Lorsque nous nous asseyons pour conceptualiser l'intégrité structurelle et les performances électromécaniques d'un système électrique de 330 kV Tour de ligne de transmission, nous ne regardons pas simplement un squelette en acier galvanisé; plutôt, nous nous engageons dans une solution architecturale à enjeux élevés au problème de la rupture diélectrique atmosphérique et de l'attraction incessante des charges gravitationnelles et environnementales. Le seuil 330kV est un point intermédiaire fascinant dans la Très Haute Tension (THE) spectre, servant souvent d'épine dorsale aux interconnexions régionales où 500 kV pourrait être excessif, mais 220 kV n'a pas la densité de puissance nécessaire pour surmonter le problème. $I^{2}R$ pertes inhérentes au transfert d’énergie en masse sur de longues distances. Pour vraiment analyser ce produit, il faut d'abord être obsédé par la géométrie du treillis et par la manière dont le choix de l'acier à haute résistance Q355B ou Q420 dicte les rapports d'élancement des éléments de jambe.. Nous commençons par considérer la tour comme une poutre verticale en porte-à-faux., soumis à un cocktail complexe de forces, dont le poids statique de l'ACSR (Conducteur en aluminium renforcé d'acier) paquets, les oscillations dynamiques induites par le rejet du vortex de Karman, et les forces d'arrachement longitudinales massives qui se produisent lors d'un scénario de rupture de fil.

La philosophie structurelle: Optimisation du réseau et charge de vent

La conception d'une tour de 330 kV commence par le choix fondamental du “Taille” et “Cage” dimensions. Dans une configuration typique de treillis autoportant, la largeur de la base de la tour est mathématiquement liée au moment de renversement. Si nous allons trop près pour économiser sur l'empreinte au sol ou sur les coûts d'acquisition du terrain, nous augmentons les contraintes de compression et de traction sur les moignons de fondation, nécessitant d'énormes piliers en béton qui pourraient compenser les économies d'acier. Il faut considérer le coefficient de traînée ($C_{d}$) des cornières individuelles. À 330kV, la hauteur de la tour varie souvent de 30 à 50 mètres, placer les traverses supérieures directement sur la trajectoire des vents laminaires à plus grande vitesse. Nous utilisons la loi de puissance ou la loi logarithmique pour extrapoler les vitesses du vent de la hauteur de référence standard de 10 mètres à la hauteur réelle des fixations des conducteurs.. L'intensité des turbulences à ces hauteurs crée un cycle de fatigue que la plupart des concepteurs sous-estiment; chaque rafale provoque une déviation microscopique des joints du treillis, faisant du choix des boulons haute résistance M16 à M24 et de leurs spécifications de couple ultérieures une question de survie structurelle à long terme plutôt qu'un simple assemblage.

Aller plus profondément dans les mauvaises herbes techniques, nous devons aborder le “Effet groupé.” À 330kV, nous voyons presque toujours une configuration de conducteurs à deux faisceaux. Il ne s’agit pas seulement de capacité de transport de courant; il s'agit de gérer le gradient de tension de surface. Si l'intensité du champ électrique à la surface du conducteur dépasse la “tension de démarrage” de l'air ambiant, nous obtenons une décharge corona – ce bourdonnement caractéristique qui représente une perte de revenus et des interférences électromagnétiques. La traverse de la tour doit être conçue avec un “Fenêtre” suffisamment grand pour maintenir l'entrefer minimum (dégagement) même lorsque la chaîne isolante oscille 45 degrés ou plus en raison des vents latéraux. C'est là que l'effet P-Delta entre en jeu; car la tour s'incline légèrement sous la pression du vent, le poids vertical des conducteurs crée un moment excentrique supplémentaire que le logiciel d'analyse structurelle doit itérer jusqu'à convergence. Nous concevons essentiellement une structure qui doit rester élastique sous des tempêtes à période de retour de 50 ans tout en anticipant les phénomènes inélastiques. “flambage” comportement du contreventement diagonal si un “rafale” ou “microrafale” l'événement dépasse la limite de conception.

Dégagements électriques et dynamique des isolants

Le cœur électrique de la tour 330kV est le schéma de dégagement. Nous devons tenir compte de trois conditions distinctes: la tension à fréquence industrielle (fonctionnement standard), la surtension de commutation (transitoires internes), et l'impulsion de foudre (transitoires externes). Pour un système 330kV, la “Écart minimum” se trouve généralement à proximité de 2.2 à 2.8 mètres en fonction de l'altitude. toutefois, nous devons également penser à “Galop” de conducteurs - ceux basse fréquence, oscillations de grande amplitude causées par une accumulation asymétrique de glace sur les fils. Si la tour n’est pas conçue avec un espacement vertical suffisant entre les phases (la “Phase à phase” dégagement), une rafale de vent pourrait provoquer un contournement à mi-portée, déclencher toute la ligne. Les isolants eux-mêmes, qu'il s'agisse de verre trempé ou de caoutchouc de silicone composite, agir comme interface mécanique entre le fil sous tension et l'acier mis à la terre. La configuration V-string ou I-string choisie pour la tour affecte le “Angle d'oscillation.” Une corde en V maintient le conducteur plus rigidement, permettant des emprises plus étroites et des fenêtres de tour plus petites, mais cela double le coût de l'isolant et augmente la charge verticale sur les pointes des bras transversaux.

Le système de mise à la terre (Mise à la terre) est le héros méconnu de la tour 330kV. Une tour est un paratonnerre géant. Lorsque la foudre frappe le fil du blindage aérien (OPGW ou toron en acier), le courant dévale le corps de la tour. Si le “Résistance des pieds de tour” est trop élevé, disons, plus de 10 à 15 Ohms : la tension au sommet de la tour augmentera si haut qu'elle “flashs en arrière” au conducteur. C'est un “Flashover arrière.” Pour éviter cela, nous utilisons un réseau de mise à la terre radial sophistiqué ou des électrodes profondément enfoncées, s'assurer que l'impédance de surtension de la tour reste suffisamment faible pour dériver des kiloampères de courant dans la terre sans détruire les chaînes d'isolants. Nous devons également considérer le “Angle de blindage.” L'emplacement des fils de terre au sommet de la tour est calculé à l'aide du modèle électro-géométrique. (AGE) pour s'assurer que les conducteurs entrent dans les limites “ombre” des fils de blindage, les protégeant des coups de foudre directs.

Science des matériaux et résistance environnementale

D'un point de vue métallurgique, la tour 330kV est une masterclass en matière de résistance à la corrosion atmosphérique. Parce que ces tours sont censées représenter 50 années dans des environnements allant des plaines côtières humides aux déserts arides de haute altitude, le processus de galvanisation à chaud est essentiel. Nous ne peignons pas seulement l'acier; nous créons une liaison métallurgique où les couches d'alliage zinc-fer offrent une protection sacrificielle. L'épaisseur de ce revêtement, souvent mesuré en microns (typiquement 85μm à 100μm pour ces tensions), est dicté par la teneur en silicium de l'acier, qui contrôle le “L'effet Sandelin.” Si la teneur en silicium est dans la “faux” gamme, le revêtement de zinc devient cassant et gris, s'écailler et laisser l'acier de construction vulnérable à la rouille. Nous devons également considérer le “Fracture fragile” de l'acier à des températures inférieures à zéro. Dans les régions froides, nous précisons “Testé aux chocs” acier (par exemple,, Q355D ou E) pour garantir que le treillis ne se brise pas comme du verre lorsqu'il est frappé par une rafale de vent soudaine par une nuit à -40°C.

La précision de fabrication requise pour ces tours est immense. Chaque trou pour les boulons est poinçonné ou percé avec une précision CNC car, dans une structure en treillis avec des milliers de membres, une erreur de 2 mm dans un gousset à la base s'amplifiera en une inclinaison de 200 mm au sommet. Ce “Préchargement” ou “Imperfection initiale” peut réduire considérablement la résistance au flambage des pieds principaux. Quand on simule le “Cas de charge,” nous ne regardons pas seulement “Temps normal.” Nous simulons “Glace lourde,” “Fil cassé dans la phase A,” “Chargement de torsion dû à une glace inégale,” et même “Chargement de construction” où le poids d'un monteur de lignes et l'équipement de tension créent des contraintes localisées que la tour n'a jamais été censée supporter dans son état final.