气体绝缘金属封闭开关设备主母线伸缩节设置

气体绝缘金属封闭开关设备主母线伸缩
节设置
摘要：通常将GIS的整条主母线用固定支点将主母线分成若干段，在每两个
固定点之间空母线段的中间区域的适当位置设置伸缩节，以此解决安装累计误差
及土建误差、基础沉降及环境温度影响等问题，使设备承受尽可能小的额外应力，尽可能接近理想中的自由状态。

特殊条件下利用伸缩节作为产品检修及拆卸口。

关键词：主母线;伸缩节;应力;位移
1 引言
气体绝缘金属封闭开关设备简称GIS,在GIS产品中主母线是一个稍大的连续
整体设备元件，受安装累计误差及土建误差、基础沉降及环境温度影响较大。

基
于此我们通常将整条主母线用固定支点将主母线分成若干段，以便解决误差、基
础沉降及环境温度影响等问题。

主母线每段设置原则：通常以某断路器间隔作为每段的起点、终点，起点、
终点母线支撑设置为固定支撑，中间设置为滑动支撑，在每两个固定点之间空母
线段的中间区域的适当位置设置伸缩节，以此解决安装累计误差及土建误差、基
础沉降及环境温度影响等问题，使设备承受尽可能小的额外应力，尽可能接近理
想中的自由状态。

特殊条件下利用伸缩节作为产品检修及拆卸口。

每段母线两端设置为固定支撑且设在断路器间隔上，断路器间隔因环境温度
影响而产生的变形量较小，中间设置为滑动支撑变形量较大。

2主母线的壳体应力计算分析
大部分物体都因温度变化而膨胀或收缩，这种自由的伸缩如果受到阻碍的话，则物体的自由状态由于受到被阻碍的变形量的影响，从而使其内部产生一相应的
应力，在这我们称之为温度应力（б热）。

变形量的影响越大，应力越大。

正常情况下，母线壳体承受内部气压产生的机械应力（б气）。

如果壳体温度发生变化，且变形量被影响，则母线壳体又要承受温度应力（б热）以下壳体温度应力（б热）计算条件是：
温度变化以上述工程发生漏气时的温度变化条件；
自由伸缩变化量完全被阻碍。

此计算条件下的温度应力是最大应力。

①参数及公式
温度应力（应力б热）
下表中列出了计算中将要涉及的材料参数。

表1 材料参数
线胀系数 10-61/K
应力（б热）的表达式为：б热=E。

E为材料的弹性模量；
α为材料的线膨胀系数；
为温度变化量
温度变化量（）：设安装温度为，当前现场温度为，则=-。

机械应力（б气）
下表中列出了计算中将要涉及的壳体参数。

表2 壳体参数
安装环境温度（℃）
发生问题时温度
（℃）
F=PS1
б气=F/S2
F—为气压产生的盲板力；
P—为气体压力
S1—为盲板面积；
S2——为壳体面积。

②主母线壳体应力计算
=-=40
б热=E=96.6 MPa
б气=F/S=11.4 MPa
主母线壳体最大总应力
б总=б气+б热=11.4+96.6=108MPa
通过计算可见，即使在最苛刻的理想状态时，母线壳体产生的最大总应力远小于材料的屈服强度，并有两倍的安全系数；
3典型主母线的壳体位移计算分析
大部分物体都是在温度上升时膨胀，下降时收缩。

若有一长度为的物体，当物体是自由状态时（即无约束阻碍），当其温度变化为时，
其长度位移变化量（）的表达式为：=；
由于整条主母线设置用固定支点将主母线分成若干段，此计算条件是：取相邻母线固定支撑点间最大距离段，取该段固定支撑点到壳体中间伸缩节无约束点处最远距离作为自由状态长度。

此计算条件下位移变化量是最大位移变化量。

母线段的基本参数：
安装环境温度（℃）（均按极限安装温度时考虑计算）：30；
部分工程温度（℃）：-10
主母线壳体相对基础位移计算：
壳最大母线段的位移量（mm）：5.8；
基最大母线段的基础位移量（mm）：5.1；
=壳—基最大母线段的相对位移量（mm）：0.7
4 结束语
以上应力和位移计算是在主母线壳体最苛刻理想条件下的应力和位移。

通过计算可见，即使在最苛刻的理想状态（固定支撑完全固定，位移为零）时，母线壳体产生的最大总应力远小于材料的屈服强度，并有两倍的安全系数；即使在最苛刻的理想状态（母线无固定，是理想自由体，应力为零）时，最长段壳体伸缩节处最大位移量为5.8mm、相对基础位移量为0.7mm。

在实际工程运行中，由于母线中间有支点约束，母线即不是理想的完全固定约束，也不是理想无约束的自由体，母线壳体位移和应力是同时存在的，实际应力小于上述理论计算值；位移也不是完全的壳体位移量，也不是壳体与基础相对位移量，是三种情况共同存在。

所以，在主母线连续整体设备处于正常情况下，可以满足应力、位移要求，可以满足使用环境。

参考文献
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[4] GB/T12777-2019金属波纹管膨胀节通用技术条件。