Молния и молниезащита - Механические характеристики ОПН в полимерных корпусах

Ограничители перенапряжений в полимерных корпусах могут использоваться как в опорном (рис. 4.18), так и в подвесном (рис. 4.19) исполнениях.
В подвесном исполнении на ограничитель действует только растягивающая нагрузка. Оценить разрушающую нагрузку подвесного ОПН можно по механической прочности стеклопластиковых цилиндров. Сечение цилиндров
(4.79) где dcp=0,5(d1+d2) - средний диаметр цилиндра; Δ=0,5(d2-d1) - толщина стенки цилиндра; d1 и d2 - внутренний и наружный диаметры цилиндра.

Рис. 4.18. Нелинейные ограничители перенапряжений в полимерном корпусе опорного исполнения: а - ОПНп-330 кВ. б - ОПНп-500 кВ. в - ОПНп-750 кВ
Разрушающая растягивающая нагрузка
(4.80)
В табл. 4.13 приведены разрушающие растягивающие нагрузки для применяемых в ЦЭЗА стеклопластиковых цилиндров.
Для сравнения приведем массы ОПН разных классов напряжения на наибольшие пропускные способности и соответственно с наиболее тяжелыми варисторами (табл. 4.14).

Рис. 4.19. Общий вид ОПНп подвесного исполнения:
а - ОПН-220 кВ, б - ОПНп-330 кВ; в - ОПНп-500 кВ; г - ОПНп-750 кВ

При расчете принята высота колонки варисторов согласно табл. 4.4, площадь варисторов - исходя из максимального тока пропускной способности (табл. 4.5). Удельная масса варисторов принята 6 г/см³ . Масса ОПН принята равной удвоенной массе варисторов.
Как следует из табл. 4.13 и 4.14, механическая прочность труб с большим запасом обеспечивает надежную работу подвесных ОПН.
Таблица 4.13

Таблица 4.14

Для ОПНп опорного исполнения определяющей является изгибающая нагрузка от подводящих проводов и от гололедо-ветровых нагрузок. Нормативные нагрузки на изгиб для ОПН разных классов напряжения приведены ниже.
Как следует из табл. 4.13 и 4.14, механическая прочность труб с большим запасом обеспечивает надежную работу подвесных ОПН.
Для ОПНп опорного исполнения определяющей является изгибающая нагрузка от подводящих проводов и от гололедо-ветровых нагрузок. Нормативные нагрузки на изгиб для ОПН разных классов напряжения приведены в табл. 4.15 [53].
Таблица 4.15

Разрушающая горизонтальная нагрузка опорных конструкций ОПН определяется исходя из равенства максимального воздействующего момента от нормированной горизонтальной нагрузки моменту сопротивления опорной колонки. В конструкции ОПН ЦЭЗА используется покрышка из стеклопластикового цилиндра с защитным покрытием из кремний-органической резины К-69Тр. Механическую нагрузку несет стеклопластиковая труба с внутренним диаметром d1 и наружным диаметром d2. Момент сопротивления изгибающей нагрузки для такой трубы
(4.81)
Момент в основании колонки от горизонтальной нагрузки М=FH, (4.82)
где Н - высота колонки; F - горизонтальная нагрузка.
Исходя из равенства
(4.83) где σ„ - разрушающее механическое напряжение на изгиб, получаем разрушающее горизонтальное усилие
(4.84)
Результаты расчетов по этой формуле для ОПН разных классов напряжения, выпускаемых ЦЭЗА. при σ„ = 5000 кгс/см² приведены в табл. 4.16.
В табл. 4.16 приведены также нормированные горизонтальные нагрузки от тяжения поводящих проводов и горизонтальные нагрузки от воздействия ветра при напоре 55 кгc/м². Как следует из табл. 4.16, для всех классов напряжения расчетная разрушающая нагрузка Fp ОПН опорного исполнения превышает сумму F∑ горизонтальных нагрузок от тяжения подводящих проводов и ветра не менее чем в 6 раз. Такого запаса вполне достаточно для обеспечения надежной работы одноколонковых ОПН в полимерных корпусах в опорном исполнении.
Таблица 4.16

Однако при большой высоте колонки ОПН относительно малого диаметра возможны значительные отклонения колонки от вертикали при односторонней горизонтальной нагрузке. Под воздействием горизонтальной нагрузки F верхний конец стеклопластиковой трубы отклоняется на расстояние

(4.85)

где F- суммарная приведенная к верхнему фланцу нагрузка, перпендикулярная оси ограничителя; Н - высота ограничителя; Е - модуль упругости стеклопластиковой трубы; I - момент ее инерции, определяемый по формуле [63]
(4.86)
Результаты расчетов по формуле (4.86) при тех же исходных данных, что и в табл. 4.16, приведены в табл. 4.17.
Как следует из табл. 4.17, и по максимальному отклонению под воздействием нормированной горизонтальной нагрузки одноколонковые ограничители перенапряжений в полимерных корпусах всех классов напряжения отклоняются не более чем на 5°, что допускается нормативными документами [53].
Следует иметь в виду, однако, что приведенные в табл. 4.17 отклонения возникают вследствие изгиба стеклопластиковых труб. Такой изгиб корпусов передает механические нагрузки на столб варисторов, что может привести к уменьшению контактного нажатия между соседними варисторами. Поэтому целесообразно рассмотреть возможность уменьшения отклонения колонки ОПН под воздействием горизонтальных нагрузок в тех случаях, когда отклонение превосходит 1°.
Таблица 4.17

Таблица 4.18

В связи с тем, что при высоте до 2...3 м проблем с чрезмерным изгибом ограничителей не возникает (см. табл. 4.17), целесообразно укрепить колонку ОПН большей высоты изоляционными растяжками (см. рис. 4.18).
Для растяжек целесообразно использовать полимерные изоляторы на наименьшую разрушающую нагрузку Ερаз=70 кН. Исходя из этого разрушающего усилия при коэффициенте запаса по отношению к длительной нагрузке изолятора Кзап=5 получаем необходимое расстояние точки крепления оттяжки на уровне заземленного фланца ОПН от оси ОПН х0:

где Fпрo -расчетная горизонтальная нагрузка, приведенная к точке крепления растяжки; H0- высота ОПН в точке крепления растяжки.
Разрешая приведенное выше уравнение относительно расстояния х0, получаем:

(4.87)

Результаты расчетов по формуле (4.87) приведены в табл. 4.18.
При наличии трех растяжек, закрепленных к ОПН на уровне Но и к заземленному основанию на расстоянии х0 от оси ОПН, обеспечивается надежная работа колонки при наибольших возможных горизонтальных нагрузках.