Стартовая >> Статьи >> Сейсмостойкость высоковольтных выключателей

Сейсмостойкость высоковольтных выключателей

Сейсмические нагрузки

В мире существует много сейсмоопасных зон с возможностью землетрясения, в таких странах следует использовать выключатели, предусматривающие возможность их безопасной эксплуатации при соответствующих нагрузках. Во время землетрясения ускорение и амплитуда движения грунта изменяются по статистическому закону. Наиболее сильные механические напряжения обычно возникают в горизонтальном направлении. Тип грунта (песок, глина, скалы и т.д.) оказывает существенное влияние на локальную магнитуду землетрясения и возможный ущерб от него.

разрушения вызванные землетрясениями

В технических целях, воздействия, оказываемые землетрясениями, определяют, как правило, по максимальной величине горизонтального ускорения

Стандарт МЭК 62271-300 нормирует три величины максимального горизонтального ускорения, 2, 3 и 5 м/с2, соответствующие 0,2, 0,3 и 0,5 g, а стандарт IEEE 693 нормирует величины 2,5 и 5 м/с2, соответствующие 0,25 и 0,5 g.

Результирующая механическая нагрузка на выключатели

Когда высоковольтный выключатель подвергается воздействию землетрясения, движение грунта приводит к возникновению в выключателе механических колебаний с соответствующими механическими напряжениями. Механическое напряжение обычно сильнее в нижней части опорной колонны.

Выключатель имеет одну или несколько частот собственных колебаний, из которых преобладающая частота обычно равна нескольким Гц. Поскольку частота колебаний при типичном землетрясении также имеет порядок нескольких Гц, то фактическая нагрузка на выключатель может усиливаться из-за механического резонанса. Степень усиления зависит от частоты собственных колебаний и демпфирования выключателя и может быть выведена из спектральных характеристик, приведенных, например, в публикациях МЭК62271-300 или IEEE 693. Иногда используются также другие спектральные характеристики, например, из компаний Endesa или Edelca.

Для одинакового максимального ускорения грунта, требования стандарта IEEE 693 более жесткие по сравнению с требованиями стандарта МЭК 62271-300. Главная причина состоит в том, что IEEE применяет коэффициент безопасности 2 для механической прочности изоляторов, в то время как МЭК применяет коэффициент 1. Кроме того, спектральные характеристики IEEE выше, чем у МЭК.

Сейсмостойкость выключателей LTB и HPL

Все выключатели HPL и LTB в стандартном исполнении способны выдерживать сейсмические ускорения ниже 0,3 g по стандарту МЭК 62271-300 и ниже 0,25 g по стандарту IEEE 693 (см. стр. J-2 и K-2). Для выдерживания более сильных воздействий землетрясений выключатель может быть оборудован усиленной опорной конструкцией и/или усиленными изоляторами. Кроме того, а также для обеспечения устойчивости в самых крайних случаях, могут быть применены амортизаторы сил землетрясения на больших выключателях.

Амортизаторы воздействия землетрясения

Амортизатор сил землетрясения будет повышать естественную степень демпфирования автоматического выключателя. Таким образом, удается существенно ослабить усиление механических напряжений, создаваемых землетрясением, благодаря значительному ослаблению резонанса, что обеспечивает существенное снижение максимальной механической нагрузки на выключатель.

Проиллюстрируем принцип действия амортизатора. Опорная стойка (1) монтируется на нижней плите (3), на которой собирают четыре цилиндра (2). амортизирующих колебания. Штоки поршней (4) закреплены на фундаментных болтах. Между штоком поршня и цилиндром имеется рабочая поршневая система, которая поглощает энергию трения в процессе движения. Это обеспечивает демпфирование выключателя в целом.

Поскольку выключатель подвешен на амортизаторах, то силы инерции, возникающие во время землетрясения, могут легко инициировать работу амортизаторов без влияния дополнительных нагрузок от сил гравитации.

Проверка сейсмостойкости

Сейсмостойкость выключателя можно проверить непосредственным испытанием, когда собранный выключатель или его полюсный контакт подвергают нагрузке смоделированным землетрясением на вибростенде. См. рис.

Другой способ заключается в определении частоты собственных колебаний и амортизации выключателя. Этот способ можно реализовать, например путем испытания резким снятием нагрузки, когда выключатель механически нагружают, а затем нагрузку резко снимают. Исходя из частот собственных колебаний выключателя и демпфирующего устройства можно рассчитать результирующую механическую нагрузку в наиболее критичных частях выключателя.

Проверка сейсмостойкости выключателей

Рис. Испытание на сейсмостойкость выключателя 550 кВ при смоделированном землетрясении. Максимальную механическую нагрузку испытывает нижняя часть вертикальной опорной стойки. На выключателе стоят композитные изоляторы.

 
« Роль распределительного оборудования среднего напряжения   Силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена »
электрические сети