Механический расчет опорных изоляторов состоит из определения сил и механических напряжений, возникающих в результате действия этих сил. Опорные изоляторы разъединителей, отделителей и короткозамыкателей, а также изоляционные конструкции этих аппаратов на высокие классы напряжений подвергаются воздействию электродинамических усилий, воспринимают нагрузку от привода при включении и отключении подвижных контактов, а также ветровую нагрузку и усилие тяжения подводящих проводов при наружной установке аппаратов. Указанные усилия могут иметь произвольное направление и действовать либо одновременно, либо в различные моменты времени. Геометрическая сумма этих усилий при условии их одновременного воздействия и приведенная к верхнему фланцу опорного изолятора (верхней части изоляционной опоры) называется наибольшей расчетной нагрузкой.
При определении запаса механической прочности опорных изоляторов следует руководствоваться требованиями ГОСТ 689- 90, причем запас механической прочности представляет собой отношение статической разрушающей нагрузки опорного изолятора к наибольшей расчетной нагрузке. Коэффициент запаса для разъединителей наружной установки на 35 кВ и выше принимается равным 2,5, а для разъединителей внутренней установки (на все классы напряжений) и наружной (до 35 кВ) 1,5.
Для разъединителей внутренней установки определяются электродинамические усилия взаимодействия с соседним полюсом аппарата при сквозном токе КЗ, при этом учитываются усилия и от ошиновки, если она выполнена жесткой. Полученное расчетное усилие приводится к верхнему фланцу опорного изолятора:
где /д — амплитуда предельного сквозного тока КЗ.; /ш и I^bc ~~ длина токоподводящей шины от вывода аппарата до первой шинной опоры и длина ТВС аппарата соответственно; h„ — расстояние от основания изолятора до оси сечения ТВС; D — расстояние между осями полюсов аппарата; /Гф — коэффициент формы сечения. Определяется и усилие, создаваемое приводом при управлении разъединителем. Это усилие создает изгибающий момент на опорных изоляторах, резко возрастающий для разъединителей наружной установки при гололеде. Тяжение провода зависит от класса напряжения аппарата и его номинального тока. Так, при Uном =110+ 150 кВ и токе до 1600 А тяжение составляет 785 Н, а при токах 2000 А и более — 980 Н. При Uном выше 220 кВ тяжение подводящих проводов может достигать 1000 Н, а при Uном = 1150 кВ — около 2500 Н.
Суммарная ветровая нагрузка на опорный изолятор складывается из давления ветра на опорный изолятор и на элементы ТВС аппарата. Это усилие определяется из выражения
где v — скорость ветра; /са„, Аа1 „., кяп — аэродинамические коэффициенты; 5П И — площадь проекции изолятора на плоскость, перпендикулярную направлению ветра; и — число элементов ТВС и экранов, установленных на опорном изоляторе; 5п1, 5п2, _., 5„п площади их проекций на плоскость, перпендикулярную направлению ветра; Ль Л2,. .., hn — расстояния от основания изолятора до экрана, оси ТВС и т.д.; Ин — высота изолятора. Аэродинамические коэффициенты определяются в зависимости от числа Рейнольдса Re = 6,9 v D3KB, где D3KB — эквивалентный диаметр элементов ТВС (экранов). Ветровая нагрузка для разъединителей горизонтально-поворотного типа создает скручивающие усилия в теле опорных изоляторов. Найденная наибольшая расчетная нагрузка, умноженная на коэффициент запаса, не должна превышать минимальную разрушающую нагрузку изолятора. Усилие, соответствующее наибольшей расчетной нагрузке, определяет изгибающий момент (крутящий момент), а следовательно, и механические напряжения в теле фарфора, его арматуре и в цементной заделке.