उच्च-वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइनों के मेल के लिए टावरों का डिज़ाइन कैसे करें?

ट्रांसमिशन टावरों के लिए वोल्टेज-आधारित डिज़ाइन प्रतिबंध

230 kV और उससे ऊपर पवन, बर्फ और विद्युत चुम्बकीय भार

230 kV या उच्चतर वोल्टेज से निपटते समय, ट्रांसमिशन टावरों को ऐसे जटिल पर्यावरणीय तनावों का सामना करना पड़ता है जो केवल वोल्टेज स्तर के अनुपात में बढ़ते नहीं हैं। खराब मौसम की घटनाओं के दौरान, हवा का दबाव प्रति वर्ग फुट 50 पाउंड से अधिक तक पहुँच सकता है, जिसका अर्थ है कि पार्श्व समर्थन को गंभीर ढंग से मजबूत करने की आवश्यकता होती है। यह विशेष रूप से जाली शैली के टावरों के लिए सत्य है, जहाँ अधिकतम तनाव उन बिंदुओं पर बनता है जहाँ पैर जुड़े होते हैं और जहाँ चालक जुड़े होते हैं। बर्फ का जमाव एक अन्य प्रमुख चुनौती भी प्रस्तुत करता है। जब चालकों पर लगभग दो इंच मोटी बर्फ जम जाती है, तो उनका वजन तिगुना हो जाता है, जिससे पूरे तंत्र में असमान तनाव उत्पन्न होता है और मुड़ने वाले बल उत्पन्न होते हैं जिन्हें इंजीनियर देखना पसंद नहीं करते। इसी समय, जब त्रुटि धाराएँ 40 kA से अधिक दर से लाइनों के माध्यम से गुजरती हैं, तो वे शक्तिशाली विद्युत चुम्बकीय बल उत्पन्न करती हैं जिससे चालक हिंसक ढंग से झपट्टा मारते हैं, कभी-कभी टावर में स्वयं खतरनाक अनुनाद उत्पन्न करते हैं। चूंकि ये विभिन्न तनाव कारक इतने पूरी तरह से ओवरलैप करते हैं, इंजीनियर समझने के लिए परिमित तत्व विश्लेषण पर भारी निर्भरता रखते हैं कि सब कुछ एक साथ कैसे काम करता है। उदाहरण के लिए, 400 kV प्रणालियों में, जाली टावरों को आमतौर पर ब्रेसिंग की 20 से 30 प्रतिशत तक अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है, जो समान परिस्थितियों का सामना करने वाले मोनोपोल डिज़ाइन की तुलना में होती है।

क्लीयरेंस और क्रीपेज दूरी अनुपालन (IEC 61936 / IEEE 1243)

वोल्टेज बढ़ने के साथ विद्युत अलगाव की आवश्यकता बहुत अधिक मांगने वाली हो जाती है। IEC 61936 और IEEE 1243 जैसे मानकों के अनुसार, चरणों और भूमि के बीच आवश्यक दूरी भी काफी अधिक बढ़ जाती है। 230 kV पर प्रणालियों को कम से कम 2.3 मीटर की जगह की आवश्यकता होती है, लेकिन 345 kV के स्तर पर संचालित होने पर यह बढ़कर 3.6 मीटर हो जाती है। ये संख्याएँ सीधे तौर पर इस बात को प्रभावित करती हैं कि संचरण टावरों को कितनी ऊँचाई पर बनाया जाए और उनकी धरनों को कितनी दूरी पर रखा जाए। इन्सुलेटर डोरियाँ एक अन्य चुनौती प्रस्तुत करती हैं क्योंकि उनकी रिसाव दूरी को भी बढ़ाया जाना चाहिए। विशेष रूप से पॉलिमर इन्सुलेटर्स के लिए, प्रदूषण वाले क्षेत्रों में उन झंझटपूर्ण सतह ट्रैकिंग समस्याओं को रोकने के लिए हमें प्रति किलोवोल्ट लगभग 25 मिमी की आवश्यकता होती है। जब जगह सीमित हो जाती है, तो इंजीनियर अक्सर इन्सुलेटर्स के लिए V-डोरी विन्यास का सहारा लेते हैं। लेकिन एक अन्य लगातार रहने वाली समस्या यह है: दूषण। नमकीन कोहरा या औद्योगिक अवशेषों का जमाव कुछ मामलों में फ्लैशओवर वोल्टेज को लगभग आधा कम कर सकता है। इसीलिए उन क्षेत्रों में नियमित सफाई कार्यक्रम बिल्कुल आवश्यक हो जाते हैं जहाँ ये दूषक समय के साथ जमा होने की प्रवृत्ति रखते हैं।

टावर प्रकार चयन: संरचनात्मक रूप को कार्य और वातावरण के अनुरूप बनाना

कार्यात्मक भूमिकाएँ: निलंबन, तनाव, प्रतिस्थापन और पारगमन टावर

पावर ट्रांसमिशन टावरों के काम करने के तरीके उनके भौतिक आकार और निर्माण को निर्धारित करते हैं। सस्पेंशन टावर उन लंबी इंसुलेटर डोरियों के माध्यम से बिजली के तारों को सीधे ऊपर रखते हैं, जिन्हें हम अक्सर उनसे लटकते देखते हैं, जिससे वे बिजली लाइनों के सीधे खंडों के साथ-साथ आम दृश्य बन जाते हैं। जब मार्ग बदलने की आवश्यकता होती है या नदियों को पार करना होता है, तो तनाव टावर (टेंशन टावर) का उपयोग किया जाता है। इन्हें विशेष रूप से तब की विशाल बलों को संभालने के लिए बनाया जाता है जब लाइन के एक तरफ का खिंचाव दूसरी तरफ से अधिक होता है। ट्रांसपोजिशन टावर भी होते हैं जो लाइन में तीनों चरणों की स्थिति को मोड़ देते हैं ताकि सैकड़ों मील तक सब कुछ संतुलित रहे। और फिर क्रॉसिंग टावर होते हैं जो केवल तारों को इतना ऊंचा उठाते हैं कि वे सड़कों, रेलवे या पहाड़ियों को पार कर सकें। गलत जगह पर गलत प्रकार के टावर का उपयोग करना खतरनाक हो सकता है। कल्पना कीजिए कि एक तीखे मोड़ पर जहां टेंशन टावर होना चाहिए, वहां एक सामान्य सस्पेंशन टावर लगा दिया गया हो। तूफान या तेज हवाओं के दौरान, ऐसा गलत मिलान पूरे ग्रिड सिस्टम में तेजी से विफलता फैला सकता है।

सामग्री और आकार के बीच समझौते: 400 kV+ लाइनों के लिए जाली, नलीदार और मोनोपोल के बीच

चयन प्रदर्शन, रसद और पर्यावरण के बीच संतुलन करता है:

• जालीदार टावर , गैल्वेनाइज्ड स्टील कोणों से निर्मित, भार-से-वजन अनुपात और मॉड्यूलर स्केलेबिलिटी में उत्कृष्टता प्रदान करते हैं—जो अधिकतम भार क्षमता और भूकंपीय लचीलेपन की आवश्यकता वाली 400 kV+ परियोजनाओं के लिए डिफ़ॉल्ट बनाता है। उनकी त्रिकोणीय ज्यामिति गतिशील ऊर्जा को प्रभावी ढंग से विखेर देती है, विशेष रूप से भूकंप-प्रवण क्षेत्रों में।
• नलीदार स्टील पोल कम दृश्य प्रभाव और छोटे आधार क्षेत्र प्रदान करते हैं, जिसमें सीलबंद खंड जंग लगने के संपर्क को सीमित करते हैं। हालाँकि, परिवहन सीमाएँ अति-उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए व्यावहारिक ऊँचाई को सीमित कर देती हैं।
• Monopoles , हालांकि स्थापना में तेज और भूमि के उपयोग में कम, 230 kV से अधिक जाने पर उच्च सामग्री लागत वृद्धि का सामना करते हैं। उनकी ठोस-दीवार निर्माण असममित बर्फ भार के खिलाफ उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदान करता है—विशेष रूप से अल्पाइन भूभाग में लाभकारी।

ट्रांसमिशन टावरों में मुख्य संरचनात्मक घटक और भार पथ अखंडता

क्रॉस आर्म से फाउंडेशन तक: दोष की स्थिति के तहत निरंतर बल स्थानांतरण सुनिश्चित करना

इन प्रणालियों की संरचनात्मक शक्ति चालक संलग्नकों से शुरू होकर अनुप्रस्थ भुजाओं के माध्यम से, टावर धड़ के अनुदिश और अंततः आधार तक पहुँचने वाले निरंतर भार स्थानांतरण पर निर्भर करती है। इन अनुप्रस्थ भुजाओं पर बहुविध बल जैसे वायु दबाव, बर्फ का जमाव, और विद्युत चुम्बकीय प्रभाव आदि पड़ते हैं, जिन्हें बाद में मुख्य संरचनात्मक फ्रेम में स्थानांतरित कर दिया जाता है। विशेष रूप से जाली टावरों के लिए, भार पथ या तो बोल्टेड या वेल्डेड जोड़ों के माध्यम से होता है, जिनमें लचीलापन होना आवश्यक है ताकि लचीलेपन (buckling) की समस्याओं को रोका जा सके। नलिका और मोनोपोल डिज़ाइन भागों के बीच मजबूत फ्लैंज कनेक्शनों और सहायता के लिए आंतरिक स्टिफनरों पर निर्भर करके अलग तरीके से काम करते हैं। आधारों के मामले में, चाहे वे सीधे भूमि में अंतःस्थापित हों या ग्रिलेज प्रणालियों के साथ निर्मित हों, उन्हें IEC 61936:2020 द्वारा निर्धारित उद्योग मानकों के अनुसार अचानक चालकों के अप्रत्याशित रूप से टूटने जैसी घटनाओं के दौरान सामान्य स्तर से लगभग 2.5 गुना भार वृद्धि का सामना करना पड़ता है। परिमित अवयव विश्लेषण (फाइनाइट एलिमेंट एनालिसिस) इंजीनियरों को सभी घटकों में तनाव के वितरण को देखने में सहायता करता है, जिसका उद्देश्य प्रणाली के किसी एक बिंदु पर विफलता की संभावना को खत्म करना होता है। सत्यापन प्रक्रियाओं के दौरान जाँच के लिए महत्वपूर्ण कारकों में आमतौर पर शामिल होते हैं...

उच्च-तन्यता वाले इस्पात (जैसे, S460ML+) अतिभार के तहत भंगुर तिरोधान के बजाय प्लास्टिक विरूपण सुनिश्चित करते हैं। संयोजन बिंदुओं पर संक्षारण-प्रतिरोधी लेप—तटीय या रासायनिक रूप से आक्रामक स्थलों के लिए मान्य किए गए—सेवा जीवन के दौरान लोड-पथ निरंतरता बनाए रखने के लिए बनाए रखे जाते हैं।

उच्च-वोल्टेज टावर सिस्टम के लिए यांत्रिक सामर्थ्य सत्यापन और अनुपालन

संरचनात्मक मूल्यांकन के मामले में, इंजीनियर ओवरहेड लाइन घटकों के यांत्रिक परीक्षण हेतु IEC 60652 और स्टील ट्रांसमिशन टावर डिज़ाइन से संबंधित ASCE 10-15 जैसे अच्छी तरह से स्थापित अंतरराष्ट्रीय मानकों का पालन करते हैं। पूर्ण पैमाने पर परीक्षण के दौरान, प्रोटोटाइप को 150 किलोमीटर प्रति घंटे तक की हवा की गति, विभिन्न ऊर्ध्वाधर भार (मृत भार और सक्रिय भार दोनों), और अप्रत्याशित तार टूटने की स्थितियों सहित अनुकरणित परिस्थितियों के माध्यम से परखा जाता है। ये परीक्षण उन सभी चरम यांत्रिक तनावों की नकल करते हैं जो वास्तविक जीवन की स्थितियों में हो सकते हैं। संरचना के माध्यम से बलों के प्रवाह की जाँच करने के लिए, प्रतिबल बिंदुओं को मापने के लिए कैलिब्रेटेड लोड सेल का उपयोग किया जाता है, जबकि थियोडोलाइट्स क्रॉस आर्म्स से लेकर फाउंडेशन एंकर्स तक किसी भी गति या विस्थापन को ट्रैक करते हैं। प्रमाणन के बाद हम जो पाते हैं, वह केवल यह साबित करना नहीं है कि सब कुछ नियमों को पूरा करता है, बल्कि यह भी दर्शाता है कि सुरक्षा सीमाएँ ऑपरेशनल आवश्यकताओं से 25% से 40% तक अधिक हैं। इस तरह की व्यापकता वास्तव में महत्वपूर्ण है क्योंकि 400 किलोवोल्ट से अधिक के उच्च वोल्टेज नेटवर्क में जब कहीं गड़बड़ होती है, तो एक महत्वपूर्ण बिंदु पर एक विफलता कई क्षेत्रों और अधिकार क्षेत्रों में समस्याएँ पैदा कर सकती है।

पूछे जाने वाले प्रश्न

उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन टावरों के लिए परिमित तत्व विश्लेषण क्यों महत्वपूर्ण है?

परिमित तत्व विश्लेषण महत्वपूर्ण है क्योंकि यह इंजीनियरों को हवा, बर्फ और विद्युत चुम्बकीय बल जैसे विभिन्न तनाव कारकों के पारस्परिक प्रभाव को समझने में सहायता करता है, जिससे टावर के डिज़ाइन और पुनर्बलन में अनुकूलन संभव होता है।

लैटिस टावरों और मोनोपोल डिज़ाइनों के बीच मुख्य अंतर क्या हैं?

लैटिस टावर उच्च-क्षमता वाले प्रोजेक्ट्स के लिए आदर्श मजबूती-से-वजन अनुपात प्रदान करते हैं, जबकि मोनोपोल्स की स्थापना आसान होती है और भूमि की कम आवश्यकता होती है, लेकिन 230 kV से अधिक पर उनकी लागत अधिक होती है तथा बर्फ के भार के खिलाफ अच्छा प्रतिरोध प्रदान करते हैं।

अनुपालन मानक ट्रांसमिशन टावर डिज़ाइन को कैसे प्रभावित करते हैं?

अनुपालन मानक सुरक्षित संचालन के लिए आवश्यक क्लीयरेंस, क्रीपेज दूरी और भार क्षमताओं को निर्धारित करते हैं, जिसका प्रभाव पर्यावरणीय और संचालन संबंधी तनावों को संभालने के लिए सामग्री के चयन, टावर के आयामों और समग्र डिज़ाइन पर पड़ता है।