Определение механической прочности композитной траверсы для ВЛ 6–10 кВ методом конечных элементов

На воздушных линиях электропередачи напряжением 6–10 кВ, предназначенных для проводов питания устройств сигнализации, централизации и блокировки и линий продольного электроснабжения, в качестве поддерживающих конструкций используются металлические траверсы с фарфоровыми или стеклянными изоляторами. По имеющимся данным, дефекты, вызванные механическими напряжениями, составляют более половины от общего числа нарушений нормальной работы воздушных линий. Из этого числа стоит выделить дефекты, которые являются наиболее частыми: скол изолятора, изгиб штыря, излом штыря, разрушение изолятора, срыв изолятора со штыря, перекос траверсы, разрушение траверсы, изгиб траверсы, загнивание или коррозия траверсы.

С целью повышения надежности воздушных линий и сокращения данных повреждений предлагается изготавливать траверсы из полимерного композитного электроизоляционного материала. Такие траверсы не имеют изоляторов и используются как электромеханическая конструкция, обладающая требуемой механической и электрической прочностью.

Целью данной работы является оценка механической прочности траверс, выполненных из полимерных композитных электроизоляционных материалов. Для реализации поставленных задач в работе рассмотрена трехмерная модель траверсы. Определение ее механической прочности осуществлено с использованием прикладного программного обеспечения, реализующего метод конечных элементов (МКЭ). К траверсе прикладываются нагрузки в горизонтальной и вертикальной плоскостях, определяется наиболее нагруженное напряженно-деформированное состояние стержней траверсы и штыревой накладки.

Кроме того, в статье выполняется сравнение результатов расчета аналитическим методом, выполненного в предыдущей работе, с расчетом МКЭ. Также осуществлена верификация принятых физико-геометрических параметров, свойств материала и допущений в расчетах.

1. Кочунов Ю. А. Разработка и исследования полимерного кронштейна воздушной линии электропередачи в сетях нетяговых железнодорожных потребителей 6–10 Кв / Дисс… канд. техн. наук. – Екатеринбург: УрГУПС, 2017. – 235 с.

2. Лукьянов А. М., Чепелев Ю. Г., Бардин А. Н. Разрабатываем полимерные консоли // Мир транспорта. – 2016. – Т. 14. – № 3 (64). – С. 60–71. EDN: XXJQHV.

3. Попов С. Н., Федоров Ю. Ю., Васильев С. В. Составные композитные траверсы для опор высоковольтных линий электропередачи // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2016. – № 3. – С. 9–11. EDN: WBGJAL. DOI: 10.18635/2071-2219-2016-3-9-11.

4. Федотов А. А., Колесников С. А., Хорошевский Р. А. Деревянные кронштейны заменят полимерными // Локомотив. – 2013. – № 3 (675). – С. 43.

5. Федоров Ю. Ю., Попов С. Н., Унжаков А. С. Стеклопластиковые мобильные опоры для линий электропередачи с напряжением до 10 кВ // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2023. – № 2. – С. 5–10. EDN: WUZARS.

6. Васильев С. В., Федоров Ю. Ю. Разработка композитной траверсы анкерной концевой опоры линии электропередачи 6–10 КВ // Евразийское научное объединение. – 2019. – № 5–2 (51). – С. 108–110. EDN: WNNXVK.

7. Федоров Ю. Ю., Бабенко Ф. И. Влияние низких температур на поведение предварительно деформированного стеклопластика // Пластические массы. – 2018. – № 1–2. – С. 9–11. EDN: YQUDNT.

8. Кочунов Ю. А., Колмаков Д. А., Егоров Д. В. Аналитическое определение механической прочности композитной траверсы для ВЛ 6–10 кВ // Наука и образование транспорту. – 2022. – № 2. – С. 29–34. EDN: XKWEEF.

9. Лукьянов А. М. Разработка полимерных изолирующих конструкций, обеспечивающих повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей / Дисс… докт. техн. наук. – М.: МГУПС, 1998. – 225 с.

10. Руцкий В. М. Совершенствование методов проектирования и эксплуатации изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог / Дисс… докт. техн. наук. – Екатеринбург: УрГУПС, 2004. – 373 с.

11. Лизин В. Т., Пяткин В. А. Проектирование тонкостенных конструкций – М.: Машиностроение, 1976. – 408 с.

12. Турбин Н. В., Трифонов Р. Д., Ковтунов С. С. Моделирование смятия композиционного материала методами вычислительной микромеханики // II Международная конференция «Композитные материалы и конструкции». 16 ноября 2021 года. Москва. Тезисы. – М.: Изд-во «Перо», 2021. – С. 88–89. EDN: FJNDYO.

13. Пелевин А. Г., Шадрин В. В. Особенности использования модели вязкоупругого материала в программном комплексе ANSYS // Вестник Пермского университета Математика. Механика. Информатика. – 2021.– № 3 (54). – С. 52–57. DOI: https://doi.org/10.17072/1993-0550-2021-3-52-57.

14. Крылов К. А., Мурзаханов Г. Х., Щугорев В. Н. Экспериментальное исследование разрушения композитов при динамическом нагружении // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н. Э. Баумана. – 2007. – № 10. – Ст. 1. EDN: IBZWYT.

15. Каблов Е. Н. Композиты: сегодня и завтра // Металлы Евразии. – 2015. – № 1. – С. 36–39. EDN: UBDOPV.