Материал: Расчетная работа 1 Расчет конструкции тпж

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА №1Расчет конструкции ТПЖ.Широкое распространение получили одножильные кабели, конструкция которых представлена на рис.1. Кабели изготавливают с алюминиевыми и медными жилами с пластмассовой, резиновой и бумажной изоляцией.

Рис.1. Конструкция одножильного экранированного кабеля.

Круглые скрученные токопроводящие жилыПроволоки скручивают в жилу для придания изделию устойчивой формы. По гибкости токопроводящие жилы кабелей и проводов подразделяются на шесть классов (по рекомендации МЭК), отличающихся числом проволок (табл. 1).

Таблица 1

Классы гибкости токопроводящих жил кабелей

Сечение, мм2	Классы гибкости
	Стационарная прокладка		Нестационарная прокладка
	1	2	3	4	5	6
10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500 625 800	1 1 1 1 7 7 7 19 19 37 37 37 37 37 61 61	7 7 7 7 19 19 19 37 37 37 61 61 61 61 127 127	19 19 19 19 27 37 37 61 61 91 – – – – – –	49 49 49 98 144 189 189 266 266 330 420 518 672 854 – –	80 224 196 189 266 266 361 608 756 925 1221 1525 2013 1769 – –	324 513 783 1107 402 999 1332 1702 2109 2590 3360 1270 – – – –

Чем больше класс, тем меньше диаметр проволок и больше их количество, следовательно, тем большей гибкостью обладает жила. Кабели с жилами первого и второго классов применяются для стационарной прокладки, с третьего по шестой – для нестационарной прокладки, а также для стационарной прокладки в случаях, где требуется повышенная гибкость при монтаже или вибростойкость во время эксплуатации.

При выборе конструкции жилы большое значение имеет коэффициент заполнения, т.е. отношение суммы сечений всех проволок, входящих в жилу, к площади круга, описанного вокруг скрученной жилы:где S_пр – площадь поперечного сечения проволоки; S_ж – площадь поперечного сечения жилы;N – число проволок; d – диаметр проволоки; d_ж – диаметр жилы.Формула справедлива, когда все проволоки имеют один диаметр. Если жила скручена из стренг, то коэффициент заполнения жилыгде f₁ – коэффициент заполнения стренги; f₂ – коэффициент заполнения жилы стренгами.Ниже приведены формулы для расчета различных конструкций жил (табл. 2)

Таблица 2

Формулы для расчета параметров жилы

№ п/п	Система скрутки	Диаметр жилы, D	Число проволок в жиле, N	Коэффициент заполнения, f
1	1+6+12+
2	2+8+14+
3	3+9+15+
4	4+10+16+
5	5+11+17+

Примечание: n – число повивов, d – диаметр проволоки.Коэффициент заполнения скрученных жил составляет 0,71–0,76. Повысить этот коэффициент можно за счет обжатия жил на специальных вальцах. Уплотненная жила имеет меньший диаметр, поэтому расход изоляционных материалов и материалов на оболочку уменьшается примерно на восемь процентов. У уплотненной жилы по сравнению с неуплотненной поверхность более гладкая, что положительно сказывается на распределении напряженности электрического поля. Однако при уплотнении происходит нагартовка. Это вызывает снижение электропроводности на 0,8 %.Параметры скруткиВ скрученной жиле все проволоки располагаются по винтовой линии. На рис. 2 показан один виток проволоки.

Рис.2. Развертка витка проволоки: h – шаг скрутки; α – угол скрутки; L – длина витка проволоки; Dср – средний диаметр; dж – диаметр жилы; d – диаметр проволоки.

Из рис. 2 видно, что .Тогда шаг скрутки h: .Или: .Таким образом: , или . m_т– теоретическая кратность шага скрутки (его также называют коэффициентом скрутки или просто – кратностью).Выбор величины коэффициента скрутки является принципиальным вопросом, и ввиду большого разнообразия требований к кабельным изделиям должен производиться в каждом конкретном случае в зависимости от назначения изделия.В общем можно отметить: – величины коэффициента скрутки внутренних повивов следует выбирать большими, чем для наружных повивов (чем меньше m_т, тем сильнее скручена жила). Это дает реальный экономический эффект за счет уменьшения расхода материалов и увеличения производительности крутильного оборудования. Так выбор меньших значений m_т для внешних повивов обеспечивает достаточную гибкость и устойчивость конструкции.

Необходимо помнить, что существует минимальное (критическое) значение m_т≈10, когда дальнейшее уменьшение m_т приводит к тому, что проволоки не смогут укладываться в повив, т.е. будут выдавливать друг друга из повива.Еще одним важным параметром скрутки является коэффициент укруткиk_у показывает, во сколько раз длина проволоки (L) больше шага скрутки (h): .Так как длина одного витка: или то:Значение k_y = 1,047 – критический коэффициент укрутки (при большем значении проволоки не смогут укладываться в повив).Коэффициент укрутки жилы, имеющей несколько повивов, рассчитывается следующим образом: ,где n₁, n₂ – количество проволок в повиве; k₁, k₂ – коэффициенты укрутки соответствующих повивов.Порядок расчета круглых скрученных токопроводящих жил

1. 
   Сечение токопроводящей жилы известно, например S₀=500 мм² (сечение по металлу).
   
2. 
   По марке кабеля уточняем класс гибкости ТПЖ и минимальное допустимое количество проволок в жиле. Задаемся числом повивов, например n=4 (большее число повивов соответствует большему классу гибкости).
   
3. 
   Выбираем систему скрутки, например: нормальная (все проволоки одного диаметра) правильная (повивная) скрутка с пятью проволоками в центре: 5+11+17+23. Для такой системы скрутки число проволок в жиле равно
   

;

4. 
   Определяем сечение одной проволоки:
   

5. 
   Вычисляем диаметр проволоки:
   

,

6. 
   Вычисляем диаметр скрученной жилы:
   

; мм

7. 
   Определим коэффициент заполнения:
   

8. 
   Сделаем проверку коэффициента заполнения:
   

9. 
   Вычисляем диаметр по каждому повиву:
   

,

10. 
    Вычисляем средний диаметр по каждому повиву:
    

11. 
    Задаемся кратностью шага скрутки по каждому повиву (центральная проволока считается за повив), например, m₂ =16, m₃=15 , m₄=14.
    
12. 
    Вычисляем шаги скрутки каждого повива:
    

13. 
    Вычисляем коэффициент укрутки каждого повива :
    

14. 
    Вычисляем общий коэффициент укрутки: