Како дизајнирати куле које одговарају високонапонским преносним линијама?

Ограничења пројектовања на напону за преносне куле

Ветро, лед и електромагнетна оптерећења на 230 кВ и више

Када се баве напонима од 230 кВ или више, куле за пренос су изложене сложеном притиску околине који се не повећава само пропорционално са нивоом напона. Током лошег времена, притисак ветра може да достигне преко 50 килограма на квадратни фут, што значи да бочна опорава треба озбиљно појачање. Ово је посебно тачно за куле у стилу решетке где се највећи стрес акумулише на тачкама где се ноге повезују и где су проводници причвршћени. Зграђивање леда представља још један велики изазов. Када се лед натрупа на проводницима дебелине од око два инча, он тростручи њихову тежину, стварајући неједнако напетост широм система и изазивајући силе завртања које инжењери мрзе да виде. У исто време, када проток грешака пролази кроз линије брзином изнад 40 кА, они стварају моћне електромагнетне снаге које узрокују да проводници насилно круже, понекад изазивајући опасне резонације у самом кули. Пошто се ови фактори стреса тако потпуно преклапају, инжењери се у великој мери ослањају на анализу коначних елемената како би разумели како све функционише заједно. На пример, у 400 кВ системима, решетка кула обично треба да буде 20 до 30 посто јача у поређењу са монополним конструкцијама које се суочавају са сличним условима.

У складу са пролазом и удаљеношћу од пловила (ИЕЦ 61936 / ИЕЕЕ 1243)

Потреба за електричном изолацијом постаје много захтевнија с повећањем напона. Према стандардима као што су ИЕЦ 61936 и ИЕЕЕ 1243, потребно раздвајање између фаза и земље значајно расте. На 230 кВ системима потребно је најмање 2,3 метра простора, али то скочи на 3,6 метра када раде на нивоима од 345 кВ. Ови бројеви директно утичу на то колико високих дана преноса треба да буду изграђени и колико далеко од њих морају бити постављени њихови крстови. Изолаторне жице представљају још један изазов јер се и њихове удаљености од плесња треба повећати. За полимире изоловачи посебно, ми смо гледају на око 25 мм на киловолт у подручјима са проблемима загађења да спречи те досадне проблеме праћења површине. Када простор постане тежан, инжењери често користе V-string конфигурације за изолаторе. Али постоји још један упорни проблем који се стално враћа: контаминација. У неким случајевима, магла од соли или индустријски остаци могу смањити напон за пролаз скоро за половину. Зато су редовни распореди чишћења апсолутно неопходни у регионима где се ови контаминатори током времена акумулишу.

Избор типа куле: Усаглашавање структурне форме са функцијом и окружењем

Функционалне улоге: суспензија, напетост, транспозиција и прелазни кули

Начин на који раде куле за пренос енергије одређује њихов физички облик и конструкцију. Куле за суспензију држе електричне жице исправним користећи те дуге ниске изолатора које често видимо да висе на њима, чинећи их уобичајеним призором дуж правих делова струјних жица. Када пут мора да промени правац или пређе реку, у игру долазе напетања. Они су посебно направљени да се носе са огромним снагама када једна страна линије повуче јаче од друге. Такође постоје и куле за транспозицију које се окрећу око позиције три фазе у линији, тако да све остаје у равнотежи на стотинама миља. А онда постоје и куле за прелазак које једноставно подижу жице довољно високо да би се очистиле путеви, железнице или планине. Постављање погрешног типа куле на погрешном месту може бити опасан посао. Замислите да ставите обичну вишку за суспензију на оштрим завоју где би уместо тога требало да буде вишк за напетост. Током олуја или јаких ветрова, ова несугласност може довести до неуспеха који се брзо шире кроз читав систем мреже.

Компромиси између материјала и облика: решетка у односу на цев и монопол за линије од 400 кВ и више

Избор уравнотежује перформансе, логистику и животну средину:

• Куле од решетки , изграђени од галванизованих челичних углова, пружају супериорне односе снаге и тежине и модуларну скалабилност, што их чини стандардним за пројекте од 400 кВ + који захтевају максимални капацитет оптерећења и сеизмичку отпорност. Њихова триаголна геометрија ефикасно расеја динамичку енергију, посебно у зонама подложним земљотресима.
• Стручни челични стубови да имају смањен визуелни утицај и мањи отисак, са запечаћеним секцијама које ограничавају излагање корозији. Међутим, ограничења транспорта ограничавају практичне висине за ултра-висок напон.
• Монополи , иако је брже инсталирати и мање земљишно интензивно, подвргнути су стрмном ескалацији трошкова материјала изнад 230 кВ. Њихова конструкција са чврстим зидовима пружа одличну отпорност на асиметрично оптерећење ледом, посебно повољно у алпијском терену.

Основне структурне компоненте и интегритета пута за оптерећење у преносним кулицама

Од прекретне руке до темеља: обезбеђивање континуираног преноса снаге у условима грешке

Структурна чврстоћа ових система зависи од континуираног преноса оптерећења, почевши од причвршћања проводника, крећући се кроз прекретнице, дуж тела куле и на крају стижући до темеља. Ове прекретне руке узимају различите силе као што су притисак ветра, акумулација леда и електромагнетни ефекти пре него што их пренесе на главни структурни оквир. За решеће куле посебно, пут оптерећења се одвија или кроз бутане или завариване зглобове који требају уграђену редунанцу како би се зауставили проблеми са нагињем. Тбуларни и монополски дизајне раде другачије, уместо тога се ослањају на јаке везе фланже између делова плус унутрашње затеглице за подршку. Када је у питању темељ, било да су директно уграђени у земљу или изграђени са системом решетке, они морају да се носе са изненадним повећањем оптерећења од око 2,5 пута нормалног нивоа током инцидената као што су када проводници неочекивано скрчу према индустријским стандардима утврђеним од стране ИЕЦ 619 Анализа коначних елемената помаже инжењерима да виде како се стрес шири по свим компонентама, чиме се елиминише могућност неуспеха само у једној тачки система. Важни фактори које треба проверити током процеса верификације обично укључују:

Челићи са високом дјуктилитетом (нпр. S460ML+) обезбеђују пластичну деформацију уместо крхког кршења под преоптерећењем. Корозионски отпорни премази на тачкама повезивањавалидирани за обалне или хемијски агресивне локацијемају се одржавати током целог живота да би се сачувао континуитет путање оптерећења.

Проверка механичке чврстоће и усаглашеност за системе кула високог напона

Када је реч о конструктивном валидацији, инжењери се држе добро успостављених међународних стандарда као што су ИЕЦ 60652 за механичко тестирање компоненти ваздушних линија и АСЦЕ 10-15 који се посебно бави дизајном челичних преносних кула. Током тестирања у пуном обиму, прототипи се тестирају у симулираним условима, укључујући брзине ветра до 150 километара на сат, различите вертикалне оптерећења и мртве тежине и активне оптерећења, плус сценарије у којима се жице неочекивано крше. Ови тестови имитирају најекстремније механичке напетости које би се икада могле појавити у стварним ситуацијама. Да би се проверило како се снаге крећу кроз конструкцију, калибриране ћелије оптерећења мере точке притиска док теодолити прате било какво кретање или померање од прекрсених руку све до темељаних закотва. Оно што смо пронашли после сертификације није само доказ да све испуњава прописе, већ заправо показује безбедносне маржине које су изнад оперативно потребних од 25% до 40%. Оваква темељност је заиста важна јер када нешто не иде на ред у високонапонским мрежама изнад 400 киловольта, један неуспех у критичној тачки може изазвати проблеме који се протежу преко неколико региона и надлежности.

Често постављене питања

Зашто је анализа коначних елемената важна за високоволтне преносне куле?

Анализа коначних елемената је од кључног значаја јер помаже инжењерима да разумеју како различити фактори стреса као што су ветар, лед и електромагнетне силе међусобно делују, омогућавајући оптимални дизајн и појачање куле.

Које су главне разлике између решетчаних кула и монополних конструкција?

Тврђаве куле нуде супериорне односе снаге и тежине идеалне за пројекте великог капацитета, док монополи, лакши за инсталирање и мање интензивни, имају веће трошкове изнад 230 кВ, пружајући добру отпорност на ледено оптерећење.

Како стандарди усаглашености утичу на дизајн преносног торања?

Стандарди у складу са стандардима диктују неопходну прозорност, удаљеност плесња и капацитете оптерећења за сигуран рад, што утиче на избор материјала, димензије кула и генерални дизајн за управљање стресом животне средине и операције.