เมื่อเรานั่งลงเพื่อสร้างแนวคิดเกี่ยวกับความสมบูรณ์ของโครงสร้างและประสิทธิภาพทางเครื่องกลไฟฟ้าของไฟฟ้าขนาด 330kV หอสายส่ง, เราไม่ได้แค่ดูการจัดเรียงโครงกระดูกของเหล็กชุบสังกะสีเท่านั้น; ค่อนข้าง, เรากำลังมีส่วนร่วมกับโซลูชันทางสถาปัตยกรรมที่มีเดิมพันสูงในการแก้ปัญหาการพังทลายของอิเล็กทริกในบรรยากาศและการดึงแรงโน้มถ่วงและสิ่งแวดล้อมอย่างไม่หยุดยั้ง. เกณฑ์ 330kV เป็นจุดกึ่งกลางที่น่าสนใจในไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ (อีเอชวี) สเปกตรัม, มักจะทำหน้าที่เป็นแกนหลักสำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายระดับภูมิภาค โดยที่ 500kV อาจเกินกำลัง แต่ 220kV ขาดความหนาแน่นของพลังงานที่จำเป็นในการเอาชนะ $I^{2}R$ การสูญเสียที่มีอยู่ในการถ่ายโอนพลังงานจำนวนมากทางไกล. เพื่อวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์นี้อย่างแท้จริง, ก่อนอื่นเราต้องหมกมุ่นอยู่กับรูปทรงของโครงตาข่าย และการเลือกเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง Q355B หรือ Q420 จะกำหนดอัตราส่วนความเรียวของส่วนขาได้อย่างไร. เราเริ่มต้นด้วยการมองหอคอยเป็นคานยื่นในแนวตั้ง, อยู่ภายใต้แรงกดดันที่ซับซ้อน รวมถึงน้ำหนักคงที่ของ ACSR (เหล็กเสริมตัวนำอลูมิเนียม) การรวมกลุ่ม, การแกว่งแบบไดนามิกที่เกิดจากการไหลของกระแสน้ำวน Karman, และแรงดึงตามยาวขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นระหว่างสถานการณ์ลวดขาด.

ปรัชญาโครงสร้าง: การเพิ่มประสิทธิภาพ Lattice และการโหลดลม

การออกแบบหอคอยขนาด 330kV เริ่มต้นด้วยตัวเลือกพื้นฐานของ “เอว” และ “กรง” ขนาด. ในโครงตาข่ายที่รองรับตัวเองโดยทั่วไป, ความกว้างของฐานหอคอยจะเชื่อมโยงทางคณิตศาสตร์กับช่วงเวลาที่พลิกคว่ำ. หากเราแคบเกินไปที่จะประหยัดพื้นที่หรือต้นทุนการได้มาซึ่งที่ดิน, เราเพิ่มความเค้นอัดและแรงดึงบนต้นขั้วฐาน, จำเป็นต้องมีเสาคอนกรีตขนาดใหญ่ซึ่งอาจชดเชยการประหยัดเหล็กได้. เราต้องพิจารณาค่าสัมประสิทธิ์การลาก ($C_{d}$) ของสมาชิกมุมแต่ละคน. ที่ 330kV, ความสูงของหอคอยมักมีตั้งแต่ 30 ไปยัง 50 เมตร, วางแขนกางเขนด้านบนโดยตรงในเส้นทางลมลามินาร์ที่มีความเร็วสูงกว่า. เราใช้กฎกำลังหรือกฎลอการิทึมเพื่อคาดการณ์ความเร็วลมจากความสูงอ้างอิงมาตรฐาน 10 เมตรไปจนถึงความสูงจริงของสิ่งที่แนบมากับตัวนำ. ความรุนแรงของความปั่นป่วนที่ความสูงเหล่านี้ทำให้เกิดวงจรความเหนื่อยล้าซึ่งนักออกแบบส่วนใหญ่ประเมินต่ำไป; ลมกระโชกทุกครั้งทำให้เกิดการโก่งตัวของข้อต่อขัดแตะด้วยกล้องจุลทรรศน์, การเลือกสลักเกลียวความแข็งแรงสูง M16 ถึง M24 และข้อกำหนดแรงบิดที่ตามมานั้นเป็นเรื่องของการอยู่รอดของโครงสร้างในระยะยาวมากกว่าการประกอบง่ายๆ.

เจาะลึกเข้าไปในวัชพืชทางเทคนิค, เราต้องจัดการกับ “เอฟเฟกต์มัด” ที่ 330kV, เรามักจะเห็นการกำหนดค่าตัวนำแบบมัดคู่เกือบทุกครั้ง. นี่ไม่ใช่แค่เกี่ยวกับความสามารถในการรองรับในปัจจุบันเท่านั้น; มันเกี่ยวกับการจัดการการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่พื้นผิว. ถ้าความแรงของสนามไฟฟ้าที่ผิวตัวนำเกินกว่านั้น “แรงดันไฟฟ้าเริ่มต้น” ของอากาศโดยรอบ, เราได้รับการปล่อยโคโรนา ซึ่งเป็นเสียงหึ่งๆ ที่เป็นลักษณะเฉพาะซึ่งแสดงถึงการสูญเสียรายได้และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า. แขนกางเขนของหอคอยต้องได้รับการออกแบบด้วย “หน้าต่าง” ใหญ่พอที่จะรักษาช่องว่างอากาศขั้นต่ำ (การกวาดล้าง) แม้ว่าสายฉนวนจะแกว่งก็ตาม 45 องศาขึ้นไปเนื่องจากลมพัดผ่าน. นี่คือจุดที่เอฟเฟ็กต์ P-Delta เข้ามามีบทบาท; ขณะที่หอคอยโน้มตัวเล็กน้อยภายใต้แรงลม, น้ำหนักแนวตั้งของตัวนำจะสร้างโมเมนต์ประหลาดเพิ่มเติมที่ซอฟต์แวร์วิเคราะห์โครงสร้างต้องวนซ้ำจนกว่าจะมาบรรจบกัน. โดยพื้นฐานแล้ว เรากำลังออกแบบโครงสร้างที่ต้องคงความยืดหยุ่นไว้ภายใต้พายุที่พัดกลับในช่วง 50 ปี ในขณะเดียวกันก็คาดการณ์ถึงความไม่ยืดหยุ่น “การโก่ง” พฤติกรรมของการค้ำยันแนวทแยง ถ้า a “ตกต่ำ” หรือ “ไมโครเบิร์สต์” เหตุการณ์เกินขีดจำกัดการออกแบบ.

ช่องว่างทางไฟฟ้าและพลวัตของฉนวน

หัวใจไฟฟ้าของหอคอย 330kV คือแผนผังระยะห่าง. เราต้องคำนึงถึงเงื่อนไขที่แตกต่างกันสามประการ: แรงดันไฟฟ้าความถี่ไฟฟ้า (การดำเนินงานมาตรฐาน), ไฟกระชากสลับ (ภาวะชั่วคราวภายใน), และแรงกระตุ้นสายฟ้า (ภาวะชั่วคราวภายนอก). สำหรับระบบ 330kV, the “ช่องว่างขั้นต่ำ” มักจะอยู่ในละแวกใกล้เคียงของ 2.2 ไปยัง 2.8 เมตร ขึ้นอยู่กับระดับความสูง. อย่างไรก็ตาม, เรายังต้องคิดถึงเรื่อง “การกระเพื่อม” ของตัวนำ - ความถี่ต่ำเหล่านั้น, การแกว่งของแอมพลิจูดสูงที่เกิดจากการสะสมของน้ำแข็งที่ไม่สมมาตรบนสายไฟ. หากหอคอยไม่ได้รับการออกแบบให้มีระยะห่างแนวตั้งระหว่างเฟสเพียงพอ (the “เฟสต่อเฟส” การกวาดล้าง), ลมกระโชกแรงอาจทำให้เกิดวาบไฟสลับช่วงกลางช่วงได้, สะดุดทั้งเส้น. ฉนวนนั้นเอง, ไม่ว่าจะเป็นกระจกแกร่งหรือยางซิลิโคนคอมโพสิต, ทำหน้าที่เป็นส่วนเชื่อมต่อทางกลระหว่างลวดที่มีไฟฟ้ากับเหล็กที่ต่อสายดิน. การกำหนดค่าสตริงตัว V หรือ I ที่เลือกสำหรับทาวเวอร์จะส่งผลต่อ “มุมสวิง.” เชือกรูปตัววีช่วยยึดตัวนำให้แน่นยิ่งขึ้น, ช่วยให้สิทธิทางแคบลงและหน้าต่างหอคอยเล็กลง, แต่จะเพิ่มต้นทุนฉนวนเป็นสองเท่าและเพิ่มภาระในแนวตั้งบนปลายแขนไขว้.

ระบบสายดิน (มนุษย์) เป็นฮีโร่ที่ไม่ได้ร้องของหอคอย 330kV. หอคอยคือสายล่อฟ้าขนาดยักษ์. เมื่อฟ้าผ่าลงมาที่ลวดบังไฟฟ้าเหนือศีรษะ (OPGW หรือเกลียวเหล็ก), กระแสน้ำไหลลงมาตามตัวหอคอย. ถ้า “ความต้านทานฐานรากของทาวเวอร์” สูงเกินไป—พูด, เกิน 10 ไปยัง 15 โอห์ม—แรงดันไฟฟ้าที่ด้านบนของทาวเวอร์จะสูงขึ้นมากจนเป็นเช่นนั้น “กะพริบกลับ” ถึงตัวนำ. นี่คือก “แฟลชโอเวอร์กลับ” เพื่อป้องกันสิ่งนี้, เราใช้อาร์เรย์กราวด์กราวด์ที่ซับซ้อนหรืออิเล็กโทรดขับเคลื่อนลึก, ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความต้านทานไฟกระชากของหอคอยยังคงต่ำพอที่จะแบ่งกระแสไฟฟ้าเป็นกิโลแอมแปร์ลงสู่พื้นโลกโดยไม่ทำลายสายฉนวน. เรายังต้องคำนึงถึง “มุมป้องกัน” การวางตำแหน่งสายดินที่จุดสูงสุดของหอคอยคำนวณโดยใช้แบบจำลองอิเล็กโทรเรขาคณิต (ประชุมผู้ถือหุ้น) เพื่อให้แน่ใจว่าตัวนำตกอยู่ภายใน “เงา” ของสายไฟชีลด์, ปกป้องพวกเขาจากการถูกฟ้าผ่าโดยตรง.

วัสดุศาสตร์และความต้านทานต่อสิ่งแวดล้อม

จากมุมมองของโลหะวิทยา, หอคอย 330kV เป็นมาสเตอร์คลาสในด้านความต้านทานการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ. เพราะหอคอยเหล่านี้คาดว่าจะยืนหยัดได้ 50 หลายปีในสภาพแวดล้อมตั้งแต่ที่ราบชายฝั่งชื้นไปจนถึงทะเลทรายที่แห้งแล้งในที่สูง, กระบวนการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนเป็นสิ่งสำคัญ. เราไม่ได้แค่ทาสีเหล็กเท่านั้น; เรากำลังสร้างพันธะโลหะโดยที่ชั้นโลหะผสมสังกะสีและเหล็กให้การปกป้องแบบเสียสละ. ความหนาของการเคลือบนี้, มักวัดเป็นไมครอน (โดยทั่วไป85μmถึง100μmสำหรับแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้), ถูกกำหนดโดยปริมาณซิลิกอนในเหล็ก, ซึ่งควบคุม “ผลของแซนเดลิน” หากมีปริมาณซิลิกอนอยู่ใน “ผิด” พิสัย, การเคลือบสังกะสีจะเปราะและเป็นสีเทา, หลุดร่อนจนทำให้เหล็กโครงสร้างเสี่ยงต่อการเกิดสนิม. เรายังต้องคำนึงถึง “การแตกหักแบบเปราะ” ของเหล็กที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์. ในเขตหนาว, เราระบุ “ผ่านการทดสอบแรงกระแทก” เหล็ก (เช่น, Q355D หรือ E) เพื่อให้แน่ใจว่าโครงตาข่ายจะไม่แตกเหมือนกระจกเมื่อถูกลมกระโชกอย่างกะทันหันในคืนที่มีอุณหภูมิ -40°C.

ความแม่นยำในการผลิตที่จำเป็นสำหรับหอคอยเหล่านี้นั้นมีมากมายมหาศาล. ทุกรูสำหรับโบลต์ถูกเจาะหรือเจาะด้วยความแม่นยำของ CNC เพราะ, ในโครงสร้างขัดแตะที่มีสมาชิกนับพันตัว, ข้อผิดพลาด 2 มม. ในแผ่นเป้าเสื้อกางเกงที่ฐานจะขยายเป็น 200 มม. ที่จุดสูงสุด. นี้ “กำลังโหลดล่วงหน้า” หรือ “ความไม่สมบูรณ์เบื้องต้น” สามารถลดความแข็งแรงของการโก่งงอของขาหลักได้อย่างมาก. เมื่อเราจำลอง. “โหลดเคส,” เราไม่ได้แค่มองดูเท่านั้น “สภาพอากาศปกติ” เราจำลอง “น้ำแข็งหนัก,” “ลวดหักในเฟส A,” “การโหลดแบบบิดจากน้ำแข็งที่ไม่สม่ำเสมอ,” และแม้กระทั่ง “กำลังโหลดการก่อสร้าง” โดยที่น้ำหนักของไลน์แมนและอุปกรณ์ปรับความตึงทำให้เกิดความเครียดเฉพาะจุดซึ่งหอคอยไม่เคยถูกกำหนดให้รับมือในสภาวะสุดท้าย.