化工热力学-陈钟秀（完整版）.pdf

第卷第期高压电器
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文章编号
隔离开关瓷瓶的有限元分析与临界裂纹尺寸计算
王敏李晓红钟永和
武汉大学动力与机械学院湖北武汉



摘要利用软件分析了在役隔离开关支柱瓷瓶承受的用途的不同可分为很多系列笔者以
拉应力、剪应力情况得到上下元件瓷体部分危险区域的最系列双柱式隔离开关的一支柱瓷瓶型号为

大应力值结合工程断裂力学理论推导出计算ⅠⅢ混合型为例进行分析。
裂纹的临界裂纹尺寸公式结合裂纹形状因子给出隔离开
参数的迭择
关支柱瓷瓶检测灵敏度的理论依据。
关键词瓷绝缘子有限元分析软件应力集中隔离开关瓷件固定在上下法兰内瓷体与法兰
临界裂纹尺寸用高强度胶装水泥固结瓷件、法兰、水泥的计算常
中图分类号文献标识码数见表。有限元计算长度单位为负载单位为
应力单位为。
物理模型的建立

建立的实体模型形状尽量与实际情况相同支

柱瓷绝缘子由上、下两部分元件组成上、下元件
ⅠⅢ在法兰处通过螺栓连接。每一元件又分为瓷体和法
兰两部分之间通过高强度水泥胶装而成。导电开关
固定在支柱绝缘子的顶部法兰上用来和另一相支

柱绝缘子上的导电开关进行倒闸操作。模型建立时

仅对伞群进行适当简化处理即伞群面由实际的流线
前言型简化成直线型伞根圆弧半径仍保留原设计尺寸
即伞根上圆弧半径下圆弧半径。
据统计隔离开关支柱瓷瓶断裂占整个支柱瓷
绝缘子断裂事故的其危险性远大于管母支柱整个模型为轴对称形状隔离开关瓷绝缘子的物理
瓷瓶支撑管母线的支柱瓷绝缘子。若将隔离开关模型见图。
支柱瓷瓶类似于管母支柱瓷瓶简化成一悬臂梁进表瓷件、铸铁法兰、水泥的计算常数

行受力分析所求得的临界裂纹尺寸偏大以此弹性模量泊松比
确定的探伤灵敏度偏低对电网的安全性不利。笔者瓷件铸铁法兰水泥瓷件铸铁法兰水泥
在研究隔离开关支柱瓷瓶的微量位移变形、隔离开
关转动产生的剪应力、导线的静拉力以及胶装水泥
数学模型的建立
和法兰对瓷体作用力的基础上利用有限元
隔离开关支柱瓷瓶静力学分析
软件进行了分析模拟得出隔离开关支柱瓷瓶在运
建立隔离开关支柱瓷瓶的数学模型需先对其
行中的应力集中状况并结合断裂力学理论计算了
进行受力分析。隔离开关支柱瓷瓶受力情况见图
隔离开关支柱瓷瓶发生断裂的临界裂纹尺寸。
承受的力有导电开关作用于瓷瓶的垂直下压力刀
有限元分析开关重力导电开关触头所受摩擦力引起的扭矩
导线对绝缘子的静拉力瓷绝缘子所受风力
隔离开关按照安装场所、使用环境、电压等级和拉绝
及瓷绝缘子自重绝。
收稿日期修回日期
作者简介王敏男硕士研究生研究方向为支柱瓷绝缘子的无损检测。
第卷第期高压电器
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件包中单元类型建立并计算了以底面中
心为直角坐标原点轴为轴向面为底面的三
维模型。每个元素确定个节点每个节点有平行
于坐标轴方向的个自由度分别对应于圆
周的切向、轴向和径向。每个结点的输出应力参数为
分别表示坐标轴方向的应力
和剪切应力。
参考《电力工程电气设计手册》电气一次部分结果分析
设定最恶劣的气候条件最大风速。由于风力
是随机变化的研究中根据经验公式将风力看成一绝缘子断裂大多发生于瓷体部分故经
静力得到瓷绝缘子上单位投影面积内的风压为分析计算后隐藏水泥和法兰绝缘子上、下元件瓷
体部分的拉应力σ和剪应力τ分布见图~图黑
绝式中为空气动力系数取
为风速。色为应力集中处。上、下元件拉应力集中部位都在下
根据《交流高压隔离开关和接地开法兰口附近上元件瓷体所受拉应力较下元件小上
关》系列隔离开关接线端子的额定静拉下元件剪应力均集中分布于整个圆周表面上。图中数

力为户外隔离开关额定的最大操作力矩为值显示上元件最大σ最大τ
下元件最大最大可见倒
· 。笔者按照额定情况加载导线对绝缘子的στ。
静拉力取因导电开关触头所受摩擦力不确闸操作时拉应力与扭转剪应力的综合作用引起了
定取其产生的极限扭矩等于额定的最大操作力隔离开关支柱瓷瓶下法兰口附近的应力集中这与
矩即· 。实际隔离开关支柱瓷瓶断裂的重点部位相符。
数学模型的建立若考虑瓷体、水泥、法兰种材料的热膨胀系数
假设隔离开关支柱瓷瓶的边界条件为底部法差别大、瓷体导热性差所引起的内外温度不均匀、以
兰底面上点的各个方向自由度均予以固定。由及胶装水泥吸收水分后的体积和硬度增加等因素引
的受力分析可知施加于整个瓷绝缘子的风压起的附加内应力的影响法兰口附近的实际应力要
为自重为。比上述分析的应力数值大其应力集中比图~