볼트-형 장력 클램프는 조임력을 통해 도체 또는 접지선을 잡아서 작동합니다. 이 파지력은 두 가지 측면에서 비롯됩니다.
① 클램프 뒷부분의 압축 블록 압력에 의해 발생하는 마찰력과 여러 개의 작은 파도에 의해 형성되는 아크 표면 마찰;
② 클램프 앞부분의 호면에 의해 발생하는 마찰력. 이는 여러 개의 U{0}}볼트(구조 설계에 따라 2, 3, 4 또는 5개의 볼트)와 도체를 고정하는 웨이브-형 클램프의 수직 압력에 의해 발생하는 마찰 효과라고도 할 수 있습니다. 장점은 구조가 간단하고, 선로 사용 중에 비단말 타워의 도체를 분리할 필요가 없으며, 선로 연결부를 줄이고, 시공을 용이하게 하며, 선로의 안전한 운영에 도움이 된다는 것입니다.
도체 장력 계산
볼트-형 텐션 클램프의 작동 원리에 따르면 클램프의 파지력은 여러 개의 U-볼트를 조여 도체를 압축하고 테일 장력을 생성하는 동시에 도체를 파지하기 위해 전면 아크 섹션에서 더 큰 마찰력을 생성하는 데 의존합니다. 호 표면의 마찰력 크기는 마찰 계수와 호가 둘러싼 각도에 따라 달라집니다. 그림 3-7은 볼트형 인장 클램프의 힘 해석 다이어그램과 클램프 아크 표면의 응력 해석을 보여줍니다.
그림 3-7 볼트형 인장 클램프의 힘 해석 모식도 및 클램프 아크 표면의 응력 해석 다이어그램
(a) 볼트-형 인장 클램프에 대한 힘 분석 의도; (b) 클램프 아크면의 응력해석도
그림 3-7(b)에 표시된 것처럼 클램프의 마이크로 세그먼트 dl을 격리된 몸체로 사용합니다.
dN=Tsin(dθ/2) + (T + dT)sin(dθ/2)
dθ가 매우 작기 때문에 sin(dθ/2)≒dθ/2를 취하고 2차-차 무한소 dTsin(dθ/2)을 무시하면 다음을 얻습니다.dN=Tdθ.
또한 이후fdN+Tcos(θ/2)=(T+dT)cos(dθ/2), cos(dθ/2) ≒1을 취하면 fdN=dT를 얻습니다. 따라서 다음과 같습니다.
dN=Tdθ=dT/f또는fdθ=dT/T
양쪽 통합:
우리는 얻는다ln(T₁/T₂)=f, 이는 다음을 제공합니다.
(3-1)
어디:
T₁- 도체 장력, N
T₂- 그루브 테일 장력, N
e- 자연 로그의 밑, e=2.718
f- 슬라이딩 마찰 계수
- 호 각도, rad
방정식 (3-1)에서 각도가 증가하면 마찰력이 증가할 수 있음을 알 수 있습니다. 그러나 도체에 대한 추가 굽힘 응력은 곡률 반경 R에 반비례합니다. 클램프 출구에서 도체에 대한 과도한 추가 응력을 방지하려면 클램프의 곡률 반경을 늘려야 합니다. 일반 볼트형 텐션 클램프의 경우 원호 각도와 곡률 반경 R을 늘리는 데 일정한 제한이 있습니다. 지나치게 늘리면 크기가 너무 커지고 무게가 초과되며 실용성이 떨어집니다.
"특정 한계" 문제를 극복하기 위해 일반적으로 웨이브- 모양의 작은 홈으로 클램프 테일을 만들고(너무 깊은 웨이브는 알루미늄 도체 강철 강화 - ACSR에 적합하지 않음) U-볼트를 사용하여 도체를 홈에 눌러 아크 표면 마찰을 증가시키는 것입니다. 그러나 도체에는 특정 강성이 있기 때문에(도체가 클수록 강성이 더 높음) 도체를 구부리려면 특정 압력이 필요합니다. 따라서 U-볼트 설치 시 조임력은 먼저 도체 강성을 극복해야 합니다. 도체가 홈 바닥에 눌려진 후 나머지 힘을 사용하여 도체를 압축할 수 있습니다(중요하게는 알루미늄 연선을 압축). 종종 도체를 압축하는 힘이 부족하여 아크 표면 마찰이 주로 알루미늄 스트랜드와 클램프 사이에서 발생하여 알루미늄 스트랜드가 파손되고 강철 코어가 당겨져 "코어 추출" 현상이 형성됩니다. 따라서 아크 표면 압축 응력을 고려해야 합니다. 그림 3-7과 같이 계산방법은 다음과 같다.
(3-2)
(3-3)
어디:
φ- 호 각도, rad
R- 곡률 반경, m
q- 단위 길이당 압력, N/cm
τ- 단위 길이당 마찰력, N/cm
힘 균형 조건에 따르면,ΣTᵧ = 0, 그 다음에:
따라서 우리는 다음을 해결할 수 있습니다.
식 (3-3)으로 대체하면, 홈 아크 표면의 단위 길이당 압력 L은 다음과 같습니다.
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(Φ/2)] (3-4)
볼트-형 텐션 클램프 파지 압력 계산
볼트 압력을 계산하는 목적은 텐션 클램프 설치 후 충분한 정지 마찰력을 보장하는 것입니다.
M10~M60 굵은 나사의 경우 조임 토크M=0.2pd(여기서 p는 볼트 예압력, d는 볼트의 공칭 직경). 볼트 예압력 분석의 편의와 안정적인 예압 보장을 위해서는 재료 항복 한계의 50%~70%에 도달해야 합니다. 이때 볼트 예압력은 다음과 같이 추론할 수 있습니다.
p = M/(0.2d) = 5(M/d) (3-5)
분석 및 추정의 편의를 위해 도체의 인장 클램프 홈 프로파일의 파지력은 4개의 볼트 압력 p₁, p², p₃, p₄, 3개의 작은 아크 마찰력 Δt₁, Δt₂, Δt₃(그림 3-8 참조) 및 큰 아크 마찰력 ΔT로 구성된다고 가정합니다.
그림 3-8 볼트형 장력 클램프의 케이블 채널에서 힘 분포의 개략도
재료역학 이론에 따르면 두 개의 볼트 너트의 배열을 간단한 빔 구조로 이해하면(그림 3-9 참조),
그림 3-9 단순 지지 빔
두 개의 볼트 너트의 총 압력을 p', 빔 변형은 δ, EJ를 굽힘 강도라고 가정하면 두 개의 볼트 너트로 형성된 단순 빔의 총 압력은 다음과 같습니다.
p'=(48EJδ)/L³ (3-6)
도체를 압축하는 데 사용되는 힘 p₁는 다음과 같습니다.
p₁ = 2p - p' (3-7)
강철 클램프와 알루미늄 강연선 사이의 마찰 계수가 f(일반적으로 f=0.25)인 경우 마찰력 T2는 다음과 같습니다.
T₂ = T₁f = 0.25T₁ (3-8)
식 (3-1)에서 세 개의 작은 원호에 대한 마찰력 계산 공식은 다음과 같습니다.
큰 아크 마찰력 ΔT는 다음과 같습니다.
ΔT = (T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃)(e^(f ) - 1) (3-9)
클램프의 총 파지력 T는 다음과 같습니다.
T = T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃ + ΔT (3-10)
도체 파괴력은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
(3-11)
어디:
σAB- 알루미늄 연선 파단 응력, N/mm²
σSB- 강철 스트랜드 파단 응력, N/mm²
파- 알루미늄 스트랜드 단면적- 단면적, mm²
FS- 강철 스트랜드 단면적-단면적, mm²
아크 표면의 알루미늄 와이어 응력 계산
아크 표면의 도체 알루미늄 와이어에 가해지는 응력에는 가로 압축 응력, 세로 인장력 및 굽힘 응력이 포함되며 식 (3-1)에 의해 계산됩니다. 호 표면의 단위 길이당 압력 q는 다음과 같습니다.
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(Φ/2)] (3-12)
어디:
φ- 큰 호 표면의 호 각도, rad
R- 큰 호 반경, mm
가공선 기계 계산 원리에 따라 아크 표면에 있는 도체의 알루미늄 와이어에 대한 단위 면적당 압축 응력 σN:
σN = q/D (3-13)
어디:
D- 도체 외부 직경, mm
q- 호 표면의 단위 길이당 압력, N/mm
도르래의 도체 굽힘으로 인해 발생하는 추가 응력 σ는 다음과 같습니다.
σ=(3/8) × (d/D)EA=0.375(d/D)EA(3-14)
2차원 응력 계산에 대한 재료 역학 이론에 따르면, 결합된 응력 σ_s는 다음과 같습니다.
(3-15)
실제로, 아크 표면 압축 응력 σ_N은 총 응력 σ_s에 거의 영향을 미치지 않으므로 무시할 수 있습니다.
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