---

2.3.2. Допустимую нагрузку на изолятор (изоляционную опору) (F_доп) следует принимать равной 60 % от минимальной разрушающей нагрузки F_разр, приложенной к вершине изолятора (опоры) при изгибе или разрыве

F_доп = 0,6 F_разр. (5)

2.3.3. В зависимости от взаимного расположения шин и изоляторов последние подвергаются воздействию электродинамических сил, работая на изгиб или растяжение (сжатие) или одновременно на изгиб и растяжение (сжатие). Допустимые нагрузки на изоляторы при изгибе (F_{доп.изг}) и растяжении (F_доп.р) в ньютонах в этих случаях следует принимать соответственно равными:

(6)

где F_{разр.изг} и F_разр.р - задаваемые заводом-изготовителем минимальные разрушающие нагрузки соответственно при изгибе и растяжении (сжатии) изолятора, Н.

2.3.4. Допустимую нагрузку на спаренные изоляторы (опоры) следует принимать равной 50 % от суммарного разрушающего усилия изоляторов (опор)

F_доп = 0,5 F_разр, (7)

где F_разр - суммарное разрушающее усилие спаренных изоляторов (опор), Н.

2.3.5. Допустимую нагрузку при изгибе опорного изолятора (F_доп) в ньютонах следует определять в соответствии с формулой

, (8)

где N - коэффициент допустимой нагрузки, равный 0,6 или 0,5 (см. пп. 2.3.2. - 2.3.4);

h и H - расстояния от опасного сечения изолятора соответственно до его вершины и центра тяжести поперечного сечения шины (см. рисунок 3), м.

Опасное сечение опорно-стержневых изоляторов с внутренним креплением арматуры (рисунок 3а) следует принимать у опорного фланца, опорно-стержневых изоляторов с внешним креплением арматуры (рисунки 3б, в) - у кромки нижнего фланца, а опорно-штыревых изоляторов (рисунок 3г) - на границе контакта штыря с фарфоровым телом изолятора.

Допустимую изгибающую нагрузку многоярусных изоляционных опор (рисунки 3в, г) следует принимать равной допустимой нагрузке наименее прочного яруса, определенной по формуле (8).

2.3.6. При расположении фаз по вершинам треугольника (рисунки 2б, в, г) изоляторы одновременно испытывают как растягивающие (сжимающие), так и изгибающие усилия. Допустимую изгибающую нагрузку (F_{доп.изг}) в ньютонах следует определять по формуле (8), принимая F_разр равной разрушающей нагрузке при изгибе изолятора; допустимую растягивающую нагрузку (F_доп.р) следует определять по формуле (5), принимая F_разр равной разрушающей нагрузке при растяжении.

2.3.7. Допустимое напряжение в материале проводников (_доп) в мегапаскалях следует принимать равным

_доп = N _пр,

где _пр - предел прочности при растяжении, Н;

N - коэффициент допустимой нагрузки, равный 35-50 % от предела прочности.

2.3.8. Допустимую нагрузку на подвесные изоляторы следует принимать равной 30 % от разрушающей нагрузки, т. е.

F_доп = 0,3 F_разр. (9)

2.3.9. Расстояния между проводниками фаз (А_ф-ф), а также между проводниками и заземленными частями (А_ф-з) шинных конструкций напряжением 35 кВ и выше и проводов ошиновки распределительных устройств, воздушных линий и токопроводов к моменту отключения КЗ должны оставаться больше допустимых изоляционных расстояний, определяемых при рабочих напряжениях

(10)

где А_ф-ф.доп и А_ф-з.доп - минимально допустимые расстояния по условиям пробоя соответственно между проводниками фаз и проводниками и заземленными частями при рабочем напряжении.

К определению допустимых нагрузок на изоляторы и шинные опоры

Рисунок 3

2.4. Определение механических напряжений в материале проводников и нагрузок на их опоры при КЗ

2.4.1. Расчет шинных конструкций, обладающих высокой жесткостью

2.4.1.1. При расчете шинной конструкции, обладающей высокой жесткостью, шину в любом пролете между изоляторами, кроме крайних, следует рассматривать как стержень (балку с шарнирно опертыми концами, таблица 2). Наличие ответвлений допускается не учитывать.

2.4.1.2. Максимальное напряжение в материале шины (_max) в паскалях и нагрузку на изолятор шинной конструкции высокой жесткости при трехфазном КЗ ( ) в ньютонах следует определять по формулам:

(11)

и

, (12)

где - максимальная сила, возникающая в многопролетной балке при трехфазном КЗ, Н, и определяемая по формуле (2);

l - длина пролета шин, м;

W - момент сопротивления поперечного сечения шины, м³; формулы для его расчета приведены в таблице 4;

 и  - коэффициенты, зависящие от условия опирания (закрепления) шин, а также числа пролетов конструкции с неразрезными шинами (таблица 2).

При двухфазном КЗ

(13)

и

, (14)

где - максимальная сила, возникающая в многопролетной балке при двухфазном КЗ, Н, и определяемая по формуле (3).

При расчете напряжений в области сварных соединений, находящихся на расстоянии z от опорного сечения, в формулы (11) и (13) следует поставлять значения 1/ (z), вычисленные в соответствии с таблицей 10.

2.4.1.3. Электродинамические нагрузки на отдельные проводники составных шин (рисунок 4) обусловлены взаимодействием проводников других фаз и отдельных элементов проводника одной фазы. Максимальное напряжение в материале составных шин при КЗ допускается определять по формуле

, (15)

где _фmax - максимальное напряжение в материале шины, обусловленное взаимодействием проводников других фаз, Па, которое следует определять в зависимости от вида КЗ по формуле (11) и (13);

_элmax - максимальное напряжение в материале шины, обусловленное взаимодействием отдельных элементов проводника одной фазы, Па, которое следует определять по формуле

, (16)

где l_эл - длина пролета элемента шины между прокладками, м;

а_эл - расстояние между осями поперечных сечений элементов составных шин (рисунок 4), м;

W_эл - момент сопротивления поперечного сечения элемента шины, м³;

i_уд - ударный ток трехфазного или двухфазного КЗ, А;

n - число составных проводников фазы.

2.4.2. Расчет шинных конструкций с жесткими опорами

2.4.2.1. Шинную конструкцию, изоляторы которой обладают высокой жесткостью, в расчетах на динамическую стойкость при КЗ следует представлять как стержень с защемленными концами, имеющий лишь основную частоту собственных колебаний.

2.4.2.2. Максимальное напряжение в материале шин (_max) в паскалях и нагрузку на изоляторы (F_из) в ньютонах при расположении шин в одной плоскости и высокой жесткости изоляторов шинной конструкции следует определять по формулам:

при трехфазном КЗ

(17)

и

(18)

при двухфазном КЗ

(19)

и

(20)

где  - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от расчетной основной частоты собственных колебаний шины f₁. Значения коэффициента в зависимости от отклонения f₁/f_c (f_c = 50 Гц) следует определять по графикам, приведенным на рисунке 5.

Двухполосная шина

Рисунок 4

Таблица 4 - Формулы для определения момента инерции J и момента сопротивления W поперечных сечений шин

Зависимость динамического коэффициента для изоляторов и шин от частоты собственных колебаний шины

Рисунок 5

Значения расчетной частоты собственных колебаний (f₁) в герцах следует определять в соответствии с 2.4.2.4.

2.4.2.3. Максимальную нагрузку на проходные изоляторы (F_из) в ньютонах следует определять по формуле

(21)

где l_пр - расстояние от торца проходного изолятора до ближайшего опорного изолятора фазы, м.

2.4.2.4. Расчетную частоту собственных колебаний шины (f₁) в герцах следует определять по формуле

(22)

где E - модуль упругости материала шины, Па;

J - момент инерции поперечного сечения шины, м⁴;

m - масса шины на единицу длины, кг/м;

r₁ - параметр основной частоты собственных колебаний шины.

Значения этого параметра зависят от типа шинной конструкции и представлены в таблице 2.

2.4.2.5. Максимальное напряжение в материале составных шин (_max) в паскалях шинной конструкции с жесткими опорами допустимо определять по формуле (15). При этом максимальное напряжение в материале шин, обусловленное взаимодействием проводников других фаз (_фmax) в паскалях, следует определять в зависимости от вида КЗ по формуле (17) или (19), а максимальное напряжение в материале шины, обусловленное взаимодействием отдельных элементов проводника одной фазы (_элmax) в паскалях, - по формуле

(23)

где _эл - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от расчетной основной частоты собственных колебаний элементов составной шины (f_1эл), который следует определять по расчетным графикам, приведенным на рисунке 5.

Расчетную основную частоту собственных колебаний элементов составной шины (f_1эл) в герцах следует определять по формуле

(24)

где l_эл - длина пролета элемента шины между прокладками, м;

J - момент инерции поперечного сечения элемента шин, м⁴;

m_эл - масса элемента на единицу длины, кг/м;

а_эл - расстояние между осями поперечных сечений элементов составных шин (рисунок 4), м.

2.4.2.6. Максимальное напряжение в материале шин (_max) в паскалях и максимальную нагрузку на опорные и проходные изоляторы (F_из) в ньютонах, при расположении шин по вершинам треугольника (рисунки 2б, в, г), следует определять с учетом их пространственных колебаний, используя формулы:

(25)

(26)

(27)

где W - меньший из двух моментов сопротивления поперечного сечения шины (момента сопротивления w_ при изгибе в плоскости  и момента сопротивления w_ при изгибе шины в плоскости  (рисунок 2), м³;

, - электродинамические силы, определяемые соответственно по формулам (2) и (3);

_, _F - коэффициенты, значения которых для наиболее распространенных типов шинных конструкций (рисунки 2б, в, г) приведены в таблице 5.

2.4.3. Расчет подвесного самонесущего токопровода

2.4.3.1. Расчетное максимальное напряжение в материале шин подвесного самонесущего токопровода (_расч.max) в паскалях следует определять с учетом собственной массы, массы изоляционных распорок и льда, а также действия напора ветра, т. е.

_расч.max = _max + _в,

где _max - максимальное напряжение в материале шин вследствие электродинамического действия тока КЗ;

_в - напряжение в материале шин от собственной массы, массы изоляционных распорок и льда, а также действия напора ветра.

Нагрузку на изолятор подвесного самонесущего токопровода следует определять по формуле (12).

Таблица 5 - Значения коэффициентов _и _Fшинных конструкций

2.4.4. Расчет шинных конструкций с упругоподатливыми опорами

2.4.4.1. Максимальное напряжение в материале шин и максимальную нагрузку на изоляторы шинных конструкций с упругоподатливыми опорами следует определять соответственно по формулам (17) и (18), а частоту собственных колебаний - по формуле (22), учитывая при этом, что параметр основной частоты r₁ является функцией безразмерных величин C_опl³ / EJ и M / ml, где C_оп - жесткость опор, а М - приведенная масса. Значения жесткости опор определяют по экспериментальным данным, а приведенной массы - согласно 2.4.4.2. Кривые для определения r₁ шин с жестким закреплением на опорах приведены на рисунке 6, а для шин с шарнирным закреплением - на рисунке 7. Для шин с чередующимися жесткими и шарнирными закреплениями на опорах значение параметра r₁ допустимо приблизительно оценивать как среднее между его значениями, найденными по кривым рисунков 6 и 7.