Справочник по проектированию подстанций - Режимы работы строительных конструкций ОРУ

Раздел четырнадцатый СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ОТКРЫТЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
РЕЖИМЫ РАБОТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОРУ. НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ
Проектирование строительных конструкций и их оснований производится в соответствии со “Строительными нормами и правилами” (СНиГГ) и “Правилами устройства электроустановок” (ПУЭ).
К строительным конструкциям ОРУ относятся опоры под ошиновку и оборудование и их фундаменты, рельсовые пути перекатки трансформаторов, лотки и каналы кабельные, ограды и т. п.
Опоры ОРУ по своему назначению разделяются на три основных типа: опоры для гибкой ошиновки (однопролетные и многопролетные порталы, отдельностоящие стойки); опоры для гибкой ошиновки и оборудования (совмещенные); опоры под молниеотводы и прожектора.
Расчет строительных конструкций производится по предельному состоянию, которое подразделяется на две группы: по потере несущей способности или непригодности конструкции к эксплуатации; по непригодности конструкции к нормальной эксплуатации.
Классификация предельного состояния, устанавливающая принадлежность его к первой или второй группе, определяется главой СНиП “Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования” и уточняется применительно к различным видам строительных конструкций ОРУ.
При проектировании строительных конструкций ОРУ должны учитываться все нагрузки и воздействия, возникающие как в процессе эксплуатации, так и в стадии изготовления, хранения, транспортировки, возведения и монтажа конструкций, а также монтажа проводов, тросов и оборудования.
Различные состояния конструкции ОРУ в процессе монтажа и эксплуатации называются режимами работы ОРУ, которые делятся на нормальный, аварийный, монтажный и температурный режимы.
Нормальным режимом работы строительных конструкций ОРУ называется их работа при необорванных проводах (шинах) и тросах, при отсутствии сейсмических воздействий, температурных перепадов и токов КЗ, а также возможное длительное нахождение конструкций под односторонним тяжением.
Аварийным режимом называется работа конструкций при оборванных проводах (шинах) или тросах, в условиях сейсмических воздействий, а также при токах КЗ.
Монтажным режимом называется работа конструкций в условиях монтажа самих конструкций, проводов (шин), тросов и оборудования.
Температурным режимом многопролетных опор РУ называется работа конструкций в условиях возможного отличия температуры воздуха в период эксплуатации от температуры, при которой производят монтаж конструкций.
Конструкции ОРУ рассчитываются на сочетания нагрузок, действующих в нормальных, аварийных, температурных и монтажных режимах работы, в последнем случае - с учетом возможности временного усиления отдельных элементов конструкции. В расчете направление ветра принимается под углами 45° и 90° к плоскости конструкции.
Сочетания нагрузок в нормальных, монтажных и температурных режимах является основными, а с учетом аварийного режима - особыми.
Условия расчетных режимов для строительных конструкций ОРУ (для определения нормативных нагрузок) приведены ниже.

1. нормальный режим. Максимальное давление ветра q, температура t = -5° С или -10° С для районов со среднегодовой температурой ниже -5° С; гололед отсутствует.
2. нормальный режим. Гололед, температура t = -5° С или -10° С; давление ветра q\- 0,25 q, но не более 0,30 кПа (30 кгс/м2). При толщине стенки гололеда 15 мм и более давление ветра принимается не менее 0,13 кПа (13,0 кгс/м2).
3. нормальный режим. Ветер и гололед отсутствуют, температура минимальная.

Во всех нормальных режимах учитываются нагрузки, возникающие при включении и отключении оборудования; в режимах II и III учитываются также нагрузки от массы монтера и монтажных приспособлений.
Аварийный режим. Ветер отсутствует, гололед, температура t - -5° С или -10° С. Оборваны одна или две фазы одного пролета или по одному проводу одной или двух фаз одного пролета при раздельном креплении проводов расщепленной фазы, дающих наибольший изгибающий или крутящий момент на опору. Узел крепления каждого провода (проушины, диафрагма) при разделенном креплении проводов расщепленной фазы рассчитывается с учетом перераспределения нагрузки от оборванного провода на оставшиеся провода фазы.
Монтажный режим. В этом режиме конструкции опор ОРУ рассчитываются по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок от смонтированной ошиновки с учетом дополнительных воздействий, возникающих в процессе монтажа. Учитывается также нагрузка от массы монтера с многоэтажными приспособлениями. Давление ветра на высоте 15 м от земли принимается равным 0,0625 кПа (6,25 кгс/м2), температура t = -15° С, гололед отсутствует.
Температурный режим. Давление ветра - максимальное, гололед отсутствует. При отсутствии данных перепад температур рекомендуется принимать ∆t = 60° С. При наличии данных перепад температур может определяться по методике, изложенной в главе СНиП “Нагрузки и воздействия”.
В рабочих чертежах приводятся пределы температур замыкания конструкции, принятые в расчете.
Нагрузки и воздействия, принимаемые в расчетах конструкций и оснований по первой группе предельных состояний и получаемые путем умножения их нормативных значений на коэффициенты надежности, называются расчетными. Для расчета конструкций ОРУ по второй группе предельных состояний (за исключением случаев, специально оговоренных) принимаются нормативные значения нагрузок. Нагрузки и воздействия, учитываемые при расчете конструкции ОРУ, разделяются в соответствии с главой СНиП “Нагрузки и воздействия” на постоянные и временные, последние в свою очередь подразделяются на длительные, кратковременные и особые.
К постоянным нагрузкам относятся нагрузки: от собственного веса строительных конструкций, проводов или шин с учетом спусков, тросов, гирлянд изоляторов и оборудования; от тяжений проводов (шин) и тросов при среднегодовой температуре и отсутствии гололеда и ветра; от веса и давления грунтов (насыпей, засыпок), а также от воздействия предварительного напряжения конструкций.
К временным длительным нагрузкам относятся нагрузки, создаваемые воздействием неравномерных деформаций оснований, не сопровождающихся изменением структуры грунта, воздействием усадки и ползучести бетона, температурными воздействиями на элементы конструкций, а также воздействиями при включениях и отключениях оборудования.
К временным кратковременным нагрузкам относятся нагрузки от давления ветра на строительные конструкции, провода (шины) и тросы сверх их значений при среднегодовой температуре и отсутствии гололеда и ветра; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке, хранении и монтаже конструкций, а также при монтаже проводов, тросов и оборудования.
К особым нагрузкам относятся нагрузки, возникающие при обрыве проводов (шин) и тросов, при сейсмических воздействиях, а также при воздействии токов КЗ.
Нормативные нагрузки от собственного веса строительных конструкций, оборудования ОРУ и грунтов определяются на основании проектных данных ГОСТ, справочных материалов и каталогов с учетом имеющихся данных заводов-изготовителей о фактических весах конструкций.

Нормативные нагрузки от массы монтера, монтажных приспособлений (инструмента, монтажной люльки, подмостей и пр.) прилагаются в любой из имеющихся на опоре точек крепления изоляции и принимаются равными:
для всех опор ОРУ напряжением 500-1150 кВ - 250 кг;
для всех опор ОРУ напряжением 330 кВ и ниже - 200 кг.
Отдельные элементы опор - пояса и горизонтальные элементы траверс, стоек - рассчитываются на нагрузку от веса человека, нормативное значение которого равно 100 кг.
Нормативные вертикальные нагрузки от собственного веса проводов (шин) и тросов определяются по формуле
5
где Pi - нагрузка от собственной массы 1 м длины провода, Н (кгс); Q - вес гирлянды Н (кг); g= 9,81 - ускорение свободного падения, м/с2; l - длина провода (шины) или троса в пролете, включая длину спусков, м.
Определение нормативных значений гололедных отложений производится в соответствии с главой СНиП “Нагрузки и воздействия” и ПУЭ на основании карт климатического районирования с уточнением в случае необходимости по региональным картам и материалам многолетних наблюдений гидрометеорологических станций и энергосистем.
Таблица 14.1. Коэффициенты надежности

* При проверке конструкции на устойчивость положения против опрокидывания, когда уменьшение веса конструкции может ухудшить условия работы, V следует принимать равным 0,9.
** Для металлических конструкций, в которых усилия от собственной массы превышают 50% общих усилий, v следует принимать равным 1,1.
Примечание. Коэффициент надежности по материалу, условиям работы и уточнение по нагрузке даны в соответствующих главах СНиП.
Таблица 14.2. Предельные деформации опор

* В конкретных проектах, когда это возможно по техническим условиям, предельные отклонения вершин стоек при воздействии горизонтальных нагрузок в направлении вдоль проводов могут быть увеличены до (1/70) Н. В отдельных случаях при специальных технологических требованиях горизонтальные отклонения вершин стоек опор для гибких шин в направлении вдоль проводов определяются с учетом деформации оснований фундаментов.
** В случаях, когда по техническим условиям завода-изготовителя для обеспечения надежности работы оборудования требуется увеличение жесткости опорных конструкций, указание в таблице деформации должны быть уменьшены.
Примечание. Я - высота стойки опоры до отметки подвески гибкой ошиновки, м; Ь - длина участка траверсы (балки) между точками ее крепления к стойкам м; а - длина консоли траверсы (балки), м

При обработке данных наблюдений должно быть учтено влияние микроклиматических особенностей как за счет природных условий, так и за счет воздействия существующих и проектируемых инженерных сооружений.
Нормативное значение гололедных отложений на проводах и тросах вычисляется, исходя из цилиндрической формы отложений с плотностью γ = 0,9 г/см3. Толщина стенки отложений определяется, исходя из повторяемости 1 раз в 15 лет для ОРУ напряжением 500 и 1150 кВ, 1 раз в 10 лет для ОРУ напряжением от 35 до 330 кВ. При этом толщина стенки отложений должна приниматься не менее 10 мм для ОРУ напряжением 500, 750 и 1150 кВ и не менее 5 мм для ОРУ напряжением 330 кВ и ниже и округляться до ближайших значений, кратных 5 мм.
Нормативная нагрузка от гололеда на проводах и тросах определяется по формуле
где а равна 0,3 при толщине стенки гололеда меньшей или равной 10 мм и 0,5 при толщине стенки гололеда от 10 до 20 мм; Pi - нагрузка от веса гололеда, покрывающего 1 м длины провода.
Толщина стенок гололеда в различных гололедных районах, поправочные коэффициенты на высоту опор и на диаметр проводов и тросов принимаются в соответствии с нормами.
Гололедные отложения на конструкциях опор ОРУ, имеющих высоту до 50 м, в расчетах не учитываются.
Определяются также нормативные нагрузки от тяговых механизмов в монтажных режимах, статическая и динамическая составляющие ветровой нагрузки и другие данные.
Для получения расчетных значений нагрузок по первой группе предельных состояний нормативные нагрузки умножаются на коэффициенты надежности, приведенные в табл. 14.1.
При работе с табл. 14.1 необходимо учитывать коэффициенты сочетания:
в режимах обрыва проводов (шин) или тросов - 0,9;
в температурном режиме конструкций - 0,8;
при воздействии сейсмических нагрузок или токов КЗ - 0,8.
Предельные деформации стальных и железобетонных конструкций в нормальных режимах работы при воздействии нормативных нагрузок не должны превышать значений, указанных в табл. 14.2.