工业企业电气设备抗震设计规范GB50556-2010

目 次 1总则······································································(1) 2术语和符号························································· (3) 2. 1术语····························································(3) 2. 2符号··························································· (3) 3抗震基本要求··············································(5) 4变配电所电气设备布置·····································(7) 5抗震计算······························································(8) 5. 1地面设备地震作用计算······························(8) 5, 2楼层设备地震作用计算·····························(12) 5. 3电力变压器类············································ (13) 5. 4三相垂直布置电抗器······························· (18) 5. 5断路器、避雷器等细长电瓷类设备·······(20) s电气设备安装设计的抗震······················ (24) G. 1电力变压器类··········································· (24) 6. 2各类电瓷设备·············································(24) G. 3电力电容器、蓄电池································(25) G. 4屏、柜、箱类设备··································· (25) G. 5电抗器、整流柜类........................... (26) 附录A电气设备的减震与隔震设计················· (27) 本用词说明··················································· (28) 1总 则 1.0.1为在工业企业电气工程设计中，贯彻“预防为主”的方针， 以减轻电气设备地震破坏和损尖，避免人员伤亡，制定本规范。 1.0.2本规范适用于设计基本地震加速度值小于或等于0. 40g (即抗震设防烈度9度及以下)地区，且电压为220kV及以下的工 业企业电气设备(以下简称电气设备)的抗震设计。设计基本地震 加速度值大于0. 40g地区或行业有特殊要求的工业企业电气设 备，其抗震设计应按国家有关专门规定执行。 1.0.3按本规范进行抗震设计的电气设备，当遭受相当于本地 区抗震设防烈度及以下的地震影响时，可不受损坏，可继续使 用。 1. 0.4设计基本地震加速度为0. 05g(即抗震设防烈度6度)及 以上地区的电气设备，必须进行抗震设计。 1.0.5根据在供电系统中的重要性和特殊需要，企业电气设备可 分为重要电气设备和一般电气设备，并应符合以下规定: 1 电压为110kV和220kV或向企业的一级用电负荷供电 的电气设备，以及其他在地震时需保障连续供电的电气设备，为重 要电气设备; 2 上款以外的电气设备，为一般电气设备。 1. 0. 6设计基本地震加速度值应采用中国地震动参数区划图的 规定;对已编制抗震设防区划的地区或已进行地震安全性评价的 工程场地，可按批准的设计地震动参数或抗震设防烈度进行抗震 设防。 1.0.7本规范规定了工业企业电气设备抗震设计的基本技术要 求，当本规范与国家有关法律、行政法规的规定相抵触时，应按国 家法律、行政法规的规定执行。 1.0.8电气设备的抗震设计，除应符合本规范外，尚应符合国家 现行有关的规定。 2 术语和符号 2. 1术语 2.1.1抗震设计aseismic design 对需要抗震设防的工程结构进行的一种专业设计。一般包括 抗震概念设计、结构抗震计算和抗震构造措施三个方面。 2. 1. 2地震基本烈度basic seismic intensity 在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为 10%的地震烈度值，相当于475年一遇的烈度值。 2.1.3地震作用效应earthquake action effect 在地震作用下结构产生的内力〔剪力、弯矩、轴向力、扭矩等) 或变形(线位移、角位移等)。 2.1.4地震影响系数seismic influence coefficient 单质点弹性体系在地震作用下的最大加速度反应与重力加速 度比值的统计平均值。 2. 2符号 2. 2. 1地震作用和作用效应 F一一电气设备(结构)的地震作用; m一一电气设备的质量; mi一一集中在质点i的操作状态下的质量; M一一弯矩; T一一结构自振周期; Tg一一特征周期; 3 抗震设计基本要求 3. 0. 1电气设备所在地区遭受的地震影响可采用下列地震动参 数征: 1 设计基本地震加速度或抗震设防烈度; 2 特征周期。 3. 0. 2设计基本地震加速度取值和抗震设防烈度的对应关系应 符合表3.0.2的规定。 3. 0. 3电力变压器类、垂直布置的三相电抗器和避雷器、断路器 及瓷套管等电气设备具有下列情况之一时，均应进行抗震验算: 1电压为110kV和220 kV ; 2设计基本地震加速度为0. 20g及以上地区; 3设计基本地震加速度为0. 10g及0. 15g地区且放置电气 设备的楼层或支架高度大于1. 8m。 3. 0.4电力电容器、蓄电池、高压开关柜、整流柜、低压配电屏、控 制保护屏、直流屏、不间断供电设备、动力配电箱等和本规范第 3.0.3条规定以外的电气设备可不进行抗震验算，但应采取抗震措 施。 3. 0. 5重要电气设备应按本地区抗震设防烈度提高一度采取抗 震措施，但抗震设防烈度为9度时.应按比9度更高要求采取抗震 措施;地震作用计算所采用的设计基本地震加速度值应提高 0.05g，但设计基本地震加速度为0. 20g及以上时不再提高。 3.0.6电气设备应选择符合抗震设防要求的产品，当无法满足抗 震设防要求时，应采取抗震措施或按附录A的规定采取减震、隔 震措施。 3. 0. 7除本规范另有规定外，电气设备抗震设计所采用的许用应 力设计值应按下列规定选用: 1弹性材料可取材料许用应力的1. 2倍，但不应大于材料在 常温下屈服强度的0.9倍; 2脆性材料可取材料在常温下强度设计值的1. 1倍，或材料 破坏应力值的0.5倍。 3. 0. 8各类电气设备应可靠地固定在基础或支座上。 4 变配电所电气设备布置 4.0. 1自备电站、总变电所和重要生产区域变配电所中的室外主 变压器、整流变压器、断路器、避雷器及电压或电流互感器等电气 设备，宜布置在对抗震有利的地段。 4.0. 2设计基本地震加速度为0. 20 g及以上地区，电压为110kV 和220kV的配电装置不宜采用高型布置或多层布置方式;管形母 线宜采用悬挂结构。 4. 0. 3分相式电抗器不宜采用垂直布置。 5 抗震计算 5. 1地面设备地震作用计算 5.1.1电气设备的抗震计算宜选用下列方法: 1高度不超过30m，且以剪切变形为主的结构和近似于单质 点体系的电气设备(含基础地面以上部分)，可采用底部剪力法等 简化方法; 2除上款外的电气设备宜采用振型分解反应谱法。 5. 1. 2地面上的电气设备(或结构)地震影响系数应根据抗震设 防烈度或设计基本地震加速度、设计地震分组、场地类别和结构自 振周期、结构的阻尼比(图5. 1. 2)确定。其水平地震影响系数最 大值应按表5. 1. 2-1的规定采用;特征周期值应根据场地类别和 设计地震分组按表5. 1. 2-2的规定采用。场地类别应符合现行国 家标准《建筑抗震设计规范))GB 50011的有关规定。 5. 1. 3地震影响系数曲线的直线下降段的下降斜率调整系数和 阻尼调整系数，应按下列公式确定: 1下降斜率调整系数: 2 阻尼调整系数: 5.1.4电气设备(或结构)的阻尼比可按下表规定取值。 5.1.5采用底部剪力法时，电气设备(或结构)的水平地震作用标 准值(图5. 1. 5):可按下列公式计算: 5. 1.6采用振型分解反应谱法时，电气设备(或结构)的地震作用 标准值和作用效应应按下列公式计算: 1 电气设备j振型i质点的水平地震作用标准值: 2 水平地震作用标准值的作用效应(包括弯矩、剪力、轴向 力): 5.1. 7设计基本地震加速度不小于0. 20g、长悬臂或大跨度设备 应计人竖向地震作用影响。 5.1.8垂直于地面的电气设备，竖向地震作用标准值可取其水平 地震作用标准值的60%;非垂直于地面的电气设备，竖向地震作 用标准值可取该设备垂直于地面时水平地震作用标准值的70%。 5. 2楼层设备地震作用计算 5.2.1楼层上的电气设备所在楼层的动力放大系数应按图5. 2. 1 确定。其中，当确定基本自振周期时，可将建筑物和构筑物视为电 气设备的刚性基础。 5. 2.2确定支承电气设备的建筑物和构筑物的自振周期时，其质 量应包括楼层上的电气设备及其附属物的质量。在楼层详细设计 (即施工图)完成前，对钢结构建筑物和构筑物可取100 kg/m2~ 150kg/m2，对钢筋混凝土结构建筑物和构筑物可取450 kg/m2~ 600kg/m2。 5. 2. 3建筑物和构筑物的基本自振周期可按下列公式计算: 1钢结构建筑物和构筑物的基本自振周期: 2钢筋混凝土结构建筑物和构筑物的基本自振周期: 3砖混结构建筑物和构筑物的基本自振周期: 5.2.4楼层上电气设备的水平地震作用标准值计算应符合下列 规定: 1 支承电气设备的多层建筑物和构筑物的抗震计算模型可 按本规范图5. 1. 5确定; 2 第i层楼层的加速度系数应按下式计算: 3第i层楼层上的电气设备的水平地震影响系数应按下式 计算: 4第i层楼层上的电气设备的水平她震作用标准值应按下 式计算: 5楼层上的电气设备计算的水平地震作用标准值，若小于按 建在地而上所得到的水平地震作用标准值时，应采用建在地面上 所得到的水平地震作用标准值。 5. 2.5在初步设计阶段，楼层上电气设备的水平地震作用标准值 可按下式计算: 5. 3 电力变压器类 5. 3. 1变压器应对下列部位进行抗震验算: 1 变压器的地脚螺栓; 2 变压器与悬臂式散热器之间的连接管; 3 变压器油枕的支腿。 5. 3. 2变压器(含消弧线圈、油浸电抗器等)的地脚螺栓抗震验算 应符合下列规定: 1地面上的变压器本体的水平地震作用计算应符合本规范 第5.1.5条的规定，其中水平地震影响系数可按本规范表5. 1. 2-1 的规定确定; 2楼层上的变压器本体的水平地震作用计算，应符合本规范 第5. 2节的规定，其中变压器的基本自振周期可取0.1s； 3地脚螺栓在地震作用下所产生的各种效应应按下列规定 计算: 1)当设计墓本地震加速度小于等于0. 15g时，拉应力应按 下式计算: 2)当设计基本地震加速度大于0. 15g时，拉应力应按下式 计算，并应计人竖向地震作用: 3)当设计基本地震加速度为小于等于0. 15g时，剪应力应 按下式计算: 4)当设计基本地震加速度大于0.15g时，剪应力应按下式 计算，并应计入竖向地震作用: 5)变压器地脚螺栓截面的抗震验算应分别满足下列公式 要求: 2水平地震作用下散热器与变压器本体连接管的弯曲应力 应按下式计算: 3水平地震作用下散热器与变压器本体连接管的剪应力应 按下式计算: 4当设计基本地震加速度大于0. 15g时，竖向荷载作用下散 热器与变压器本体连接管的弯曲应力应按下式计算: 5当设计基本地震加速度大于0. 15g时，竖向荷载作用下散 热器与变压器本体连接管的剪应力应按下式计算: 6散热器与变压器连接管的组合应力应按下列公式计算: 7散热器与变压器本体连接管截面的抗震验算应满足下式 要求: 5.3.4变压器油枕的支腿抗震验算应符合下列规定: 1变压器的油枕地震作用标准值应按下列公式计算: 2水平地震作用下变压器油枕的支腿的拉应力或压应力应 按下式计算: 3水平地震作用下变压器油枕的支腿的剪应力应按下式计 算: 4竖向荷载作用下，变压器油枕的支腿的压应力应按下列公 式计算: 1) 当设计基本地震加速度小于等于0.15g时: 2) 当设计基本地震加速度大于0.15g时: 5变压器油枕支腿截面的组合应力应按木规范第5. 3. 3条 公式5. 3. 3-7、公式5. 3. 3-8计算。 6变压器油枕支腿截面的抗震验算应满足下式要求: 5. 4 三相垂直布置电抗器 5.4.1三相垂直布置电抗器(以下简称电抗器)应对每层支撑瓷 瓶进行抗震验算。 5. 4. 2电抗器的抗震验算时，可简化为串联三自由度计算模型， 各质点质量应分别取各相电抗器的质量，且位于质心处。 5. 4. 3电抗器的基本自振周期可按下列公式计算，并可在简化计 算时取0.1s。 5. 4. 4电抗器每层质点水平地震作用标准值应按本规范第5.1.5 条的规定进行计算。 5.4. 5每层支承瓷瓶柱底部弯矩应按下列公式计算 5. 4. 6每层支承瓷瓶柱的拉应力和剪应力应分别按下列公式计 算: 5.4.7每层支承瓷瓶柱的截面抗震验算应满足下列公式要求: 支承瓷瓶柱的许用拉应力设计值(Pa)，应按本规范 第3. 0. 7条规定确定。 支承瓷瓶柱的许用剪应力设计值(Pa)，应按本规范 第3. 0. 7条规定确定。 5.4. 8电抗器各层地脚螺栓的拉应力和剪应力应分别按下列公 式计算: 式中：第i层支承瓷瓶柱地脚螺栓的拉应力(Pa),当计算 值小于0时，应取0; 第i层支承瓷瓶柱地脚螺栓的剪应力(Pa),当计算 值小于0时，应取0; 第i层单根支承瓷瓶柱的地脚螺栓数; 第 i层支承瓷瓶柱一个地脚螺栓的有效截面积 （m2); 第i层支承瓷瓶柱地脚螺栓的中心圆直径(m)。 5．4. 9电抗器各层地脚螺栓截面的抗震验算应分别满足下列公 式要求: 式中：地脚螺栓的许用拉应力设计值(Pa)，应按本规范 第3. 0. 7条规定确定; 地脚螺栓的许用剪切应力设计值(Pa),宜取其许 用拉应力的0.7倍。 5.5断路器、避雷器等细长电瓷类设备 5.5. 1断路器、避雷器等细长电瓷件应对下列部位进行抗震 验算: 1断路器、避雷器等细长电瓷件的瓷件根部; 2有绝缘拉杆的避雷器在绝缘拉杆上面一节瓷件的根部。 5. 5. 2地面上的断路器和避雷器的基木自振周期可按下列规定 计算，并可在简化计算时取0.1s。 1断路器及无绝缘拉杆的避雷器的基本自振周期可按下式 计算: 式中:T—设备的基本振周期(s); me—设备的总质量(kg); H--—设备的总高(m); E--—瓷件材料的弹性模量(Pa); --—侧移刚度折减系数，断路器可取0.2,避雷器可取 0. 22; I--—瓷件根部的惯性矩(m4)。 2有绝缘拉杆的避雷器的基本自振周期可按下式计算: 5.5. 3地面上的断路器和避雷器的水平地震作用标准值和计算 截面弯矩应按下列规定计算。 1无绝缘拉杆避雷器和断路器水平地震作用标准值和计算 截面弯矩，应分别按下列公式计算: 式中:FH—避雷器及断路器的水平地震作用标准值(N); M—计算截面的弯矩(N m) ; a 1—地震影响系数，应按本章第5.1. 2条规定确定： h一一计'算截面距设备根部的高度(rn)。 2有绝缘拉杆避雷器的水平地震作用标准值和计算截面弯 矩可按下列规定计算。 1)有绝缘拉杆避雷器的水平地震作用标准值可按下式计 算： 2)拉杆与避雷器连接部位的弯矩应按下式计算: 5. 5.4支座上的断路器、避雷器等细长瓷套的基本自振周期可按 下列公式计算，并可在简化计算时取0. 1s。 E1一支座材料弹性模量(Pa) ; I1 , I2一一分别为支座截面、瓷件截面的惯性矩(m4)； H1、H2-一分别为支座高度、设备高度(m)。 5. 5. 5支座上的断路器和避雷器的根部组合弯矩应按下式计算: 式中:Msg—支座上的断路器及避雷器根部的组合弯矩 (N·m)。 5. 5. 6断路器和避雷器的计算截面应力应按下式计算: 式中: —计算截面的应力(Pa); W—计算截面的截面模量(m3); 不均衡系数，可取1. 67。 5.5.7断路器及避雷器的计算截面抗震验算应满足下式要求: 式中:验算部位材料的许用应力设计值(Pa)，应按本规范 第3. 0. 7条的规定确定。 6电气设备安装设计的抗震措施 6. 1电力变压器类 6. 1. 1变压器、消弧线圈和油浸电抗器等安装时，宜拆除滚轮，并 应采用地脚螺栓等方法固定。 6. 1. 2大型变压器的悬臂式散热器可采用固定在变压器本体上 的钢架支承或采用扁钢沿散热器环形连接。 6. 1. 3单独设置的油冷却器与变压器本体之间的连接管，在靠近 变压器处应设柔性接头和切断阀。散热器、潜油泵和连接管与基 础间的最小间距不应小于200mm。 6.1.4变压器套管连接引线宜采用软导线并留有伸长余量。当 绝缘间距不符合要求时可采用弹簧线夹。 6.1.5变压器套管当采用硬母线连接且截面大于50mm X 5mm 时，应加设软连接，软连接宜采用铜编织带制成。软连接应安装在 变压器与外部连接母线的第一个支持点之间，并宜靠近套管。 6. 1. 6杆上变压器的下部应采用螺栓与下横梁固定，变压器的上 部与电杆之间也宜采取固定措施。 6.2各类电瓷设备 6. 2. 1电压为11okV及以上的断路器和避雷器宜采用低位布 置。电压(或电流)互感器的底部，应固定在基础、支架或支柱上。 6.2.2电瓷类设备引线以及设备之间连线宜采用软导线，并应留 有伸长余量;当采用硬母线或管形母线连接时，应加设软连接或伸 缩接头。 6. 2. 3断路器、避雷器等电瓷类设备应采用抗震性能较高的产 品，导体引线长度应满足抗震设防烈度下的地震位移要求。 6. 3电力电容器、蓄电池 6. 3. 1电力电容器应固定在支架上。电压为6kV或10kV的电 力电容器可采用两侧支耳或提环固定。 6. 3. 2电力电容器的引线宜采用软导线。抗震设防烈度8度、9 度时，硬母线应加设软连接。 6. 3. 3蓄电他宜选用干式蓄电池，并应设有防止位移和倾倒的措 施。当采用支架固定时，支架应与地面、墙或基础固定。 6. 3. 4蓄电池之间宜采用软导线或电缆连接;端电池宜采用电缆 作为引出线。 6. 3. 5直流屏、不问断供电设备〔简称UPS)内安装的蓄电池盒 应设有防止滑出脱落的措施。 6.4屏、柜、箱类设备 6. 4. 1高压开关柜、低压配电屏、控制保护屏、直流屏、不间断供 电设备(简称UPS)和配电箱类，宜用地脚螺栓固定在基础上。 6. 4. 2抗震设防烈度8度、9度时，成列高压开关柜、低压配电屏 及控制保护屏等柜(或屏)之间，应在设备重心以上采用螺栓连结 成整体。柜(或屏)间连接的硬母线在通过建筑物防震缝、沉降缝、 仲缩缝处，应加设软连接。 6. 4. 3高压移开式开关柜和低压抽出式配电屏的二次电缆插头 应设有防松动措施。 6. 4. 4高压开关柜、低压配电屏和控制保护屏上的继电器和仪表 应采用螺栓或安装夹具固定。 6.4. 5高压移开式开关柜的移动单元应设有定位锁住机构。固 定式高压开关柜上的隔离开关应设有定位锁住机构。低压抽出式 配电屏的抽出单元处于工作位置时，应设有机械锁住机构。 6. 4. 6控制保护屏、励磁屏及其他柜屏中的电路板插件应设有防 止松动的锁住机构。 6. 5电抗器、整流柜类 6. 5. 1电抗器和整流柜的支撑瓷瓶宜采用强度较高的瓷件。 6. 5. 2抗震设防烈度8度、9度时，分相式电抗器宜采用平面布 置。当采用垂直布置时，应校核各截面支撑瓷瓶的强度;当支撑瓷 瓶强度不满足抗震要求时，应根据校核结果更换为强度更高的瓷 瓶或采取其他抗震措施。 6. 5. 3整流柜在安装前应对支撑瓷瓶进行抗震强度校核，当产品 不能满足杭震要求时，应根据校核结果更换为截面较大或强度更 高的瓷瓶，也可增加瓷瓶的数量。 附录A电气设备的减震与隔震设计 A. 0.1减震措施可分为装设隔震器和减震器。常用的减震器包 括橡胶阻尼器、阻尼垫和剪弯型、拉压型、剪切型等铅合金减震器 以及其他减震装置。 A.0.2应根据电气设备的结构特点、使用要求、自振周期及场地 类别等，选择相适用的减震或隔震措施。 A. 0. 3冬季环境温度低于一15℃及以下地区，应选川具有耐低 温性能的橡胶阻尼器。 A. 0. 4隔震器和减震器应满足强度和位移要求。 A. 0. 5隔震器或减震器宜设置在支架或电气设备与基础、建筑 物及构筑物的连接处。 A. 0. 6采用减振或隔震措施时，不应影响电气设备的正常使用 功能。 本规范用词说明 1 为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不 同的用词说明如下: 1)表示很严格，非这样做不可的: 正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”; 2)表示严格，在正常情况下均应这样做的: 正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”， 3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的: 正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”; 4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。 2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合 ……的规定”或“应按，··…执行”。