit konec svorky s vlnitými -malými drážkami (příliš hluboké vlny nejsou vhodné pro hliníkové vodiče vyztužené ocelí - ACSR) a pomocí U-šroubů zatlačit vodič do drážek, aby se zvýšilo povrchové tření oblouku. Protože však vodič má určitou tuhost (větší vodiče mají větší tuhost), vyžaduje ohýbání vodiče určitý tlak. Proto musí utahovací síla při instalaci U-šroubů nejprve překonat tuhost vodiče. Po přitlačení vodiče ke dnu drážky lze zbývající sílu použít ke stlačení vodiče (důležité ke stlačení hliníkových pramenů). Často kvůli nedostatečné síle stlačující vodič dochází k povrchovému tření oblouku hlavně mezi hliníkovými prameny a svorkou, což způsobuje prasknutí hliníkových pramenů a vytažení ocelového jádra, což vytváří fenomén "extrakce jádra". Proto je třeba uvažovat tlakové napětí povrchu oblouku. Jak je znázorněno na obrázku 3-7, způsob výpočtu je následující:
(3-2)
(3-3)
Kde:
φ- Úhel oblouku, rad
R- Poloměr zakřivení, m
q- Tlak na jednotku délky, N/cm
τ- Třecí síla na jednotku délky, N/cm
Podle podmínek rovnováhy sil,ΣTᵧ = 0, pak:
Proto můžeme řešit:
Dosadíme-li do rovnice (3-3), tlak na jednotku délky L na povrchu oblouku drážky je:
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-4)
Výpočet svěrného tlaku napínacích svorek -typu šroubu
Účelem výpočtu tlaku šroubu je zajistit dostatečnou statickou třecí sílu po instalaci napínací svorky.
Pro hrubý závit M10~M60, utahovací momentM=0.2pd(kde p je síla předpětí šroubu, d je jmenovitý průměr šroubu). Pro usnadnění analýzy síly předpětí šroubu a zajištění spolehlivého předpětí by měla dosahovat 50%~70% limitu výtěžnosti materiálu. V tomto okamžiku lze sílu předpětí šroubu odvodit jako:
p = M/(0.2d) = 5(M/d) (3-5)
Pro usnadnění analýzy a odhadu předpokládejme, že uchopovací síla profilu drážky napínací svorky na vodiči se skládá ze čtyř tlaků šroubu p₁, p₂, p₃, p₄, tří třecích sil malého oblouku Δt₁, Δt₂, Δt₃ (jak je znázorněno na obrázku 3-8) a velké třecí síly a.
Obrázek 3-8 Schematický diagram rozložení síly v kabelovém kanálu napínací svorky šroubového typu
Podle teorie materiálové mechaniky chápeme uspořádání dvou šroubových matic jako jednoduchou nosníkovou konstrukci (jak je znázorněno na obrázku 3-9),
Obrázek 3-9 Jednoduše podporovaný nosník
a za předpokladu, že celkový tlak dvou matic šroubu je p', deformace nosníku je δ a EJ je pevnost v ohybu, pak celkový tlak jednoduchého nosníku tvořeného dvěma maticemi šroubu je:
p'=(48EJδ)/L³ (3-6)
Síla p₁ použitá ke stlačení vodiče je:
p₁ = 2p - p' (3-7)
Pokud je koeficient tření mezi ocelovou svorkou a hliníkovými prameny f (obecně f{0}}), pak třecí síla T₂ je:
T₂ = T₁f = 0.25T₁ (3-8)
Z rovnice (3-1) jsou vzorce pro výpočet třecí síly pro tři malé oblouky:
Třecí síla velkého oblouku ΔT je:
ΔT = (T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃)(e^(f ) - 1) (3-9)
Celková síla uchopení T svorky je:
T = T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃ + ΔT (3-10)
Přerušovací sílu vodiče lze vypočítat podle následujícího vzorce:
(3-11)
Kde:
σAB- Napětí při přetržení hliníkového pásu, N/mm²
σSB- Napětí při přetržení ocelového pramene, N/mm²
FA- Průřez hliníkového lanka-, mm²
FS- Plocha průřezu ocelového pramene-, mm²
Výpočet napětí hliníkového drátu na povrchu oblouku
Napětí na hliníkovém drátu vodiče na povrchu oblouku zahrnují příčné tlakové napětí, podélnou tahovou sílu a ohybové napětí, vypočítané podle rovnice (3-1). Tlak q na jednotku délky na povrchu oblouku je:
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-12)
Kde:
φ- Úhel oblouku plochy velkého oblouku, rad
R- Velký poloměr oblouku, mm
Tlakové napětí σN na jednotku plochy na hliníkovém drátu vodiče na povrchu oblouku, podle principů mechanického výpočtu nadzemního vedení:
σN = q/D (3-13)
Kde:
D- Vnější průměr vodiče, mm
q- Tlak na jednotku délky na obloukovém povrchu, N/mm
Dodatečné napětí σ způsobené ohybem vodiče v kladce je:
σ=(3/8) × (d/D)EA=0.375(d/D)EA(3-14)
Podle teorie materiálové mechaniky na dvou{0}}výpočtech napětí je kombinované napětí σ_s:
(3-15)
Ve skutečnosti má povrchové napětí oblouku v tlaku σ_N malý vliv na celkové napětí σ_s a lze jej zanedbat.
Související články
