ЭЛЕКТРОУСТАНОВКА Российский патент 2006 года по МПК H02B5/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сооружении несущих конструкций подстанций, распределительных устройств и других электроустановок, предназначенных для приема, преобразования и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц в сетях в диапазоне напряжений 35, 110, 150, 220, 330, 750, 1150 кВ.

Правила установки электрооборудования (ПУЭ) в России являются основным нормативным документом, регламентирующим все аспекты планирования, монтажа и эксплуатации систем, состоящих из элементов, назначение которых - транспорт и преобразование электрической энергии.

В соответствии с ПУЭ к электроустановкам на несущих конструкциях предъявляется требование прочности и устойчивости сооружений в целом от действия статических и динамических нагрузок, к которым относятся ветровые нагрузки, действующие в различных силовых плоскостях, или в соответствии с п.1.1.22 ПУЭ «Электроустановки и связанные с ними конструкции должны быть стойкими в отношении воздействия окружающей среды».

Известна трансформаторная подстанция высокого напряжения из описания к патенту WO 9114305. Подстанция состоит из электрооборудования и несущей конструкции. Несущая конструкция состоит, по меньшей мере, из одного блока; каждый блок образован двумя опорами и опирающихся на них балками. Электрооборудование установлено на несущей конструкции.

В качестве ближайшего аналога к заявляемой электроустановке выбрана комплектная трансформаторная блочная модернизированная подстанция (КТБМП) из Технической информации ТИ-064 1999 г. Самарского завода «Электрощит». КТБМП состоит из электрооборудования и несущей конструкции. Несущая конструкция состоит, по меньшей из одного блока, каждый из которых содержит две опоры и пару балок, опирающихся на опоры. Электрооборудование установлено на несущей конструкции. Известно, что каждая опора состоит из двух металлических профилей, соединенных по высоте набором перемычек из отрезков металлических профилей - уголков.

При эксплуатации электроустановок подобно вышеупомянутым одной из проблем является низкая эксплуатационная надежность из-за возможного исчерпания запаса прочности элементов несущей конструкции и ее недостаточной жесткости. Воздействие ветровых нагрузок - пиковых и циклических приводит к излому опорных стоек из металлических профилей. Такое нежелательное явление предопределено формой поперечного сечения профилей, имеющих резкое изменение ширины и вследствие этого обладающих низким сопротивлением воздействию разнонаправленных нагрузок. Выбор профилей, обладающих достаточными прочностными характеристиками, или усиление несущей конструкции дополнительными элементами из профилей приводит к увеличению металлоемкости, следствием чего является повышенные требования к эксплуатационной надежности фундамента сооружения в целом, и в конечном итоге сказывается на общих эксплуатационных затратах объекта.

Кроме того, несущие конструкции из упомянутых аналогов не обладают достаточной устойчивостью, т.к. при действии ветровой нагрузки возможно возникновение опрокидывающего момента, превышающего пороговое значение.

Опора несущей конструкции выбранного прототипа (ТИ-064 1999 г. Самарского завода «Электрощит»), состоящая из вертикальных элементов - двух профилей. соединенных по высоте перемычками в виде отрезков профилей, имеет ряд особенностей, приводящих к негативным последствиям.

Балки несущей конструкции устанавливаются на основание, которым является поперечное сечение опоры в ее верхней части. При необходимости размещать различные виды электрооборудования на отдельных несущих конструкциях подобно рассматриваемой, требуется пары балок устанавливать на различном расстоянии друг от друга. В этом случае невозможно использовать одинаковые опоры, а изменение их поперечного сечения приводит к необходимости осуществления дополнительных расчетов прочности несущей конструкции и возможному увеличению металлоемкости опоры. Так, увеличение металлоемкости происходит при увеличении расстояния между вертикальными элементами опор до «критического», при котором первоначальная опора не выполняет свою функцию и требует усиления дополнительными элементами.

По вышеуказанной причине проблематично формирование протяженной несущей конструкции.

Следует отметить, что наличие сварных соединений также снижает эксплуатационную надежность несущей конструкции, т.к. для них наиболее неблагоприятны динамические нагрузки, приводящие к разрушению соединения.

Поэтому при использовании сварных соединений дополнительным требованием, предъявляемым к эксплуатируемым установкам, является обязательное проведение испытаний на виброустойчивость несущей конструкции. Этот факт также приводит к увеличению общих эксплуатационных затрат.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в следующем:

- в повышении эксплуатационной надежности сооружений электроустановок за счет использования равнопрочного сечения элемента опоры несущей конструкции;

- в снижении металлоемкости несущей конструкции;

- в уменьшении общих затрат на монтаж и эксплуатацию электроустановки.

Поставленная техническая задача решается тем, что электроустановка содержит электрооборудование, установленное, по меньшей мере, на одном блоке несущей конструкции, каждый из которых состоит из пары балок из металлического профиля, установленных на одной опоре Т-образной формы, состоящей из вертикального элемента трубчатой формы и горизонтального элемента из металлического профиля.

Возможно, чтобы пара балок была прикреплена к опоре с помощью болтового соединения.

Возможно также, чтобы горизонтальный элемент был выполнен из швеллера, установленного полками вниз.

Наилучший вариант использования заявляемого изобретения возможен, когда несущая конструкция выполнена с цинковым покрытием.

Целесообразно, чтобы, по меньшей мере, один блок несущей конструкции был установлен на другом блоке несущей конструкции.

Новым в заявляемой электроустановке является выполнение опоры с вертикальным элементом трубчатой формы. Это дает возможность противостоять статическим и динамическим разнонаправленным нагрузкам. Из курса сопротивления материалов известно, что элемент с кольцевым сечением является равнопрочным, т.к. его момент сопротивления не зависит от направления действия нагрузки.

Из уровня техники известно использование элементов трубчатой формы в качестве ствола свай (RU 2171337 С1). В данном техническом решении пара свай трубчатой формы с шарнирным соединением сверху вдавливается в грунт; сваи при этом расходятся. Находясь в грунте, сваи воспринимают вдавливающие и выдергивающие усилия, и с этой точки зрения целесообразно использовать данный вид свай. При расчете свай учитывают напряженно-деформированное состояние «свая-грунт».

Так, влияние бокового обжатия грунта вызывает возможную деформацию полого кольцевого сечения сваи и потерю устойчивости системы фундамент - сооружение. С этой точки зрения применение свай трубчатой формы не оправдано. Таким образом, из-за различного рода воздействий на идентичные элементы, свойства трубчатой сваи, проявляемые в известном техническом решении, не совпадают со свойствами опоры в заявляемом изобретении.

Т-образная форма с горизонтальным элементом в виде металлического профиля является технологически целесообразной с точки зрения возможности устанавливать парные балки и равномерно распределять нагрузку на всю опору.

Кроме того, сочетание Т-образной опоры с парой балок в виде блока несущей конструкции позволяет формировать из упомянутых блоков протяженные конструкции, на которых возможно устанавливать электрооборудование. Формирование протяженных конструкций из блоков продиктовано принципами компактности и унификации электроустановок, что приводит к уменьшению затрат на их монтаж и эксплуатацию.

Вариант горизонтального элемента в виде швеллера, обращенного полками вниз, принят для обеспечения вышеуказанных функций.

Прикрепив соответствующие элементы несущей конструкции с помощью болтовых соединений, появилась возможность добиться упрощения монтажа несущей конструкции. Помимо этого, связи, выполненные с помощью болтов, положительно сказываются на прочности конструкции в целом, т.к. воздействие динамических нагрузок не влияет на данный вид соединений. Другое преимущество болтового соединения элементов несущей конструкции заключается в возможности демонтажа электроустановки.

Снижение металлоемкости несущей конструкции объясняется возможностью использования несущей конструкции с облегченными элементами в географических районах с благоприятными климатическими условиями.

Выполнение элементов несущей конструкции с цинковым покрытием обеспечивает эксплуатационную надежность сооружения электроустановки. Выбор данного вида покрытия объясняется антикоррозионными свойствами цинкового покрытия, его твердостью. Помимо этого, цинковое покрытие в точности воспроизводит профиль поверхности элементов несущей конструкции, резьбы, отверстий, внутренних полостей опорных стоек.

Целесообразность установки, по меньшей мере, одного блока несущей конструкции на другом блоке объясняется необходимостью, во-первых, увеличения изоляционного расстояния и, во-вторых, для образования технологических проездов под токонесущими проводами, отходящими от электрооборудования.

В необходимых случаях возможно формирование протяженной несущей конструкции при количестве опор, например, свыше двух. При этом на каждую опору, кроме крайних, опирается две пары балок.

При количестве блоков несущей конструкции свыше одного становится возможным использовать и развивать типовые схемы электрических соединений электрооборудования и разрабатывать нетиповые схемы.

Анализ известных технических решений, касающихся электроустановок с несущей конструкцией, а также анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения позволяет сделать вывод о соответствии данного изобретения критерию «новизна».

Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».

Изобретение подробнее поясняется на примере его осуществления, иллюстрируется чертежом (главный вид электроустановки с несущей конструкцией, содержащей одну опору).

В соответствии с чертежом заявляемое устройство представляет собой электрооборудование 1 как элемент открытого распределительного устройства напряжением 110 кВ; электрооборудование 1 установлено на блоке несущей конструкции, состоящего из одной опоры 2, выполненной в виде вертикального элемента трубчатого сечения, а именно трубы 3 и горизонтального элемента в виде швеллера 4 и пары балок из металлического профиля - швеллера 5, опирающихся на горизонтальный элемент - швеллер 4.

Прикрепление перечисленных элементов 5 и 4 осуществляется с помощью с помощью ботового соединения (на чертеже не показано).

Опоры 2 установлены на фундаменте типа «лежень» 6 и прикреплены к последнему с помощью болтового соединения (на чертеже не показано).

Электрооборудование 1 - опорные изоляторы установлены на парные балки из швеллера 5 и прикреплены к последнему с помощью болтового соединения (на чертежах не показано).

Электроустановка сооружается на площадке следующим образом.

На площадку укладывают незаглубленный фундамент 6 типа «лежень», на него устанавливают вертикально трубы 3, к каждой из них прикрепляют швеллер 4 с помощью болтового соединения. На швеллер 4 устанавливают парные балки из перечисленных элементов. Образуется несущая конструкция, состоящая из элементов 3, 4, 5. Электрооборудование 1 - опорные изоляторы устанавливают на парные швеллеры 5 и прикрепляют к ним с помощью болтового соединения.

В отношении вертикального элемента 3 опоры 2 расчет прочности, жесткости и устойчивости допускает использование трубы 159×8 ГОСТ 8732-78.

В отношении горизонтального элемента опоры и парных балок расчет прочности и жесткости показывает, что швеллер № 16П ГОСТ 8240-97 используется в качестве горизонтального элемента 3 и парных балок 5.

При количестве блоков более одного возможно формировать протяженные несущие конструкции путем составления нескольких блоков.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сооружении несущих конструкций подстанций, распределительных устройств и других электроустановок, предназначенных для приема, преобразования и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц в сетях в диапазоне напряжений 35, 110, 150, 220, 330, 750, 1150 кВ. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности сооружений электроустановок за счет использования равнопрочного сечения элемента опоры несущей конструкции, в снижении металлоемкости несущей конструкции, в уменьшении общих затрат на монтаж и эксплуатацию электроустановки. Электроустановка содержит электрооборудование, установленное, по меньшей мере, на одном блоке несущей конструкции, каждый из которых состоит из пары балок из металлического профиля, установленных, по меньшей мере, на одной опоре Т-образной формы. Опора состоит из вертикального элемента трубчатой формы и горизонтального элемента из металлического профиля. Пара балок может быть прикреплена к опоре с помощью болтового соединения. Горизонтальный элемент может быть выполнен из швеллера, установленного полками вниз. Несущая конструкция выполнена с цинковым покрытием. Один блок несущей конструкции установлен на другом блоке несущей конструкции. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электроустановка содержит электрооборудование, установленное, по меньшей мере, на одном блоке несущей конструкции, каждый из которых состоит из пары балок из металлического профиля, установленных на одной опоре Т-образной формы, состоящей из вертикального элемента трубчатой формы и горизонтального элемента из металлического профиля.2. Электроустановка по п.1, отличающаяся тем, что пара балок прикреплена к опоре с помощью болтового соединения.3. Электроустановка по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальный элемент выполнен из швеллера, установленного полками вниз.4. Электроустановка по п.1, отличающаяся тем, что несущая конструкция выполнена с цинковым покрытием.5. Электроустановка по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один блок несущей конструкции установлен на другом блоке несущей конструкции.