چگونه طراحی دکل‌های خط هوایی ۱۰ کیلوولت را انجام دهید
این مقاله با استفاده از نمونه‌های عملی، منطق انتخاب برای ستون‌های فولادی لوله‌ای ۱۰ کیلوولت را تکامل می‌دهد و قوانین کلی واضح، رویه‌های طراحی و نیازهای خاص برای استفاده در طراحی و ساخت خطوط هوایی ۱۰ کیلوولت را بحث می‌کند. شرایط خاص (مانند پرتاب‌های طولانی یا مناطق یخ‌زده سنگین) نیازمند تأییدات تخصصی اضافی بر اساس این پایه هستند تا عملکرد ایمن و قابل اعتماد برج را تضمین کنند.
قوانین کلی برای انتخاب برج‌های خطوط انتقال هوایی
انتخاب منطقی برج‌های خط هوایی باید تعادل بین سازگاری شرایط طراحی، اقتصادی بودن و امنیت اضافی را حفظ کند و این قوانین اصلی را دنبال کند تا ظرفیت تحمل بار پایدار را در طول عمر برج تضمین کند:
تأیید اولویت شرایط طراحی
قبل از انتخاب، پارامترهای طراحی کلیدی باید به طور مشخص تعریف شوند، از جمله ضخامت یخ طراحی برای رسانه‌ها و سیم‌های زمینی، سرعت باد طراحی مرجع (بر اساس دسته‌بندی B زمین)، و دوره مشخصه طیف پاسخ زلزله. برای مناطق خاص (مانند ارتفاعات بالا، مناطق باد قوی)، عوامل اصلاحی آب و هوایی محلی باید اضافه شوند تا از بارگذاری بیش از حد برج به دلیل عدم وجود پارامترها جلوگیری شود.
اصل بهینه‌سازی اقتصادی
باید نوع و ارتفاع‌های استاندارد برج‌ها را برای به حداکثر رساندن استفاده از ظرفیت بار برج و کاهش طراحی‌های سفارشی اولویت بدهیم. برای برج‌های کششی با زاویه‌های تغییر بزرگ، موقعیت‌سازی را بهینه کنید تا ارتفاع برج را کاهش دهید. بر اساس ویژگی‌های زمین، برج‌های بلند و کوتاه را ترکیب کنید تا از استفاده از برج‌های بلند در طول خط جلوگیری کنید که هزینه را می‌سرد.
نیازمندی‌های تأیید بار ایمنی
برج‌های خط مستقیم: قدرت عموماً توسط شرایط باد قوی کنترل می‌شود؛ تأیید گشتاور خمشی و انحراف برج تحت سرعت باد ماکزیمم مورد نیاز است.
برج‌های کششی (برج‌های کششی، برج‌های زاویه‌دار): قدرت و ثبات توسط کشش رسانه تعیین می‌شود؛ زاویه تغییر و کشش ماکزیمم استفاده از رسانه باید به صورت دقیق کنترل شود. اگر حد طراحی رعایت نشود، قدرت ساختاری باید محاسبه مجدد شود.
شرایط خاص: وقتی رسانه‌ها جابجا می‌شوند، تأیید کنید که فاصله الکتریکی پس از انحراف سیم‌های عایق‌بندی با الزامات کد مطابقت دارد. وقتی از برج فولادی با ولتاژ بالاتر استفاده می‌کنید، تأیید کنید که زاویه حفاظت سیم زمینی الزامات محافظت از برق‌آبی را رعایت می‌کند. وقتی دسته برج کششی از نیمساز زاویه منحرف می‌شود، هم قدرت برج و هم فاصله ایمنی الکتریکی باید به طور همزمان تأیید شوند.
فرآیند انتخاب برج استاندارد
برای تضمین منطقی بودن و ایمنی انتخاب، باید از فرآیند طراحی سیستماتیک ۷ مرحله‌ای زیر پیروی کنید تا منطق انتخاب بسته شود:
تعیین منطقه هواشناسی: بر اساس داده‌های هواشناسی مکان پروژه، منطقه هواشناسی (مانند ضخامت یخ، سرعت باد ماکزیمم، دما بسیار کم یا زیاد) را به عنوان پایه محاسبه بار تعیین کنید.
پارامترهای رسانه را انتخاب کنید: نوع رسانه (مانند ACSR، آلومینیوم پوشش داده شده با فولاد) را تعیین کنید، تعداد مدارها و عامل ایمنی (معمولاً کمتر از ۲.۵ نیست).
تطابق جدول تنش-چرخش: بر اساس پارامترهای هواشناسی و نوع رسانه انتخاب شده، جدول رابطه تنش-چرخش مربوطه را بازیابی کنید تا محدوده پرتاب قابل اجرا را تعیین کنید.
انتخاب اولیه نوع برج: بر اساس طبقه‌بندی برج (برج خط مستقیم، برج کششی) و جداول محدودیت بار برج، انواع برج‌هایی که محدودیت‌های پرتاب و مقطع رسانه را رعایت می‌کنند را اولیه انتخاب کنید.
طراحی سر برج و دسته: بر اساس ویژگی‌های توزیع خط منطقه (مانند مدار تک/دوگانه، وجود خطوط کم‌ولتا روی همان برج)، ساختار سر برج (مانند سر برج ۲۳۰ میلی‌متری، ۲۵۰ میلی‌متری) و مشخصات دسته را انتخاب کنید.
انتخاب عایق: بر اساس ارتفاع (سطح عایق‌بندی باید اصلاح شود اگر بیش از ۱۰۰۰ متر است) و سطح آلودگی محیطی (مانند مناطق صنعتی که سطح آلودگی III است)، نوع عایق (مانند سرامیک، ترکیبی) و تعداد واحد‌ها را تعیین کنید.
تعیین نوع بنیاد: بر اساس گزارش‌های زمین‌شناسی (ظرفیت تحمل خاک، سطح آب زیرزمینی)، پارامترهای فنی برج و نتایج تأیید بار بنیاد، بنیادهای پله‌ای، سوراخ‌دار یا لوله فولادی را انتخاب کنید.
اصول طراحی خاص برای ستون‌های فولادی لوله‌ای ۱۰ کیلوولت
برای ویژگی‌های خط هوایی ۱۰ کیلوولت، طراحی ستون‌های فولادی لوله‌ای باید الزامات فنی زیر را رعایت کند، تعادل بین ثبات ساختاری و راحتی ساخت را حفظ کند:
۳.۱ پارامترهای اساسی و محدوده کاربرد
محدوده پرتاب: برای ستون‌های فولادی لوله‌ای مستقیم، پرتاب افقی Lh ≤ ۸۰ متر، پرتاب عمودی Lv ≤ ۱۲۰ متر.
سازگاری با رسانه: می‌تواند خطوط رسانه عایق‌بندی آلومینیومی مانند JKLYJ-10/240 یا کمتر، ACSR مانند JL/G1A-240/30 یا کمتر، آلومینیوم پوشش داده شده با فولاد مانند JL/LB20A-240/30 یا کمتر را حمل کند.
ضریب فشار باد: ضریب تغییر ارتفاع فشار باد به طور یکنواخت بر اساس دسته‌بندی B زمین (مانند ضریب فشار باد ۱.۰ در ارتفاع ۱۰ متر، ۱.۲ در ارتفاع ۲۰ متر) محاسبه می‌شود.
۳.۲ الزامات ساختاری و مواد
طراحی بدنه ستون:
➻ قاعده بخش‌بندی: ستون ۱۹ متری در ۲ بخش، ستون ۲۲ متری در ۳ بخش؛ بخش‌ها با فلانژ (فلانژ باید از صفحه فولادی جامد ساخته شود، اتصال متقاطع ممنوع است) متصل می‌شوند.
➻ شکل مقطع: بدنه اصلی یک مقطع ۱۶ ضلعی منتظم است، تیزی یکنواخت ۱:۶۵.
➻ کنترل انحراف: تحت ترکیب بار بلندمدت (بدون یخ، سرعت باد ۵ متر بر ثانیه، دمای میانگین سالانه)، انحراف ماکزیمم بالایی ≤ ۵‰ ارتفاع ستون.
➻ نقطه محاسبه نیرو: مقادیر طراحی و استاندارد گشتاور، نیروی افقی و نیروی پایین در پایه در اتصال فلانژ پایین ستون فولادی لوله‌ای محاسبه می‌شوند.
استانداردهای مواد:
➼ بدنه اصلی و دسته: از فولاد رده Q355 استفاده کنید، کیفیت ماده کمتر از کلاس B نباشد، مجوز ماده باید ارائه شود.
➼ محافظت از خوردگی: تمام ستون (شامل بدنه اصلی، دسته، لوازم جانبی) از فرآیند گرم‌کردن و روکش دادن استفاده می‌کند؛ الزامات ضخامت روکش: حداقل ≥۷۰ میکرون، میانگین ≥۸۶ میکرون؛ آزمایش چسبندگی بعد از روکش (روش شبکه بدون پاشیدن).
۳.۳ طراحی بنیاد و اتصال
نوع بنیاد: پشتیبانی از بنیادهای پله‌ای، سوراخ‌دار و لوله فولادی؛ انتخاب باید شامل:
➬ سطح آب زیرزمینی: در حضور آب زیرزمینی، وزن واحد باری خاک و وزن واحد باری بنیاد باید در محاسبه ظرفیت تحمل استفاده شود تا از اثرات شناوری جلوگیری شود.
➬ مناطق خاک بازسازی یخی: عمق تعبیه بنیاد باید زیر عمق یخی محلی (مانند ≥۱.۵ متر در شمال شرقی چین) باشد.
الزامات اتصال:
➵ پیچ‌های گیرا: از فولاد کربنی با کیفیت بالا شماره ۳۵ استفاده کنید، رده قدرت ≥۵.۶؛ قطر و تعداد پیچ باید با نیروهای فلانژ مطابقت داشته باشد (مانند ۸ دسته پیچ M24 برای ستون ۱۹ متری).
➵ فرآیند نصب: ستون فولادی لوله‌ای به طور سخت با بنیاد از طریق پیچ‌های گیرا متصل می‌شود؛ گشتاور سفت‌کردن پیچ باید الزامات طراحی را رعایت کند (مانند گشتاور پیچ M24 ≥۳۰۰ N·m).
مثال انتخاب ستون فولادی لوله‌ای مستقیم ۱۰ کیلوولت
ستون‌های فولادی لوله‌ای مستقیم ۱۰ کیلوولت بر اساس اندازه سر برج و سناریوی کاربرد طبقه‌بندی می‌شوند. نمونه‌های اصلی انتخاب به شرح زیر است که شرایط نمونه‌ای برای خطوط تک‌مدار و دوگانه را پوشش می‌دهد:
۴.۱ سری ستون‌های فولادی لوله‌ای با سر برج ۲۳۰ میلی‌متری
طول ستون: ۱۹ متر، ۲۲ متر؛
کاربرد: خط یک‌مدار ۱۰ کیلوولت، بدون خط کم‌ولتا روی همان برج؛
سازگاری با رسانه: رسانه‌های با مقطع ≤۲۴۰ میلی‌متر مربع (مانند JKLYJ-10/120، JL/G1A-240/30)؛
محدوده پرتاب: پرتاب افقی ≤۸۰ متر، پرتاب عمودی ≤۱۲۰ متر؛
ویژگی‌های ساختاری: فاصله افقی سر برج ۸۰۰ میلی‌متر، فاصله طولی ۲۲۰۰ میلی‌متر، دسته از طرح تک‌دسته (سازگار با رسانه‌های تک‌مدار).
۴.۲ سری ستون‌های فولادی لوله‌ای با سر برج ۲۵۰ میلی‌متری
طول ستون: ۱۹ متر، ۲۲ متر؛
کاربرد: خط دوگانه ۱۰ کیلوولت، بدون خط کم‌ولتا روی همان برج؛
سازگاری با رسانه: هر مدار رسانه‌های با مقطع ≤۲۴۰ میلی‌متر مربع (مانند دوگانه JL/LB20A-240/30) را حمل می‌کند؛
محدوده پرتاب: پرتاب افقی ≤۸۰ متر، پرتاب عمودی ≤۱۲۰ متر؛
ویژگی‌های ساختاری: فاصله افقی سر برج ۱۰۰۰ میلی‌متر، فاصله طولی ۲۲۰۰ میلی‌متر، دسته از طرح دو دسته متقارن (سازگار با رسانه‌های دوگانه، از تداخل فاز جلوگیری می‌کند).
