پاور ٹاورز کی لوڈ برینگ صلاحیت کی ضرورت کیا ہے؟

پاور ٹاورز پر عمل کرنے والے بنیادی ساختی لوڈز

گریویٹیشنل لوڈز: کنڈکٹر کا وزن، آلات، اور ٹاور کا ذاتی وزن

ٹرانسمیشن ٹاورز پر گریویٹیشنل یا مردہ لوڈز میں کنڈکٹرز، انسلیٹرز، مختلف ہارڈ ویئر اجزاء، اور خود ٹاور کا وزن شامل ہوتا ہے۔ یہ مستقل نیچے کی طرف کی قوتیں عام طور پر ان ساختوں کے لیے انجینئرز کے ذریعہ معمولی آپریٹنگ لوڈز کا تقریباً 60 سے 70 فیصد بنتی ہیں۔ ابتدائی ڈیزائن کے دوران درست وزن اور مواد کی خصوصیات کا تعین کرنا بہت اہم ہوتا ہے، کیونکہ اس میں غلطیاں بعد میں مسائل جیسے مواد کا آہستہ آہستہ جھکنا، بنیادوں کا بیٹھ جانا، یا اجزاء کا متوقع سے زیادہ تیزی سے استعمال ہونا پیدا کر سکتی ہیں۔ جب ڈیزائنرز ان بنیادی اوزانوں کا تخمینہ کم لگاتے ہیں تو بعد میں سنگین مسائل پیدا ہوتے ہیں، خاص طور پر جب موسم سے متعلقہ دباؤ بھی کام میں آ جائیں۔

جانبی لوڈز: ہوا کا دباؤ، حرکت پذیر جھونکیاں، اور وارٹیکس شیڈنگ کے اثرات

تیز ہوائیں بُلند عمارتوں اور ان کے سہارے والے کیبلز پر قابلِ ذکر جانبی دباؤ ڈالتی ہیں۔ اچانک ہونے والی ہوائی جھونکیاں غیر متوقع دباؤ کی لہروں کا باعث بنتی ہیں، اور جب ہوا ساختی اجزاء کے گرد بہتی ہے تو اس سے ایک ظاہرہ پیدا ہوتا ہے جسے 'وورٹیکس شیڈنگ' (بہاؤ کی گردشی الگ ہونے کی صورت) کہا جاتا ہے۔ یہ آزادانہ دھڑکن والی نمونہ درحقیقت ساخت کو ان کی قدرتی تعددیت (نیچرل فریکوئنسی) پر کمپن کا باعث بنتا ہے، جس کے نتیجے میں وقتاً فوقتاً دہرائی گئی تناؤ کے چکروں سے دراڑیں پیدا ہوتی ہیں۔ ASCE 7-22 کے معیارات کے مطابق، ان علاقوں میں تعمیر کی جانے والی کوئی بھی ساخت جہاں تیز ہواؤں کا امکان ہو، اسے '50 سالہ طوفانی حالات' کو برداشت کرنے کی صلاحیت ہونی چاہیے۔ عرضی سہارے (کراس بریسنگ) صرف ایک اضافی خصوصیت نہیں ہیں جو عام طور پر شامل کی جاتی ہوں؛ بلکہ یہ بوجھ کے مناسب تقسیم کے لیے بالکل ضروری ہیں۔ اگر ان عرضی سہاروں کو نصب نہ کیا جائے تو غیر روکی ہوئی ہوائی طاقتیں وصلیوں (کنیکشنز) کو بہت تیزی سے کمزور کر دیں گی اور آخرکار پوری ساخت کی استحکام کو متاثر کریں گی۔

ماحولیاتی تقویت: برف کا جمع ہونا اور اس کا غیر خطی بوجھ کا اضافہ

جب بجلی کی لائنوں پر برف جمع ہوتی ہے، تو یہ باقاعدہ کشش ثقل کی قوتوں اور ہوا کے دباؤ کو سنگین مسائل میں بدل دیتا ہے جو حساب لگانا آسان نہیں ہے۔ صرف ایک سینٹی میٹر برف ایک کنڈکٹر کے ارد گرد تقریباً 15 کلو گرام فی میٹر اس کے وزن میں اضافہ کرتی ہے جبکہ ہوا سے ٹکرانے والی سطح کا رقبہ تقریباً 30 فیصد بڑا ہو جاتا ہے۔ یہ مجموعہ دراصل تین گنا زیادہ ہے جو لائن کو کچھ موسم سرما کے طوفان کے حالات کے دوران مکینیکل طور پر سنبھالنا پڑتا ہے۔ اور اس سے بھی بدتر بات یہ ہے کہ جب برف لائن کے مختلف حصوں میں غیر مساوی طور پر بنتی ہے۔ اس سے موڑنے کی قوتیں اور موڑنے کی کشیدگی پیدا ہوتی ہے جو زیادہ تر معیاری ڈیزائنوں کو برداشت کرنے کے لئے نہیں بنایا گیا تھا۔ آگے دیکھتے ہوئے، NOAA کی تازہ ترین آب و ہوا کی پیش گوئی سے پتہ چلتا ہے کہ ہمیں 2040 تک برف کے بڑے طوفانوں اور زمرہ 4 کے طوفانوں میں 30 فیصد اضافہ کا سامنا کرنا پڑ سکتا ہے۔ ان رجحانات کو دیکھتے ہوئے، انجینئرز کو علاقائی حفاظتی عوامل کو اختیاری اضافی طور پر علاج کرنے سے روکنا ہوگا اور ان کو براہ راست اپنے ڈیزائن میں شامل کرنا شروع کرنا ہوگا اگر ہم چاہتے ہیں کہ ہمارے بجلی کے نیٹ ورک ان تیزی سے شدید موسمی واقعات کے دوران قابل اعتماد رہیں.

سیفٹی مارجن اور پاور ٹاورز کے لیے ریگولیٹری لوڈ-بریئرنگ معیارات

ASCE 7-22 اور NESC 2023 کی ضروریات: 1.5× سے 2.5× نامنومینل لوڈ فیکٹرز

ASCE 7-22 معیار اور نئے NESC 2023 ضوابط کے مطابق وہ ضروری حفاظتی ہدایات طے کی گئی ہیں جو ماڈلنگ میں عدم یقینیت، مواد میں تبدیلیوں اور تعمیر کے دوران لازمی اجازتِ سازش (tolerances) کو مدنظر رکھنے میں مدد دیتی ہیں۔ ان ضوابط کے مطابق، انجینئرز کو مختلف صورتحال کے مطابق لوڈ کے امتزاج کو مختلف عوامل سے ضرب دینا ہوتا ہے۔ عام طور پر مردہ اور زندہ لوڈز کو تقریباً 1.5 گنا کیا جاتا ہے، جبکہ باد اور برف کی صورت میں شدید ترین حالات کے لیے اسے 2.5 گنا تک بڑھانا ضروری ہوتا ہے۔ کچھ خاص طور پر اہم ڈیزائن کی صورتحال میں کنڈکٹرز کے خلاف زیادہ سے زیادہ بادی دباؤ کا حساب لگانا، مخصوص علاقوں کے لیے NESC جدول 250-1 کے مطابق برف کی تراکم کا تعین کرنا، اور ایک ہی وقت پر متعدد شدید حالات کے باعث درپیش مشترکہ ثقلی قوتوں سے نمٹنا شامل ہیں۔ مثال کے طور پر، جالی نما ٹاورز (lattice towers) کو لیجیے۔ ایک ٹاور جو عام کنڈکٹر تناؤ 200 kN کو برداشت کرنے کے لیے تعمیر کیا گیا ہو، واقعی طور پر تمام حفاظتی عوامل لاگو کرنے کے بعد 300 سے 500 kN تک کے تناؤ کو برداشت کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ یہ داخلی اضافی گنجائش (built-in redundancy) ساختی یکسانیت کو یقینی بنانے میں مدد دیتی ہے، جبکہ اکثر منصوبوں کے لیے اخراجات کو معقول حدود میں برقرار رکھتی ہے۔

آب و ہوا کی لچکداری پر بحث: بڑھتے ہوئے طوفانی ہوا اور برف کے واقعات کے تناظر میں کم از کم حفاظتی فاصلوں کا دوبارہ جائزہ

ہم حالیہ عرصے میں زیادہ بار بار اور شدید مرکب موسمی واقعات دیکھ رہے ہیں، خاص طور پر ان واقعات کو جن میں ہوا اور برف کا امتزاج شامل ہوتا ہے۔ پرانے حفاظتی عوامل اب اپنا کام نہیں کر رہے ہیں۔ ان روایتی 1.5 گنا کے ضربی عوامل سے مکمل طور پر غفلت ہو جاتی ہے کہ چیزیں کس طرح بے قابو ہو جاتی ہیں جب تک کہ برف کی پتلی سی تہ بھی مضبوط ہوائوں کے ساتھ مل جائے۔ درحقیقت، ہم نے کچھ معاملات میں لوڈ کے پیمائشی اعداد و شمار میں تین گنا سے زیادہ اضافہ دیکھا ہے جو متوقع تھا۔ ایڈیسن الیکٹرک انسٹی ٹیوٹ جیسے ادارے اور NIST کے گرڈ کی لچک کے ماہرین آب و ہوا کی کمزوریوں کو مدنظر رکھتے ہوئے نئے ضربی عوامل کے لیے زور دے رہے ہیں۔ وہ چاہتے ہیں کہ یہ تبدیلیاں خاص طور پر زیادہ خطرے والے علاقوں میں لاگو کی جائیں، جیسے مڈ ویسٹ کا برف کا زون یا گلف کوسٹ جہاں طوفان باقاعدگی سے آتے ہیں۔ ASCE 7 کے معیارات کو اپ ڈیٹ کرنے کے منصوبے ہیں جس میں مقامی آب و ہوا کے اعداد و شمار کو شامل کیا جائے گا تاکہ وہ جن علاقوں میں تاریخی اعداد و شمار سے خطرے میں اضافہ ثابت ہوتا ہو، وہاں موجودہ سطح سے دو گنا سے زیادہ کی حد نصاب کو طے کیا جا سکے۔ اس نقطہ نظر کا مقصد رقم کو عقلمندی سے خرچ کرنے اور درحقیقت ان خطرات کو کم کرنے کے درمیان ایک متوازن نقطہ تلاش کرنا ہے جو ہمیں پہلے سے معلوم ہیں۔

انتہائی اور غیر متوازن ناکامی کے مندرجات کے تحت بوجھ برداشت کرنے کی صلاحیت

کنڈکٹر کا ٹوٹنا: اچانک بوجھ کا خاتمہ اور غیر متوازن کشیدگی کا دوبارہ تقسیم

جب کنڈکٹرز دھاتی تھکاوٹ، گالوپنگ وائبریشنز یا شدید طوفانوں کے نقصان جیسی وجوہات کی بنا پر ناکام ہوتے ہیں، تو اس سے نظام میں اچانک تناؤ کا نقصان ہوتا ہے۔ یہ نقصانات ہمسایہ سپینز اور سہارا دینے والے ٹاورز تک غیرمتوازن حالتیں منتقل کرتے ہیں۔ اس کے بعد کیا ہوتا ہے؟ اضافی دباؤ سے ساختی مسائل پیدا ہو سکتے ہیں، جیسے کہ دباؤ والے اجزاء میں گھنٹن یا اینکر بولٹس کا ٹوٹ جانا۔ اب انجینئرز ٹاورز کی تعمیر ایسی خصوصیات کے ساتھ کرتے ہیں جو انہیں ان غیرمتوقع قوتوں کو بہتر طریقے سے برداشت کرنے میں مدد دیتی ہیں۔ وہ لوڈز کے ساختوں کے ذریعے منتقل ہونے کا تجزیہ کرنے کے لیے جدید طریقوں کا استعمال کرتے ہیں اور اس بات کو یقینی بنانے کے لیے بیک اپ سہارا نظام شامل کرتے ہیں کہ ایک کنڈکٹر ٹوٹنے کی صورت میں بھی تمام چیزوں کی استحکام برقرار رہے۔ میدانی آزمائشیں بتاتی ہیں کہ ڈائنامک لوڈنگ کے لیے حالیہ NESC اینیکس B معیارات کے مطابق تعمیر کردہ ٹاورز نے زنجیری ردِ عمل کی ناکامیوں کو پرانے سٹیٹک ڈیزائن کے طریقوں کے مقابلے میں تقریباً دو تہائی تک کم کر دیا ہے۔

غیرمتوازن برف کا بوجھ: عدم تقارن کی وجہ سے موڑ، جھکاؤ اور تدریجی گراؤں کا خطرہ

جب بُرج یا کنڈکٹر سیٹ پر برف ایک طرفہ طور پر جمع ہوتی ہے، تو اس سے موڑنے والی قوتیں اور مرکز سے بعید موڑ پیدا ہوتے ہیں جو معیاری ڈیزائنز میں تجویز کردہ حد سے کہیں زیادہ ہوتے ہیں۔ اس قسم کا عدم توازن درحقیقت پرانے بنیادی ڈھانچے کے نظام میں دیکھے جانے والے تدریجی زوال کا اکثریتی سبب ہوتا ہے، خاص طور پر جب دھاتی اجزاء وقتاً فوقتاً کھانے کا شکار ہو جائیں یا پہلے سے واقع ہونے والے نقصان کی وجہ سے اہم ربطی نقاط کمزور ہو جائیں۔ اس مسئلے کے حل کے لیے انجینئرز کو صرف مواد کی مضبوطی پر ہی توجہ مرکوز نہیں کرنی چاہیے بلکہ ان کی ٹوٹے بغیر جھکنے کی صلاحیت اور موڑنے والی قوتوں کے مقابلے کی صلاحیت پر بھی توجہ دینی چاہیے۔ حقیقی دنیا بھی ہمیں بہت کچھ سکھاتی ہے— 2021ء میں ٹیکساس میں آنے والی بڑی ہیل کے دوران جو کچھ ہوا، اس پر غور کریں۔ ان بُرجوں نے جن میں تمام اطراف پر مناسب قطری سہارا (بریسنگ) لگایا گیا تھا اور جنہیں ایسی سٹیل سے بنایا گیا تھا جو ٹوٹنے کے بجائے کھینچی جا سکے، بالکل بے داغ کارکردگی کا مظاہرہ کیا، حالانکہ ان کے کنڈکٹرز کے ہوا کے مقابلے والے جانب برف کی تقریباً 2 سینٹی میٹر کی تہہ جمع ہو گئی تھی۔

ساختی مضبوطی اور بنیاد کی ڈیزائن: بُرج کی بہترین لوڈ برداشت کرنے کی کارکردگی کے لیے

سہارا دینے والے نظام: بکلنگ، ٹورشن اور سوے کے مقابلے میں ترچھی موثریت

مائل سہارا (ڈائیگونل بریسنگ) مثلثوں کا استعمال کرتے ہوئے جانبی زور اور موڑنے والی حرکتوں کو سیدھی لکیر کے زوروں میں تبدیل کرتا ہے، جس سے مواد کی کارکردگی بہتر ہوتی ہے اور چیزوں کے زیادہ سے زیادہ جھکنے سے روکا جاتا ہے۔ دباؤ والے اراکین (کمپریشن ممبرز) کے معاملے میں، مناسب زاویہ کی تنصیب انہیں دباؤ کے تحت ٹوٹنے (بکلنگ) سے روکتی ہے، صرف ان کی مؤثر لمبائی کو کم کرکے۔ ہوا یا غیر یکساں برف کی ترسیب کی وجہ سے پیدا ہونے والے موڑنے کے خلاف مقابلہ کرنے کے لیے، انجینئرز اکثر مضبوط فریم ساختوں کو گھماؤ کے مقابلے کی صلاحیت فراہم کرنے کے لیے دائیں زاویہ پر کراس بریسنگ نصب کرتے ہیں۔ ان سہاروں کی درحقیقت جن زاویوں پر تنصیب کی جاتی ہے، ان کا دقیق حساب لگانا ضروری ہے تاکہ عمارتوں کو حرکت کے دوران مستحکم رکھا جا سکے، لیکن درجہ حرارت میں تبدیلی کے دوران عام پھیلاؤ کی اجازت بھی دی جا سکے۔ ماہرین کے جرائد میں شائع ہونے والی تحقیقات سے پتہ چلتا ہے کہ معیاری سہارا نظام عمارتوں کی لوڈ گنجائش کو ان عمارتوں کے مقابلے میں تقریباً 40 فیصد تک بڑھا سکتا ہے جن میں ایسا سہارا نہیں ہوتا۔ یہ طرزِ مضبوطی نئی عمارت تعمیر کرنے کی صورت میں ہو یا موجودہ ساختوں کو بہتر بنانے کی صورت میں، اب بھی سب سے بہتر قدر کے اختیارات میں سے ایک ہے۔

بنیادی حل: الٹنے اور مٹی کی بوجھ برداشت کرنے کی ضروریات کے لیے بورڈ شافٹس اور پھیلی ہوئی فوٹنگز

استعمال کی جانے والی بنیاد کی قسم طے کرتی ہے کہ آیا ایک ٹاور ان طاقتوں کے مقابلے میں کھڑا رہ سکتا ہے جیسے الٹنا، اُٹھنا اور غیر یکساں بیٹھنا۔ بورڈ شافٹس، جنہیں کیسنز بھی کہا جاتا ہے، تقریباً 15 سے 30 میٹر گہرائی تک مضبوط زمینی لیئرز میں نیچے جاتے ہیں۔ یہ خاص طور پر ان مٹیوں میں بہت اچھی طرح کام کرتے ہیں جو ایک دوسرے سے چپک جاتی ہیں اور مضبوط ہوائوں والے علاقوں میں، کیونکہ یہ اپنے اطراف پر موجود اصطکاک اور نیچے کی سہارے کی صلاحیت دونوں کا فائدہ اٹھاتے ہیں۔ یہ اُٹھنے یا الٹنے کے مقابلے میں بہتر مزاحمت فراہم کرتے ہیں اور دیگر اختیارات کے مقابلے میں کم مقدار میں سیمنٹ استعمال کرتے ہیں۔ پھیلی ہوئی فوٹنگز (اسپریڈ فوٹنگز) مختلف طریقے سے کام کرتی ہیں۔ انہیں عام طور پر ٹاور کے اصل بنیادی رقبے سے چار سے آٹھ گنا بڑے رقبے کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ عام طور پر متراکم ریتیلی یا کنکریلی مٹیوں میں بہترین کارکردگی دکھاتی ہیں جہاں زمین بہت زیادہ وزن برداشت کر سکتی ہے بغیر دبے۔ ان کا نقص؟ زلزلوں کے دوران یا جب مٹی گیلی ہو جائے تو بورڈ شافٹس کے برابر استحکام حاصل کرنے کے لیے، پھیلی ہوئی فوٹنگز کو تقریباً 60 فیصد زیادہ سیمنٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ تاہم، کوئی فیصلہ کرنے سے پہلے، مناسب جغرافیائی جانچ کے ذریعے زمین کے اندر درحقیقت کیا موجود ہے، اس بارے میں تفصیلی معلومات حاصل کرنا بالکل ضروری ہے۔ حقیقی مقامی حالات کے بجائے تیز رفتار اصولوں پر بنیادوں کا انتخاب کرنا، عملی طور پر ٹاورز کے ناکام ہونے کے واقعات کا سب سے بڑا سبب ہے۔

فیک کی بات

برقی ٹاورز پر گریوی ٹیشنل لوڈز کیا ہیں؟

گریوی ٹیشنل لوڈز میں کنڈکٹرز، انسلیٹرز، ہارڈ ویئر اجزاء اور خود ٹاور کا وزن شامل ہوتا ہے، جو عام آپریشنل لوڈز کا تقریباً 60 سے 70 فیصد ہوتا ہے۔

ٹاور کی ڈیزائن میں لیٹرل لوڈز کو غور میں لانا کیوں اہم ہے؟

ہوا سے نتیجہ اُٹھنے والے لیٹرل لوڈز ساختوں کو وقتاً فوقتاً کانپنے اور دراڑیں پیدا کرنے کا باعث بن سکتے ہیں۔ کراس بریسنگ ان اُس قوتوں کو تقسیم کرنے میں مدد دیتی ہے تاکہ استحکام برقرار رہے۔

برف کی جمعیت برقی ٹاورز کو کس طرح متاثر کرتی ہے؟

برف کی جمعیت وزن اور سطح کے رقبے کو بڑھا دیتی ہے، جس سے طوفانوں کے دوران مکینیکل تناؤ شدید ہو جاتا ہے اور اس کے نتیجے میں زیادہ شدید موڑ اور جھکاؤ پیدا ہو سکتے ہیں۔

برقی ٹاورز کے لیے حفاظتی معیارات کیا ہیں؟

ASCE 7-22 اور NESC 2023 میں ہوا اور برف جیسی غیر یقینی صورتحال اور شدید حالات کو مدنظر رکھتے ہوئے لوڈ فیکٹرز 1.5 سے 2.5 تک کا تعین کیا گیا ہے۔