3.2 测量的地震
现代地震仪在3个地理坐标方向测量地面加速度。
作为例子，图1示出了加利福尼亚的地震记录。
若有这样的当地强地震记录，那么在设计GIS抗震强度时作为实际地震情况加以规定似乎是合理的，同时也是现实的。分析时必须用到称为时间-历史的一种数学处理方法，这在计算机时代是非常需要的。但因为没有两次地震是相同的，尽管参考了现实地震干扰，这个方法不是特别管用。
若以称为响应频谱的方式给出地震强度，那么就不会失去精确性(见第3.4节)。
3.3 地面加速度
最大地面加速度是地震期间地面加速度最快的速率，通常表示为由于重力引起的加速度的分量。
在抗震要求的技术规范中最大地面加速度是一个因数。
在瑞士和德国，极端情况下，地面加速度可达到0.1g。对于所知的地震区域，标准值通常用0.2g；能够造成灾难的地震地面加速度可达到0.5g及以上。
3.4 响应频谱
地震大部分以其响应频谱的形式定义。响应频谱是由地震引起的单个机械振子对振子固有频率的响应。
由于与速度有关的物质加速度和位移的乘法法则，所有变量可以用单个曲线图表示。阻尼用作参数。
开始时，这种复合曲线图命名为“新马克曲线图”，但现在通常简称为响应频谱。附件1示出了按IEEEE标准993-1997所绘的响应频谱。
从响应频谱中可以看出，带有固定固有频率和阻尼的振子是怎样强烈地放大地面加速度的。这也可确定最大倍数因数。简单的准静态负载计算必须考虑这个最大倍数因数，因为除非知道GIS的固有频率，否则不能排除共振。
只有少数几个地区对地震进行合适的地震仪器记录，所以大多数情况下，对于某个地区无法绘制响应频谱。在这种情况下，必须参考现有的频谱。上面提到的落山矶响应频谱在IEEE标准中作为气体绝缘变电站的参考频谱，已成为标准频谱。如果GIS业主没有规定其它频谱，ABB一般使用IEEE的这个标准频谱作为参考。
可以对其它地面加速度的响应频谱的线性转化。
响应频谱代表了GIS要满足的最低要求，所以用文字表示常常指要求的响应频谱，或RRS。
为了进行分析，须将当地最大地震强度(按MM或ESM度量)定位于地面加速度。专家们关于此定位的意见差别很大。ABB按照位于苏黎士的
瑞士技术大学地震学院的公式定位加速度：
地面加速度=10(强度/3-0.5)[cm/s2]
3.5 单频率强度
如果GIS安装在地面以上的建筑物地面，施加在GIS上的地震强度取决于建筑物的机械传播特性。原则上，作为动态系统必须考虑建筑物。
我们可以假设，建筑物以其基础频率晃动；换句话说，其基础频率放大，所有其它激励频率大部分过滤掉了。
所以GIS实际上只遭受单频率的影响。这就导致出放大因数，其值比很大的宽带响应频谱的情况高约3倍。所以在建筑物上有相对较高的地震强度。
GIS单频率强度的技术规范，通常以正弦脉冲的形式表示，只有当安装地面真正高于地面水平时才做调整。对于在地面水平安装，这样高的要求没有多少技术意义，也不经济。
地震期间，猜测只出现单个频率，每种情况延续1到最多3个全波。所以，每个正弦脉冲规定多于5个周波是不现实和不经济的。
图2所示为时间函数的正弦脉冲曲线。
可能的情况下，用户应声明和说明建筑物的传导特性
4 分析抗震验证
4.1 机构支撑的选择
对于每个GIS必须满足抗震要求，结构支架的初步设计选择必须考虑壳体的热膨胀。所以在布置支撑和决定采用什么形式的结构，以及在确定结构支撑的尺寸时，必须考虑该因数。
通常，简单的静态设计公式就足够确定强度。这就必须将设备简化成质量集中的简单模式。保守地估计在此简化中所固有的不精确性导致计算趋于使结构尺寸过大。
可以进行结构刚性的优化，在ABB是用现代限定元件程序帮助进行的，设计解决动态问题。
借助于这些分析工具，通常可以设计地震情况下的GIS。
4.2 模型分析
只有在特别重要的情况下才必须进行设备特殊区段的模型分析。所选择的区段必须包括设备最受机械性威胁的元件。以经验和似乎合理的标准确定该重要元件。在可能补偿的地方，即在与设备其它连接薄弱的地点，设置区段的限制。
ABB使用限定元件程序来进行模型分析。
所有GIS元件都用机械上等价的管状元件做模型，而结构支撑由简单的杠杆来做模型进行抗震分析。计算机程序将这些元件简化成机械上等价的杆元件。限定元件通常在称为“节”的地方与其它元件牢固地连接在一起。但以节连接也可使滑动的轴承做模型。这样就可以逼真地模拟在支撑上的管形壳体的轴向滑动。
计算系统的固有频率达到约30Hz，再确定每个固有频率激励下的系统变形。这种称为模式的单个变形按随机法则叠加，获得每个元件的合成抗震负载。在绘图仪上可以画出变形结构的透视图。附件2给出了一个例子。
计算负载的结果参考了设备外壳的真实几何形状，这样由地震引起的每个管状和杠杆元件上最大机械强度就可确定了。
由于假定了GIS会在地震发生时处于操作状态，所以因操作温度上升，设备也会处于更高的气体压力下，以及因热膨胀产生的作用力。其它因素还有设备自重。这些静态负荷也由FE程序进行计算，并叠加在地震动态值上。
使用这种方法可以确定每个元件的最大机械强度。最终计算出的强度与可接受的值进行比较。
4.3 安全性
该计算的特点是进行了一系列保守的假定，即不是最优的重叠、低阻尼、材料强度都在最低极限等等。
安全陛和可靠性也依赖于该地区的相关最大地震强度这个事实，但这未必存在于GIS的整个寿命期。
设定另外一个安全因数没有必要也不经济。
5 抗震试验
由于GIS设备尺寸很大，没有必要进行全尺寸的抗震试验，推荐用通过分析确认合格的方法。
但象断路器这样复杂的设备操作要求只能通过试验来确认。所以ABB的ELKl4和ELK3型GIS多进行了适当的抗震试验。
为做这些试验，选择EIX3型(见图3)GIS的一个完整极和ELKl4(见图4)GIS的一个完整间隔。试验极的所有元件是从系列生产中选取的。
试验是在位于意大利Seriate的ISMES水利抗震实验室进行的。
这里的晃动台设备能够控制输入运动有自由6级。
试验序列包括在3个垂直方向的每个方向33Hz以下搜寻共振试验、带TRS(试验响应频谱)三轴时间历史试验，包络0.5g，O.75g和1.Og的ZPA(零阶段加速度)的RRS，断路器操作一个O-0.3s-CO15秒进入运行(在强烈的运动期间)以及在试品主要频率下在两个水平轴上0.5g幅度的正弦脉冲试验。按IEEE693-1997标准要求将垂直晃动设定在水平晃动的80%。
两个试品都进行了试验，全部合格达到以下水平：按IEEE标准693-1997很高的抗震性能(O.1gZPA)和0.5g的正弦脉冲试验。
这些试验也满足或超过IEC6227l-2，IEC68-2-57和IEC68-3-3的要求。
试品也用限定元件模型进行了分析，用详细的和标准的分模型对所有元件(断路器，开关，角件和连接件)进行构建。
计算结果证明了用于限定元件模型进行变电站分析的标准分模型库的准确性，这是用来验证变电站的GIS结构整体性的。
6 基础需要满足的要求
有可能时，整个GIS的基础应是单块结构。这是目前为止机械和经济上的最佳设计。
若因建筑原因，不可避免连接封头，须确定或至少预计基础各部分的相对运动。这个信息应包括在GIS应满足的抗震要求的技术规范中。
实际上GIS部分的相对运动会通过膨胀波纹管发生在连接封头的两侧。
若基础相互间隔几米的距离，在套管支撑结构和GIS建筑物基础的情况下，地面最好是石头的。在其它情况下，布置会非常重要或要进行费用昂贵的测量。
7 操作经验
ABB的ELK型GIS的抗震能力已在实际中由3台220kV的GIS设备所验证，这些设备经受了非常严重的地震：
·两台设备无损坏耐受了发生在1986年墨西哥城的特别剧烈的地震。图7所示是业主为此作证的证书。
·一台安装在那不勒斯附近的GIS，也无损坏耐受了1980年11月发生的强烈地震。也收到了客户对此的书面证明。
8 最终标记
上述GIS变电站的IEEE标准[1]说明了合同双方，即生产商和GIS业主在有关抗震能力方面合作决定和澄清所有问题的必要性。这包括回答有
关抗震要求的技术规范和带结构和基础的GIS设计。
ABB的ELK型GIS按此方法进行设计和测量已在不同的地震区域真实地证明了其优点。
附件1
按IEEE693-1997的地震响应频谱(要求的较高响应频谱)
变电站的抗震设计 lEEE693-1997
附件2
地震结果GIS结构的变形
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