Разрядники опорного типа, смонтированные на открытых подстанциях высокого напряжения, подвергаются ряду механических воздействий: давлению ветра, тяжению провода, вибрациям, воздействию собственного веса. При колебаниях температуры и влажности возможно набухание и замерзание цемента в узлах армирования фарфоровых покрышек, в результате чего возникают механические напряжения в фарфоре и арматуре покрышек. Механические напряжения могут появиться и в процессе монтажа разрядника.
Рассмотрим механический расчет типичной конструкции разрядника, получившей наиболее широкое распространение за последние годы: одноколонковой, установленной на основании.
Механическую прочность конструкции проверяют по формуле:
(4-28)
где М — расчетный изгибающий момент, действующий на разрядник; w — момент сопротивления опорной колонны в опасном сечении; σ — напряжение в фарфоре; σρ — разрушающее напряжение фарфора на изгиб; k — коэффициент запаса. Предполагается, что механическая прочность металлических деталей и узлов не ниже прочности фарфоровой покрышки.
Изгибающий момент определяется по формуле:
(4-29)
где Р — тяжение провода в горизонтальной плоскости; l— расстояние от верхнего фланца разрядника до расчетного сечения; q — распределенная нагрузка от давления ветра, приходящаяся на единицу высоты разрядника; Q — нагрузка от давления ветра на экранную арматуру.
Расчет распределенной нагрузки от давления ветра производится согласно [101].
Распределенная нагрузка рассчитывается по формуле:
(4-30)
где с — аэродинамический коэффициент; (5 — коэффициент, учитывающий динамичность и порывистость ветра; п — коэффициент перегрузки; v — скорость ветра, м/сек-, F — поперечное сечение элементов конструкции в плоскости, перпендикулярной направлению ветра, приходящееся на единицу высоты разрядника, м2.
Нагрузка Q определяется формулой:
(4-31)
в которой F1 — площадь экранной арматуры, м2.
Момент сопротивления w определяется по известной формуле:
(4-32)
где D — наружный диаметр покрышки в опасном сечении; D1 — внутренний диаметр покрышки.
Механические нагрузки, не вошедшие в расчет изгибающего момента, учитываются коэффициентом запаса, который принимается равным 2—3.
Разрушающее напряжение фарфора на изгиб зависит от материала фарфора и конструкции покрышки и подвержено статистическому разбросу. Оно может меняться в довольно широких пределах. За величину σρ в (4-28), по-видимому, следует принимать минимальное разрушающее напряжение в фарфоре для данной конструкции покрышки (или точнее, напряжение, при котором вероятность разрушения фарфора близка к нулю). Расчетным сечением должно быть сечение в месте заделки нижнего фланца нижнего элемента разрядника. Если в конструкции разрядника применены фарфоровые покрышки различной механической прочности, то проверку по формуле (4-28) следует выполнить для всех типов покрышек с учетом места их установки в колонке разрядника.
Механическая прочность опорной конструкции разрядника, состоящей из трех колонн стержневых изоляторов, может быть определена по методике, приведенной в [48]. Экспериментальные исследования механической прочности таких конструкций разрядников выявили следующие их особенности 124]:
- Опасные напряжения, вплоть до разрушающих, могут возникнуть в изоляторах опорных колонн в процессе монтажа разрядников. Поэтому монтаж разрядников указанных типов должен быть выполнен особенно тщательно.
- Элементы должны жестко крепиться к опорной конструкции разрядника. При удалении элементов механическая прочность опорной конструкции снижается в 1,3—1,7 раза.
- Промежуточные и верхние рамы должны обладать достаточной жесткостью. Их следует выполнять из швеллеров № 10 или большего сечения.
- Размеры опорной конструкции в плане мало влияют на механическую прочность конструкции.
Рис. 4-32. Разрез армированной фарфоровой покрышки
1 — фарфоровая покрышка; 2 — фланец
