Жоғары кернеулі ауадағы желілердің тірек құрылымдарының конструкциялық сипаттамалары қандай?

Электр энергиясын беру жүйесінің инженерлік негізі

Жоғары кернеулі ауадағы желілердің тірек құрылымдары өткізгіштерді электр станциялары арасындағы жүздеген метрден бастап ұлттық желілер бойынша мыңдаған километрге дейінгі аралықта ұстайды. Әрбір қалқа тірек құрылымы статикалық өткізгіш салмағына, динамикалық жел жүктемесіне, мұз жиналуына және қысқа тұйықталу оқиғалары кезіндегі электромагниттік күштерге шыдай алуы тиіс — барлығы да электр арқылы тұйықталуды болдырмау үшін қажетті аралықтарды сақтай отырып.

Дизайн кернеу деңгейі мен өткізгіш конфигурациясынан басталады, олар биіктікті және аралық құрылымның өлшемдерін анықтайды. 132 кВ екі бағытты электр беру торабының құрылымы 25–35 метр биіктікте орналасады. 400 кВ торабының құрылымы 40–55 метр биіктікке жетеді және кеңірек аралық құрылымдары болады. Әрбір қосымша метр құрылымдағы болат салмағын, фундаменттегі бетон көлемін және кран қуатының талаптарын арттырады — бұл барлық жобалық кезеңдер бойынша шығындарды көбейтеді.

Оңтүстік Америкадағы таулы аймақтар арқылы өтетін электр беру жобасында торлы құрылымдарды 15 градустан асатын еңістерде қолданылатын тығыз дельта-конфигурациялық құрылымдармен алмастырды. Тарырақ база ауданы тікелей бетон автокөлігінің жетуі жобаның ең үлкен логистикалық қиындығы болған тік жерлерде фундаменттің қазылу көлемін шамамен 40% азайтты.

Құрылымдық дизайн талаптары

Торлы құрылым геометриясы

Lattice қалқа бұл құрылымдар бұрыштық болаттан жасалған және болтты қосылыстармен біріктірілген, олар осьтік созылу мен сығылу арқылы жүктемелерді шешетін фермалық жүйелерді құрайды, ал иілу арқылы емес. Бұл тең қуатты түтікті бағандарға қарағанда болат салмағын 30–50% азайтады.

Дене квадраттық немесе тіктөртбұрышты қимаға ие болып, енсіз табаннан тар шыңға қарай жуандығы азаяды. Аспалы құрылымдар үшін табан ені мен биіктігінің қатынасы 1:6–1:8, ал бұрыштық құрылымдар үшін — 1:4–1:5, себебі бағытты өзгерту нүктелерінде төңкеруші момент әлдеқайда жоғары болады. Элементтердің өлшемі IEC 60826 стандартындағы жүктеу критерийлеріне сәйкес, 50 жылға бір рет кездесетін жел деректерін пайдаланып анықталады. Құйынды аймақтарда орналасқан құрылымдар 200 км/сағ-тан жоғары жел жылдамдығына шыдайтындай етіп жобаланады.

Негіз жобасы

Негіздің түрі геотехникалық жағдайларға байланысты. Жеткілікті топырақта (тірек қабілеті 200 кПа-дан жоғары) таратқыш табандар қолданылады. Егер беткі қабат топырағы құмды немесе сазды болса, жүктер терең қабаттарға тасымалдану үшін тірек тіректері қолданылады. Тасты негізде құрылымның тірегі тікелей тау жынысына бекітіледі — бұл құрылымдың тау жынысы 1–2 метр тереңдікте орналасқан жағдайда ең тиімді нұсқа болып табылады.

Көтерілу кедергісі жиі қысымдық тірекке қарағанда конструкцияның жобасын анықтайды. Өткізгіш аралықтарына перпендикуляр бағыттағы жел құрылымның өлі салмағынан асатын көтеруші күштерді желге қарсы жағында туғызады. Негіздер бұл циклдық күштерді ондаған жылдар бойы тұрақты тартылу (шығу) процесінсіз, яғни башқа тірек иілуі мен фаза-жер арасындағы қашықтықтың қауіпсіздік шектерінен төмендеуінсіз, қарсы тұрады.

Материалдар және коррозиядан қорғау

Құрылымдық болат ASTM A36 немесе S355JR стандарттарына сай келеді; көп жүктемелі элементтерде жоғары беріктікті болат маркалары таңдалған түрде қолданылады. ISO 1461 стандартына сәйкес ыстық батырма гальванизациясы негізгі коррозиядан қорғауды қамтамасыз етеді; 6 мм-ден астам қалыңдықтағы бөліктер үшін қабықшаның минималды қалыңдығы 85 мкм болады. Тұзды суға дейінгі қашықтық 5 км-ден аспайтын теңіз жағалауындағы орнатулар үшін қабықшаның қалыңдығы 100–140 мкм немесе қосымша бояу жүйелері қажет.

Электрлік жобалау талаптары

Изоляцияның координациясы

Фаза-жер аралығындағы аралық башня терезесінің өлшемдерін анықтайды. Айырылу кернеуінің коэффициенті — 245 кВ-тан жоғары жүйелер үшін әдетте 2,0–2,5 бірлік — ең жоғары жүйелік кернеуге көбейтіледі және осы кернеу ауадағы минималды аралықты анықтайды, яғни электр қосылысының пайда болуын болдырмау үшін қажетті аралық. Изоляциялық координацияның негізін IEC 60071 стандарты қамтиды.

Қорғаныс сымдарын орналастыру аймақта жылына шаршы километріне 10-нан астам молния соғысы болған жағдайда вертикальдан 30 градусқа немесе одан кем қорғаныс бұрышын қамтамасыз етеді; бұл молния соғысы фазалық өткізгіштерге емес, жерленген қорғаныс сымдарына түсуін қамтамасыз етеді.

Өткізгіштердің орналасуы мен топтастырылуы

220 кВ-тан жоғары кернеулерде екі, үш немесе төрт ішкі өткізгіштен тұратын топталған өткізгіштер қолданылады; бұл ішкі өткізгіштер 30–60 метр интервалмен аралықтармен бөлінеді. Топтастыру электр өрісінің градиентін корона пайда болу порогынан төмендетеді, ал бұл дыбыстық шу, радиожиіліктік кедергілер мен иондалу энергиясының шығындарын тудырады. Градиентті төмендету үшін ішкі өткізгіштердің арасындағы аралық 400–500 мм болуы оптималды, бірақ ішкі аралықта тербелістердің пайда болу қаупін туғызбайды.

Жерге қосу жүйесі

Мұнара табанының жерге қосылу кедергісі 10 Ом-нан төмен болуы керек, бірақ жоғары кедергілі топырақта ол 20–25 Ом-ға дейін рұқсат етіледі. Әрбір аяқтан радиалды түрде жерге тигізілген контур сымдары вертикаль стерженьдердің ғана көмегімен қойылған мақсатқа жетуге мүмкіндік бермеген жағдайда кедергіні төмендетеді. Жерлеу жүйесі жанасу немесе қадамдық потенциалдар IEC 60479 стандартында белгіленген қауіпсіздік шектерінен аспайтындай етіп, 20–50 кА шамасындағы найзағай токтарын өткізеді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Асылма және бұрыштық электр беру мұнараларының айырмашылығы неде?

Асылма мұнаралар өткізгіштерді түзусызықты бөліктер бойынша вертикаль бағытта ұстайды және негізінен вертикаль жүктемелерді қабылдайды. Бұрыштық мұнаралар өткізгіштерді бағыт өзгерісінде бекітеді және толық горизонталь өткізгіш керілуін қабылдайды. Олар ауырлау элементтерден, кеңірек табандардан және ірірек фундаменттерден жасалады. Желілер ұзындығының 80–90%-ын асылма мұнаралар, ал бағыт өзгерісі орындарында бұрыштық мұнаралар қолданылады.

Электр беру мұнараларының биіктігі қалай анықталады?

Ең жоғары жұмыс температурасында өткізгіштің жерден биіктігі — жылулық кеңею нәтижесінде ең үлкен саңырау туған кезде — минималды биіктікті анықтайды. Изоляторлық шығыршықтың ұзындығын, көпіршіктің тереңдігін және қорғаныш сымның ең жоғары нүктесін қосқанда жалпы биіктік шығады. Жер бетінің рельефі төмен құрылымдық профильдегі нүктелерде, аңғарлар мен жолдардың үстінен өткен кезде өткізгіштің жерден биіктігін сақтау үшін биік құрылымдарды талап етеді.

Ауысымдық бағандар қандай жел жылдамдығын көтеруі керек?

Жобалау жел жылдамдығы қорғалған ішкі аймақтар үшін 120 км/сағ-тан бастап тропикалық циклонды аймақтар үшін 250 км/сағ-тан астамға дейін ауытқиды. IEC 60826 стандарты жер бетінің тегістігін санаттайды және жел қысымын есептеуге арналған әдістерді ұсынады. Liaoning Sinotech Group сияқты өндірушілер аймақтың белгілі бір жел белдеуі талаптарына сай жобаланған бағандарды ұсынады.

Неге жоғары кернеу ауысымдары үшін торлы бағандар цилиндрлі бағандарға қарағанда қалайытырылады?

Көпбұрышты башқыштар қосылыс конфигурациялары жүктемелерді иілу моменттері емес, осьтік күштерге айналдыратындықтан, 30–50% кем болат қолданады. Салмағының төмендеуі материал мен негізгі құрылымдардың құнын азайтады. Болтты қосылыстар компактты, шашыраңқы тасымалдауға мүмкіндік береді — 40 башқыштың бұрыштық болаты 8–10 эквивалентті түтікті баған бөлігін ғана ығыстыратын контейнерлерде жеткізіледі.

Ауыспалы тірек башқыштары қалың мұз жиналуын қалай шешеді?

Мұз жиналуы өткізгіштің әр метріне 2–10 кг салмақ қосады, бұл жалпы жүктемені 3–8 есе көбейтеді. Жобалау мұздалған өткізгіштің салмағы мен кеміген жел жүктемесін ескере отырып жасалады — дауылдар әдетте ең жоғары жел жылдамдығымен бір уақытта болмайды. Симметриялы емес мұз түсуі бұрышты башқыштардың қарсы тұруы керек болатын бойлық тепе-теңдіксіз жүктемелер туғызады.

Дұрыс жобаланған ауыспалы тірек башқышының пайдалану мерзімі қандай?

Цинктелген торлы болат бағаналар кезекті тексерулермен 50–70 жылға созылатын пайдалану мерзіміне ие болады. Цинктелу қабаты жұқарып кететін болтты қосылыстардағы коррозия – бұл бағаналардың пайдалану мерзімін шектейтін негізгі фактор. Жоспарлы жөндеу кезінде жеке бұрышты элементтерді ауыстыру бағаналардың пайдалану мерзімін 80 жылдан асады, осылайша торлы бағаналар электр желісінің ең тұрақты инфрақұрылымдық активтерінің бірі болып табылады.