Қуаттық ұяшықтарының көтеретін салмағы талабы қандай?

Электр берілетін құрылыстарға әсер ететін негізгі конструкциялық жүктемелер

Ауырлық күшінің жүктемелері: Өткізгіштің салмағы, қосымша құрылғылар және құрылыстың өзінің салмағы

Ауысым құрылыстарындағы ауырлық күші немесе өлі жүктемелерге өткізгіштердің, изоляторлардың, әртүрлі техникалық компоненттердің салмағы, сонымен қатар өзі құрылыстың салмағы жатады. Бұл тұрақты төмен қарай бағытталған күштер әдетте осы құрылыстар үшін инженерлердің қалыпты жұмыс істеу жүктемелері ретінде қабылдайтын шаманың 60–70 пайызын құрайды. Бастапқы дизайн жұмыстары кезінде нақты салмақтар мен материалдардың қасиеттерін дұрыс анықтау өте маңызды, өйткені бұл жерде жіберілген қателер кейіннен материалдардың бавыршақтай иілуі, негіздің отырып кетуі немесе компоненттердің күтілгендей емес тез тозуы сияқты проблемаларға әкелуі мүмкін. Дизайнерлер бұл негізгі салмақтарды аз бағаласа, кейіннен ауа-райына байланысты кернеулер де қосылған кезде ауыр мәселелер туындайды.

Боксальды жүктемелер: жел қысымы, динамикалық жел тұмсықтары және вихрлардың ажырау әсері

Күшті желдер башнялар мен олардың тірек кабельдеріне маңызды көлденең қысым тудырады. Қатты желдің қалқып келуі кенеттен пайда болатын қысым шыңдарын туғызады, ал желдің құрылымдық элементтердің айналасынан ағуы «вортикс сединг» (айналмалы ағыс) деп аталатын құбылысты тудырады. Бұл тербелмелі үлгі ғимараттарды олардың табиғи жиіліктерінде тербеліске ұшыратады, нәтижесінде қайталанатын кернеу циклдарынан уақыт өте келе трещиналар пайда болады. ASCE 7-22 стандарттарына сәйкес, желді аймақтарда салынатын кез келген құрылыс 50 жылда бір рет кездесетін дауылдың шарттарын шыдай алуы керек. Крест тірек қосымша функция емес — бұл жүктемені дұрыс тарату үшін міндетті талап. Бұл крест тіректерсіз жел күштері бақыланбай қосылыстарды көп ұзамай тозытып, соңында барлық құрылымның тұрақтылығын қамтамасыз ете алмайды.

Экологиялық күшейту: Мұз жиналуы және оның сызықты емес жүктеме көбейтуі

Электр желілерінде мұз қалыптасқан кезде әдеттегі ауырлық күштері мен жел қысымы айтарлықтай проблемаларға айналады, оларды есептеу оңай емес. Өткізгіштің айналасында 1 см мұз қалыптасуы оның салмағын метріне шамамен 15 килограммға арттырады және желге ұшырайтын беттің ауданын шамамен 30 пайызға кеңейтеді. Бұл комбинация кейбір қысқы дауыл жағдайларында желінің механикалық тұрғыдан көтеруі тиіс күшті нақты үш есе арттыруы мүмкін. Жағдайды одан әрі нашарлататын фактор — мұздың желінің әртүрлі бөліктерінде біркелкі емес қалыптасуы. Бұл бұралу күштері мен иілу кернеулерін туғызады, ал олардың көпшілігі стандартты конструкциялардың көтере алмайтын деңгейінде болады. Алдағы уақытта NOAA-ның соңғы климаттық болжамдары біз 2040 жылға дейін ірі мұз дауылдарының және 4-ші категориялық тропиктік циклондардың саны 30 пайызға артуына ұшырайтынын көрсетеді. Осы тенденцияларға қарағанда, инженерлер электр желілерінің сенімділігін өсе беретін экстремалық ауа райы оқиғалары кезінде қамтамасыз ету үшін аймақтық қауіпсіздік коэффициенттерін таңдауға болатын қосымша параметрлер ретінде қарауды тоқтатып, оларды өз дизайндарына тікелей енгізуі тиіс.

Қуат башнялары үшін қауіпсіздік шектері мен реттеуші жүктеме көтеру стандарттары

ASCE 7-22 және NESC 2023 талаптары: номиналды жүктеме коэффициенттері 1,5 есе ден 2,5 есе дейін

ASCE 7-22 стандарты мен әдетте жаңартылған NESC 2023 нормалары моделдеу бойынша белгісіздіктерді, материалдардағы айырымдылықтарды және құрылыс кезіндегі шығуы мүмкін дәлдік ауытқуларын ескеруге көмектесетін қажетті қауіпсіздік шектерін орнатады. Бұл нормаларға сәйкес инженерлер жүктеме комбинацияларын жағдайға байланысты әртүрлі коэффициенттерге көбейтуі тиіс. Күнделікті өлі және пайдалы жүктемелер шамамен 1,5 есе көбейтіледі, ал жел мен мұз әсерінен туындайтын экстремалды жағдайлар үшін жүктемелер 2,5 есе дейін көбейтілуі тиіс. Кейбір ерекше маңызды конструкциялық жағдайларға мыналар жатады: өткізгіштерге әсер ететін максималды жел қысымын есептеу; белгілі бір аймақтар үшін NESC Кестесі 250-1 бойынша мұз жиналуын анықтау; бір уақытта бірнеше экстремалды жағдайлар орын алған кезде біріктірілген гравитациялық күштермен жұмыс істеу. Мысал ретінде торлы башняларды қарастырайық. 200 кН қалыпты өткізгіш керілуін көтеруге арналған башняға барлық қауіпсіздік коэффициенттерін қолданғаннан кейін 300–500 кН аралығындағы күшті шыдай алуы тиіс. Бұл ішкі резервтілік конструкциялық бүтіндікті қамтамасыз етуге көмектеседі және бірқатар жобалар үшін шығындарды орынды шектерде ұстайды.

Климатқа төзімділік талқылауы: Күшейіп келе жатқан жел/боз құбылыстары ортасында ең аз қауіпсіздік шектерін қайта бағалау

Соңғы кездері біз жиірек және күштірек құрама ауа-райы оқиғаларын, әсіресе жел мен мұз қосылысын қамтитын оқиғаларды бақылаймыз. Ескі қауіпсіздік коэффициенттері қазір қолданысқа жарамсыз болып қалды. Осындай дәстүрлі 1,5 есе көбейткіштер тіпті жұқа мұз қабаттары күшті желмен қосылғанда жағдайлар қалай бақылаудан шығатынын мүлдем ескермейді. Біз нақты мысалдарда күтілген жүктемелерден үш есеге дейін жүктеме өлшемдерінің өсуін бақыладық. Эдисон электр институты сияқты ұйымдар мен NIST-тің торапқа төзімділік мамандары климаттық әлсіздіктерді ескеретін жаңа көбейткіштерді енгізу үшін қысым жасап жүр. Олар бұл өзгерістерді әсіресе жоғары қауіпке ұшыраған аймақтарға, мысалы, Орталық Америкадағы мұз белдеуі немесе регулярлық құйындыларға ұшырайтын Мексика шығанағы жағалауына енгізуді қалайды. ASCE 7 стандарттарын жергілікті климаттық деректерді енгізу арқылы жаңарту жоспарлануда, сондықтан тарихи деректер қауіптіліктің өсуін көрсететін жерлерде минималды талаптар қазіргі деңгейден екі еседен асады. Бұл тәсіл ақшаны ақылды жұмсау мен белгілі қауптарды нақты азайту арасындағы теңдестіруді іздейді.

Экстремалдық және тепе-теңдіксіз бұзылу сценарийлеріндегі көтеру қабілеті

Өткізгіштің сынғаны: Қатты жүктеменің кенеттен азайуы және симметриялы емес керілулердің қайта таратылуы

Кондукторлар металдың усталуы, галоптық тербелістер немесе күшті дауылдардан зақымданған кезде жиі істен шығады. Бұл жағдай жүйедегі қатты керілу құбылысын төңкереді. Осы құбылыс көршілес аралықтар мен ұстағыш құрылыстарға тепе-теңдіксіздіктерді таратады. Ал әрі қарай не болады? Қосымша керілу қысымы қысылған бөліктердің иілуіне немесе анкерлік бұрандалардың сынғанға дейінгі шегінен асып кетуіне әкелуі мүмкін. Қазіргі заманғы инженерлер бұл кездейсоқ күштерді тиімдірек төтеп беруге мүмкіндік беретін арнайы сипаттамалары бар құрылыстар салады. Олар жүктемелердің құрылыстар арқылы қалай таралатынын талдау үшін алдыңғы қатарлы әдістерді қолданады және бір кондуктор сынып кетсе де барлығы тұрақты қалатындай резервті ұстағыш жүйелерін енгізеді. Салауатты сынақтар нәтижесінде динамикалық жүктемелерге арналған соңғы NESC Қосымшасы B стандарттарына сәйкес салынған құрылыстар тізбектік құлау апаттарын ескі статикалық жобалау әдістерімен салынған құрылыстарға қарағанда шамамен екі үштен біріне дейін азайтқан.

Тепе-теңдіксіз мұз жүктемесі: Асимметриялық бұралу, иілу және біртіндеп құлау қаупі

Егер мұз башқыш немесе өткізгіш жиынтығында біркелкі емес түрде жиналса, бұл айналдырушы күштер мен орталықтан тыс иілулерге әкеледі, олар стандартты конструкциялардың есепке алған шамасынан әлдеқайда асады. Мұндай тепе-теңдіксіздік әсіресе металл бөліктер уақыт өте келе коррозияға ұшыраған немесе маңызды бекіту нүктелерін әлсіреткен алдыңғы зақымдануға ұшыраған кезде ескі инфрақұрылым жүйелеріндегі бавырлы құлаулардың көпшілігіне себепші болады. Бұл мәселені шешу үшін инженерлер материалдардың беріктігіне ғана емес, сонымен қатар сынбай иілу қабілеті мен айналдырушы күштерге төзімділігіне де назар аударуы керек. Шынайы әлем де бізге көп нәрсе айтады — мысалы, 2021 жылы Техаста болған үлкен тоңға назар аударыңыз. Барлық жағынан дұрыс диагональды бекітпемен жабдықталған және созылуға (сынуға емес) қабілетті болаттан жасалған башқыштар өткізгіштерінің желге қарсы жағында 2 см-ден астам мұз түзілген кезде де толықтай төзімді болды.

Құрылымдық күшейту және негіз дизайны: башқыштардың оптималды жүк көтеру қабілеті үшін

Күштік жүйелер: Бұрылуға, бұралуға және тербеліске қарсы кедергі көрсетудегі диагональдың тиімділігі

Диагоналдық көтергіштер үшбұрыштарды пайдаланып, бүркітілу күштері мен бұралу қозғалыстарын түзусызықты күштерге айналдырады, бұл материалдардың жақсырақ жұмыс істеуін қамтамасыз етеді және заттардың көп болмаған иілуін болдырмауға көмектеседі. Сығылу элементтерімен жұмыс істегенде, дұрыс бұрышты орналастыру олардың қысым астында иілуін (бұзылуын) тек әсерлі ұзындықтарын қысқарту арқылы тоқтатады. Жел немесе теңсіздікпен жиналған мұздан туындайтын бұралуға қарсы күресу үшін инженерлер жиі қатты рамалық құрылымдар құратын, бұралуға қарсы төзімді тік бұрышта орналасқан крест тәрізді көтергіштерді орнатады. Бұл көтергіштердің нақты орналасу бұрыштарын есептеу қажет, сонда олар ғимараттарды қозғалыс кезінде тұрақты ұстайды, бірақ температураның өзгеруі кезінде қалыпты кеңеюге де мүмкіндік береді. Кәсіби журналдарда жарияланған зерттеулер сапалы көтергіш жүйелердің осындай қолдауы жоқ ғимараттарға қарағанда жүктеме көтергіштігін шамамен 40 пайызға арттыра алатынын көрсетеді. Бұл түрлі күшейту әдісі жаңа ғимарат салынғанда да, бар құрылымдарды жаңартқанда да ең тиімді нұсқалардың бірі болып қала береді.

Негізгі шешімдер: Орын ауыстыру және топырақтың тасымалдау қабілеті талаптары үшін бұрғыланған тіректер мен кеңейтілген тіректер

Қолданылатын негіз түрі башқа күштерге — мысалы, төңкерілу, көтерілу және теңсіз отыруға — қарсы тұра алатындығын анықтайды. Тесілген тіректер (оны «кессондар» деп те атайды) қатты жер қабаттарына шамамен 15–30 метр тереңдікке дейін салынады. Бұл тіректер өзінің бүйірлеріндегі үйкеліс күші мен табанындағы тіреу күшін пайдалану арқылы бір-біріне жабысып тұратын топырақта және күшті желді аймақтарда өте жақсы жұмыс істейді. Олар көтерілу немесе төңкерілу кезіндегі кедергіні жақсартады және басқа негіз түрлерімен салыстырғанда жалпы алғанда аз цемент қолданады. Таратылған табандар басқаша жұмыс істейді. Олар әдетте башқа тіректің өзінің табанынан төрттен сегіз есе көп аумақты қажет етеді. Бұл табандар құмды немесе гравийлі тығыздалған топыраққа орнатылған кезде ең жақсы нәтиже береді, себебі мұндай жер ауыр салмақты шыдап, батпайды. Алайда, олардың кемшілігі — сеісмикалық белсенділік кезінде немесе топырақ суға түскен кезде тесілген тіректердің қамтамасыз ететін стабилділік деңгейіне жету үшін таратылған табандарға шамамен 60 пайызға артық цемент қажет. Дегенмен, қандай да бір шешім қабылдауға дейін жер астында не жатқаны туралы нақты ақпаратты геологиялық зерттеулер арқылы алу міндетті талап. Негіздерді нақты жер жағдайлары емес, тек қарапайым ережелер бойынша таңдау — башқа тіректердің практикада сәтсіздікке ұшырауының негізгі себептерінің бірі.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Электр берілетін басқару құрылыстарына әсер ететін гравитациялық жүктемелер дегеніміз не?

Гравитациялық жүктемелерге өткізгіштердің, изоляторлардың, құрылғы компоненттерінің және өзі құрылыстың салмағы кіреді; олар қалыпты жұмыс істеу кезіндегі жүктемелердің шамамен 60–70 пайызын құрайды.

Құрылыс конструкциясын жобалағанда боксальды жүктемелерді ескеру неге маңызды?

Желден туындайтын боксальды жүктемелер құрылыстарды уақыт өте келе тербеліске ұшыратып, трещиналарға әкелуі мүмкін. Крест тәрізді қосымша бекітпе осы күштерді таратып, тұрақтылықты сақтауға көмектеседі.

Боз қабаты электр берілетін басқару құрылыстарына қалай әсер етеді?

Боз қабатының пайда болуы салмақ пен беттің ауданын арттырады, бұл дауыл кезіндегі механикалық кернеуді күшейтеді және одан әрі айналу мен иілу құбылыстарын күшейтуі мүмкін.

Электр берілетін басқару құрылыстары үшін қауіпсіздік стандарттары қандай?

ASCE 7-22 және NESC 2023 стандарттары жел мен боз сияқты белгісіздіктер мен экстремалды жағдайларды ескеру үшін 1,5–2,5 аралығындағы жүктеме коэффициенттерін белгілейді.