Kuidas kujundada tornid, mis sobiksid kõrgpinge ülekandeliinidega?

Pingejuhitud kujunduspiirangud edastustornidele

Tuul, jäi ja elektromagnetiline koormus 230 kV ja kõrgemal

Kui tegemist on 230 kV või suuremate pingeateguritega, siis transmissioonimastid kohtuvad keeruliste keskkonnamõjudega, mis ei suurene lihtsalt proportsionaalselt pingetega. Halva ilma tingimustes võib tuulekoormus ületada 50 naelu ruutjalapeal, mistõttu külgtuged vajavad tugevat tugevdust. See kehtib eriti trelltüüpi mastide kohta, kus suurim pinge koguneb jalge ühenduspunktidesse ja juhtmete kinnituskohadesse. Jääkogunemine kujutab endast veel ühte suurt väljakutset. Kui juhtmetele koguneb umbes kahe tolli paksune jääkiht, kolmikneb nende kaal, lootes süsteemi ebavõrdsed pingeolud ja keerduvad jõud, mida insenerid näha ei soovi. Samal ajal tekitavad veovoolud, mis liiguvad üle 40 kA kiirusega, võimsaid elektromagnetilisi jõude, mis põhjustavad juhtmete vägivaldset löömist, mõnikord isegi ohtlike resonantside teket mastis endas. Kuna need erinevad koormustegurid nii täielikult kattuvad, loovad insenerid palju finite element analüüsi, et mõista, kuidas kõik koos toimib. Näiteks 400 kV süsteemides vajavad trellmastid tavaliselt 20–30 protsenti tugevamat tugisüsteemi võrreldes monopoodidega, mis on sarnastes oludes.

Vaheldus- ja leketeepikkuse vastavus (IEC 61936 / IEEE 1243)

Vajadus elektrilise isoleerimuse järele kasvab palju suuremaks, kui pinge tõuseb. Standardite nagu IEC 61936 ja IEEE 1243 kohaselt suureneb vajalik vahe faaside ja maa vahel oluliselt. 230 kV süsteemides on vaja vähemalt 2,3 meetrit ruumi, kuid see tõuseb 3,6 meetrini, kui töötab 345 kV tasemel. Need arvud mõjutavad otseselt seda, kui kõrgeid tuleb ehitada transmissioonitornid ja kui kaugel nende ristkiivid peavad asetsema. Isolatsioonikettide ahelad pakuvad veel ühte väljakutset, kuna nende libisepikkused tuleb samuti suurendada. Polümeerist isolatorite puhul räägime umbes 25 mm lohist tekitava pingekilo voolu kohta saastunud aladel, et vältida tüütuid pinnakaudseid läbitorkamisi. Kui ruum muutub kitsaks, pöörduvad insenerid sageli V-kujuliste konfiguratsioonide poole isolatorites. Kuid on veel üks püsiv probleem, mis pidevalt tagasi tuleb: saastumine. Soolasudu või tööstusliku jäägi akumuleerumine võib mõnel juhul lühikest pingelangust ligi poole võrra vähendada. Seetõttu on regulaarsed puhastusgraafikud täiesti vältimatud piirkondades, kus need saasteained kogunevad aja jooksul.

Torni tüübi valik: sobiv struktuurivorm funktsioonile ja keskkonnale

Funktsionaalsed rollid: ophanging, pinge, ümberlülitus ja ristumistornid

Võimsusülekandetornide tööpõhimõte määrab nende füüsilise kujunduse ja ehituse. Pehitustornid hoiavad elektrijuhtmeid sirgelt ülespoole pikadest isolaatorite ridadest, mida me tavaliselt näeme neist alla ripuvat, mistõttu on need levinud paigad sirgetel võmsahtlite lõikudel. Kui marsruut peab muutma suunda või ületama jõe, tulevad kasutusele pingeeritornid. Need on ehitatud eriti suuremate koormuste talumiseks juhul, kui ühele poole liini mõjub suurem surve kui teisele. On olemas ka transpositsioonitornid, mis keeravad kolme faasi asukohta ümber, et säilitada tasakaal tuhandete kilomeetrite ulatuses. Lisaks on olemas ületustornid, mis lihtsalt tõstavad juhtmeid piisavalt kõrgelt, et need läbiksid teid, raudteid või mägede. Vale tüüpi torni kasutamine valel kohal võib olla ohtlik. Kujutlege et tavaline pehitustorn asetatakse terava nurga juurde siis, kui seal peaks olema pigem pingeeritorn. Tormide või tugeva tuule ajal võib see viga viia kiiresti tervikliku võrgusüsteemi katkemiseni.

Materjalide ja vormide kompromissid: raamistik vs. torupiigid vs. monopood 400 kV+ liinide jaoks

Valik tasakaalustab jõudlust, logistikut ja keskkonda:

• Raamtorud , mis on ehitatud sinkitud terasest nurkadest, pakkuvad suurepärase tugevuse-kaalu suhte ja modulaarse ulatuvuse – neist saab seetõttu vaikimisi valikuks 400 kV+ projektidele, kus nõutakse maksimaalset koormuskandevõimet ja seisilise vastupidavust. Nende kolmnurkne geomeetria hajutab efektiivselt dünaamilist energiat, eriti maavärinate ohustatud tsoonides.
• Toruterastooted põhjustavad väiksemat visuaalset mõju ja vajavad väiksemat ala, lisaks piiritlevad suletud sektsioonid korrosiooni teket. Siiski piiravad transpordipiirangud praktilisi kõrgusi ülikiirenduslikel rakendustel.
• Monopoodid , kuigi need on kiiremini paigaldatavad ja kasutavad vähem maad, kaasnevad suurenenud materjalikuludega üle 230 kV. Nende tahke seinakonstruktsioon tagab suurepärase vastupidavuse asümmeetrilisele jääkoormusele – eriti eeliseks Alpi mägedes.

Põhilised konstruktsiooniosad ja koormusrada terviklikkus elektriliinide tornides

Võistult aluseni: veenduge jõu pidevas ülekandes häiringute korral

Nende süsteemide struktuuriline tugevus sõltub pidevast koormuse edasiandmisest, mis algab juhtmete kinnitustest, liigub ristkiirtel, mööda torni keha ja jõuab lõpuks aluseini. Need ristkiired vastuvõtavad erinevaid jõudusid, nagu tuulekoormus, jääkogunemine ja elektromagnetilised mõjud, enne kui edastavad need peamisele kandvale raamile. Võretornide puhul toimub koormuse ülekandmine kas kinnikeeratud või keevitatud ühenduste kaudu, millel peab olema sisseehitatud varuosad, et vältida venitusprobleeme. Toru- ja monopoodkonstruktsioonid töötavad teisiti, tuginedes pigem tugevatele flantsiühendustele osade vahel ning sisemistele jäikustajatele toeks. Milliseid siis aluseid ka kasutataks – kas need on otse maasse settitud või ehitatud rešmikonstruktsiooniga – peavad nad suudma taluda äkki tekkevaid koormuse tõususid umbes 2,5 korda tavapärasest tasemest juhtumite korral, näiteks juhtmete ootamatul katkemisel, nagu seda nõuab IEC 61936:2020 standard. Lõplike elementide analüüs aitab inseneridel näha, kuidas pinge levib kõigi komponentide vahel, eesmärgiga elimineerida süsteemi ühe punkti läbipõrge. Olulised tegurid, mida kontrollida verifitseerimisprotsesside käigus, hõlmavad tavaliselt...

Kõrge dukt-susega terased (nt S460ML+) tagavad plastilise deformeerumise hapra murru asemel ülekoormuse korral. Korrosioonikindlad pinnakatted ühenduspunktides—kinnitatud rannikualadele või keemiliselt agressiivsetele kohtadele sobivuseks—hoitakse kogu kasutusaja jooksul, et säilitada koormusraja pidevus.

Mehaanilise tugevuse kinnitus ja vastavus kõrgpinge tornisüsteemide puhul

Struktuurilise valideerimise puhul järgivad insenerid hästi kinnistunud rahvusvahelisi standardeid, nagu IEC 60652 üleliidete mehaanilise testimise kohta ja ASCE 10-15, mis käsitleb spetsiifiliselt terasest edastusmastide projekteerimist. Täieliku mastaabiga testide käigus pannakse prototüübid läbi simuleeritud tingimustega, sealhulgas tuulekiirustega kuni 150 kilomeetrit tunnis, erinevate vertikaalkoormustega – nii püsikoormuse kui ka aktiivsete koormustega – ning olukordadega, kus juhtmed katkevad ootamatult. Need testid imiteerivad kõige äärmuslikumaid mehaanilisi koormusi, mis võivad reaalsetes olukordades tekkida. Selleks et kontrollida, kuidas jõud struktuuri kaudu liiguvad, mõõdetakse kalibreeritud koormusrakkudega rõhkupunkte, samal ajal kui teodoliidid jälgivad liikumist või nihe ristkiirtelt kuni alusankrini. Pärast sertifitseerimist saadud tulemus ei ole mitte ainult kinnitus sellest, et kõik vastab eeskirjadele, vaid näitab tegelikult ohutusmarge, mis ületavad operatsiooniliselt nõutavaid väärtusi 25–40%. See selline hoolikus on tähtis, sest kui midagi läheb valesti üle 400 kilovolti kõrgpingevõrkudes, võib üksainus rike kriitilises punktis põhjustada probleeme, mis ulatuvad mitme piirkonna ja jurisdiktsiooni vahel.

KKK-d

Miks on lõplike elementide analüüs tähtis kõrgepingeliinide tornide puhul?

Lõplike elementide analüüs on oluline, kuna aitab inseneridel mõista, kuidas erinevad koormustegurid, nagu tuul, jää ja elektromagnetilised jõud, omavahel toimivad, võimaldades optimeerida torni konstruktsiooni ja tugevdusi.

Mis on peamised erinevused raamistusega tornide ja monopoodide disainide vahel?

Raamistusega tornid pakuvad suurepärast tugevuse ja kaalu suhet, mis on ideaalne suurte võimsusnõudmiste projektide jaoks, samas kui monopoodid on lihtsamini paigaldatavad ja nõuavad vähem maad, kuid nende kulud kasvavad üle 230 kV, pakkudes hea vastupanu jääkoormusele.

Kuidas mõjutavad vastavusstandardid transmissioonitornde disaini?

Vastavusstandardid määravad vajaliku vaheläbimõõdu, libisemisvahe ja koormustaluvuse ohutuks tööks, mõjutades materjalivalikut, torni mõõtmeid ja üldkonstruktsiooni keskkonna- ja eksploatastioonikoormuste talumiseks.