Khi chúng tôi ngồi xuống để khái niệm hóa tính toàn vẹn về cấu trúc và hiệu suất cơ điện của hệ thống điện 330kV tháp đường dây truyền tải, chúng tôi không chỉ đơn thuần nhìn vào sự sắp xếp khung thép mạ kẽm; hơn là, chúng tôi đang tham gia vào một giải pháp kiến ​​trúc quan trọng để giải quyết vấn đề đánh thủng điện môi trong khí quyển và lực kéo không ngừng của trọng lực và tải trọng môi trường. Ngưỡng 330kV là điểm trung gian hấp dẫn trong điện áp cao (EHV) quang phổ, thường đóng vai trò là xương sống cho các kết nối khu vực nơi 500kV có thể là quá mức cần thiết nhưng 220kV lại thiếu mật độ năng lượng cần thiết để khắc phục $I^{2}R$ tổn thất vốn có trong truyền tải điện số lượng lớn đường dài. Để thực sự phân tích sản phẩm này, trước tiên người ta phải bị ám ảnh bởi hình dạng lưới và việc lựa chọn thép cường độ cao Q355B hoặc Q420 quyết định tỷ lệ độ mảnh của các bộ phận chân như thế nào. Chúng ta bắt đầu bằng cách nhìn tòa tháp như một dầm đúc hẫng thẳng đứng, chịu một hỗn hợp lực phức tạp bao gồm cả trọng lượng tĩnh của ACSR (Thép dẫn điện nhôm gia cố) bó, các dao động động gây ra bởi sự đổ xoáy Karman, và lực kéo theo chiều dọc rất lớn xảy ra trong trường hợp dây bị đứt.

Triết lý cấu trúc: Tối ưu hóa mạng và tải gió

Thiết kế tháp 330kV bắt đầu từ việc lựa chọn cơ bản “Thắt lưng” và “Cái lồng” kích thước. Trong cấu hình mạng tự hỗ trợ điển hình, chiều rộng của chân tháp được gắn về mặt toán học với mômen lật. Nếu chúng ta đi quá hẹp để tiết kiệm diện tích hoặc chi phí thu hồi đất, chúng tôi tăng ứng suất nén và kéo trên cuống móng, đòi hỏi những trụ bê tông lớn có thể bù đắp cho việc tiết kiệm thép. Chúng ta phải xem xét Hệ số kéo ($C_{d}$) của các thành viên góc riêng lẻ. Ở 330kV, chiều cao tháp thường dao động từ 30 đến 50 mét, đặt các cánh tay đòn phía trên trực tiếp trên đường đi của gió tầng có vận tốc cao hơn. Chúng tôi sử dụng Định luật lũy thừa hoặc Luật logarit để ngoại suy tốc độ gió từ độ cao tham chiếu tiêu chuẩn 10 mét đến chiều cao thực tế của các phụ kiện dây dẫn. Cường độ nhiễu loạn ở những độ cao này tạo ra một chu kỳ mỏi mà hầu hết các nhà thiết kế đều đánh giá thấp; mỗi cơn gió giật đều gây ra một độ lệch vi mô ở các khớp mạng, khiến việc lựa chọn bu lông cường độ cao M16 đến M24 và các thông số mô-men xoắn tiếp theo của chúng trở thành vấn đề tồn tại lâu dài về kết cấu thay vì chỉ lắp ráp đơn giản.

Tiến sâu hơn vào vấn đề kỹ thuật, chúng ta phải giải quyết “Hiệu ứng gói.” Ở 330kV, chúng tôi hầu như luôn thấy cấu hình dây dẫn hai bó. Đây không chỉ là về khả năng mang dòng điện; đó là về việc quản lý độ dốc điện áp bề mặt. Nếu cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn vượt quá giá trị cho phép “điện áp khởi động” của không khí xung quanh, chúng ta nhận được sự phóng điện hào quang—âm thanh vo ve đặc trưng tượng trưng cho doanh thu bị mất và nhiễu điện từ. Tay đòn ngang của tháp phải được thiết kế bằng “Cửa sổ” đủ lớn để duy trì khe hở không khí tối thiểu (giải tỏa) ngay cả khi dây cách điện đung đưa 45 độ hoặc hơn do gió chéo. Đây là lúc hiệu ứng P-Delta phát huy tác dụng; khi tòa tháp hơi nghiêng dưới áp lực gió, trọng lượng thẳng đứng của dây dẫn tạo ra mômen lệch tâm bổ sung mà phần mềm phân tích kết cấu phải lặp lại cho đến khi hội tụ. Về cơ bản, chúng tôi đang thiết kế một cấu trúc phải duy trì tính đàn hồi dưới các cơn bão chu kỳ 50 năm trong khi dự đoán khả năng không co giãn. “oằn” hành vi của giằng chéo nếu một “sự suy sụp” hoặc là “vụ nổ vi mô” sự kiện vượt quá giới hạn thiết kế.

Độ hở điện và động lực cách điện

Tâm điện của tháp 330kV là sơ đồ tĩnh điện. Chúng ta phải tính đến ba điều kiện riêng biệt: điện áp tần số nguồn (hoạt động tiêu chuẩn), sự đột biến chuyển mạch (quá độ nội bộ), và xung sét (quá độ bên ngoài). Đối với hệ thống 330kV, các “Khoảng cách tối thiểu” thường ở lân cận của 2.2 đến 2.8 mét tùy theo độ cao. Tuy nhiên, chúng ta cũng phải suy nghĩ về “phóng nhanh” của dây dẫn—những dây dẫn tần số thấp, dao động biên độ cao gây ra bởi sự tích tụ băng không đối xứng trên dây. Nếu tháp không được thiết kế với khoảng cách dọc giữa các pha đủ lớn (các “Giai đoạn này sang giai đoạn khác” giải tỏa), một cơn gió mạnh có thể gây ra hiện tượng phóng điện giữa nhịp, vấp ngã toàn bộ dòng. Bản thân chất cách điện, dù là kính cường lực hay cao su silicon composite, đóng vai trò là mặt tiếp xúc cơ học giữa dây điện có điện và thép nối đất. Cấu hình chuỗi chữ V hoặc chuỗi chữ I được chọn cho tháp sẽ ảnh hưởng đến “Góc xoay.” Dây chữ V giữ dây dẫn chắc chắn hơn, cho phép lối đi hẹp hơn và cửa sổ tháp nhỏ hơn, nhưng nó làm tăng gấp đôi chi phí cách điện và tăng tải trọng thẳng đứng lên đầu cánh tay đòn.

Hệ thống nối đất (sự vun) là anh hùng thầm lặng của tháp 330kV. Tháp là cột thu lôi khổng lồ. Khi sét đánh vào dây điện trên cao (OPGW hoặc sợi thép), dòng điện chạy xuống thân tháp. Nếu “Sức kháng chân tháp” quá cao—nói, kết thúc 10 đến 15 Ohms—điện áp trên đỉnh tháp sẽ tăng cao đến mức nó “nhấp nháy trở lại” tới người chỉ huy. Đây là một “Quay lại Flashover.” Để ngăn chặn điều này, chúng tôi sử dụng dãy nối đất hướng tâm phức tạp hoặc các điện cực dẫn động sâu, đảm bảo rằng trở kháng đột biến của tháp vẫn đủ thấp để truyền dòng điện hàng km vào đất mà không phá hủy các dây cách điện. Chúng ta cũng phải xem xét “Góc che chắn.” Vị trí của dây nối đất ở đỉnh tháp được tính toán bằng Mô hình hình học điện (EGM) để đảm bảo rằng các dây dẫn nằm trong “bóng tối” của các dây lá chắn, bảo vệ chúng khỏi bị sét đánh trực tiếp.

Khoa học vật liệu và sức đề kháng môi trường

Dưới góc độ luyện kim, tháp 330kV là bậc thầy về khả năng chống ăn mòn trong khí quyển. Bởi vì những tòa tháp này được kỳ vọng sẽ đại diện cho 50 năm trong các môi trường khác nhau, từ đồng bằng ven biển ẩm ướt đến các sa mạc khô cằn trên cao, quá trình mạ kẽm nhúng nóng là rất quan trọng. Chúng tôi không chỉ sơn thép; chúng tôi đang tạo ra một liên kết luyện kim trong đó các lớp hợp kim kẽm-sắt mang lại sự bảo vệ hy sinh. Độ dày của lớp phủ này, thường được đo bằng micron (thường là 85μm đến 100μm đối với các điện áp này), được quyết định bởi hàm lượng silicon trong thép, điều khiển “Hiệu ứng Sandelin.” Nếu hàm lượng silic nằm trong “sai” phạm vi, lớp mạ kẽm trở nên giòn và xám, bong tróc và khiến kết cấu thép dễ bị rỉ sét. Chúng ta cũng phải xem xét “gãy xương giòn” thép ở nhiệt độ dưới 0. Ở những vùng lạnh giá, chúng tôi chỉ định “Đã kiểm tra tác động” Thép (ví dụ, Q355D hoặc E) để đảm bảo rằng mạng không bị vỡ như thủy tinh khi bị gió thổi bất ngờ vào đêm -40°C.

Độ chính xác sản xuất cần thiết cho những tòa tháp này là rất lớn. Mọi lỗ cho bu lông đều được đục lỗ hoặc khoan với độ chính xác CNC vì, trong một cấu trúc mạng có hàng ngàn thành viên, sai số 2mm ở tấm lót ở chân đế sẽ khuếch đại thành độ nghiêng 200mm ở đỉnh. Cái này “Tải trước” hoặc là “Sự không hoàn hảo ban đầu” có thể làm giảm đáng kể độ bền uốn của chân chính. Khi chúng tôi mô phỏng “Thùng tải,” chúng tôi không chỉ nhìn vào “Thời tiết bình thường.” Chúng tôi mô phỏng “Băng nặng,” “Dây bị đứt ở giai đoạn A,” “Tải xoắn từ băng không đồng đều,” và thậm chí “Đang tải xây dựng” trong đó trọng lượng của người thợ dây và thiết bị căng tạo ra ứng suất cục bộ mà tòa tháp không bao giờ có ý định xử lý ở trạng thái cuối cùng.