Cómo diseñar postes de línea aérea de 10kV
Este artículo combina ejemplos prácticos para perfeccionar la lógica de selección de postes tubulares de acero de 10kV, discutiendo reglas generales claras, procedimientos de diseño y requisitos específicos para su uso en el diseño y construcción de líneas aéreas de 10kV. Las condiciones especiales (como largas secciones o zonas con hielo intenso) requieren verificaciones especializadas adicionales basadas en esta base para garantizar el funcionamiento seguro y confiable de las torres.
Reglas Generales para la Selección de Torres de Líneas Aéreas de Transmisión
La selección racional de torres de líneas aéreas debe equilibrar la adaptabilidad a las condiciones de diseño, la economía y la redundancia de seguridad, siguiendo estas reglas centrales para asegurar una capacidad de carga estable a lo largo del ciclo de vida de la torre:
Verificación Prioritaria de Condiciones de Diseño
Antes de la selección, deben definirse claramente los parámetros de diseño clave, incluyendo el espesor de hielo de diseño para conductores y cables de tierra, la velocidad de viento de referencia de diseño (según la categoría de terreno B), y el período característico del espectro de respuesta sísmica. Para áreas especiales (por ejemplo, altitudes elevadas, zonas de vientos fuertes), se deben agregar factores de corrección climáticos locales adicionales para evitar la sobrecarga de la torre debido a la falta de parámetros.
Principio de Optimización Económica
Se deben priorizar tipos y alturas de torres estandarizados para maximizar la utilización de la capacidad de carga nominal de la torre y reducir los diseños personalizados. Para torres de tensión con grandes ángulos de giro, optimice la posición para reducir la altura de la torre. Combine torres altas y bajas según las características del terreno para evitar el uso de torres altas a lo largo de toda la línea, lo que resultaría en un desperdicio de costos.
Requisitos de Verificación de Cargas de Seguridad
Torres en Línea Recta: La resistencia se controla principalmente por condiciones de vientos fuertes; se requiere la verificación del momento de flexión y la deflexión del cuerpo de la torre bajo la máxima velocidad del viento.
Torres de Tensión (Torres de Tensión, Torres de Ángulo): La resistencia y estabilidad se determinan por la tensión del conductor; el ángulo de giro y la tensión máxima de uso del conductor deben ser estrictamente controlados. Se debe recalcular la resistencia estructural si se superan los límites de diseño.
Condiciones Especiales: Cuando los conductores se transponen, verifique que el aislamiento eléctrico cumpla con los requisitos del código después de la deflexión de la cadena de aisladores. Al usar una torre de acero de un grado de tensión superior, confirme que el ángulo de protección del cable de tierra cumpla con los requisitos de protección contra rayos. Cuando el brazo cruzado de la torre de tensión se desvía del bisector del ángulo, se deben verificar simultáneamente la resistencia de la torre y la distancia de seguridad eléctrica.
Proceso Estándar de Selección de Torres
Para garantizar la racionalidad y seguridad de la selección, se debe seguir el siguiente proceso de diseño sistemático de 7 pasos para formar una lógica de selección cerrada:
Determinación de Zona Meteorológica: Basándose en los datos meteorológicos del lugar del proyecto, determine la zona meteorológica (por ejemplo, espesor de hielo, velocidad máxima del viento, temperatura extrema) como base para el cálculo de cargas.
Selección de Parámetros de Conductores: Determine el tipo de conductor (por ejemplo, ACSR, aluminio recubierto de acero), número de circuitos y factor de seguridad (generalmente no inferior a 2.5).
Coincidencia de Tabla de Tensión-Flecha: Basándose en los parámetros meteorológicos seleccionados y el tipo de conductor, recupere la tabla correspondiente de relación tensión-flecha para determinar el rango de tramos aplicable.
Selección Preliminar de Tipo de Torre: Basándose en la clasificación de torres (torre en línea recta, torre de tensión) y tablas de límite de carga de torres, seleccione preliminarmente tipos de torres que cumplan con los requisitos de tramo y sección transversal del conductor.
Diseño de Cabeza de Torre y Brazo Cruzado: Basándose en las características de disposición de la línea regional (por ejemplo, circuito simple/doble, presencia de líneas de baja tensión en el mismo poste), seleccione la configuración de la cabeza de la torre (por ejemplo, cabeza de torre de 230mm, 250mm) y especificaciones del brazo cruzado.
Selección de Aisladores: Según la altitud (el nivel de aislamiento debe corregirse si es superior a 1000m) y el nivel de contaminación ambiental (por ejemplo, las áreas industriales son nivel III de contaminación), determine el tipo de aislador (por ejemplo, porcelana, compuesto) y el número de unidades.
Determinación del Tipo de Fundación: Basándose en los informes de prospección geológica (capacidad portante del suelo, nivel freático), parámetros técnicos de la torre y resultados de verificación de fuerzas de fundación, seleccione fundaciones escalonadas, de pilotes perforados o de pilotes de tubo de acero.
Principios de Diseño Especial para Postes Tubulares de Acero de 10kV
Para las características de las líneas aéreas de 10kV, el diseño de postes tubulares de acero debe cumplir con los siguientes requisitos técnicos, equilibrando la estabilidad estructural y la comodidad de construcción:
3.1 Parámetros Básicos y Alcance de Aplicación
Límite de Tramo: Para postes tubulares de acero en línea recta, tramo horizontal Lh ≤ 80m, tramo vertical Lv ≤ 120m.
Compatibilidad de Conductores: Puede transportar líneas aisladas de conductor de aluminio como JKLYJ-10/240 o inferior, ACSR como JL/G1A-240/30 o inferior, aluminio recubierto de acero como JL/LB20A-240/30 o inferior.
Coeficiente de Presión de Viento: El coeficiente de cambio de altura de presión de viento se calcula uniformemente según la categoría de terreno B (por ejemplo, coeficiente de presión de viento 1.0 a 10m de altura, 1.2 a 20m de altura).
3.2 Requisitos Estructurales y de Material
Diseño del Cuerpo del Poste:
➻ Regla de Seccionado: poste de 19m en 2 secciones, poste de 22m en 3 secciones; secciones conectadas por flanges (los flanges deben mecanizarse a partir de placa de acero macizo, no se permite soldadura).
➻ Forma de Sección Transversal: el poste principal tiene una sección transversal de polígono regular de 16 lados, con una pendiente uniforme de 1:65.
➻ Control de Flecha: bajo la combinación de carga a largo plazo (sin hielo, velocidad del viento 5m/s, temperatura media anual), la máxima flecha en la parte superior ≤ 5‰ de la altura del poste.
➻ Punto de Cálculo de Fuerzas: los valores de diseño y estándar del momento de flexión, fuerza horizontal y fuerza descendente en la base se calculan en la conexión del flange inferior del poste tubular de acero.
Normas de Material:
➼ Poste Principal y Brazo Cruzado: utilizar acero de grado Q355, la calidad del material no debe ser inferior a la Clase B, se debe proporcionar certificación de material.
➼ Protección contra la Corrosión: todo el poste (incluyendo poste principal, brazo cruzado, accesorios) utiliza el proceso de galvanizado en caliente; requisitos de espesor de galvanizado: mínimo ≥70μm, promedio ≥86μm; se requiere prueba de adhesión después del galvanizado (método de cuadrícula sin desprendimiento).
3.3 Diseño de Fundación y Conexiones
Tipos de Fundación: soporta fundaciones escalonadas, de pilotes perforados y de pilotes de tubo de acero; la selección debe considerar:
➬ Nivel Freático: en presencia de agua subterránea, se deben utilizar el peso unitario flotante del suelo y el peso unitario flotante de la fundación en el cálculo de la capacidad portante para evitar efectos de flotación.
➬ Áreas de Suelo Expansivo: la profundidad de enterramiento de la fundación debe estar por debajo de la profundidad local de helada (por ejemplo, ≥1.5m en el noreste de China).
Requisitos de Conexión:
➵ Pernos de Anclaje: utilizar acero de carbono de alta calidad No. 35, grado de resistencia ≥5.6; el diámetro y cantidad de pernos deben coincidir con las fuerzas del flange (por ejemplo, poste de 19m con 8 conjuntos de pernos M24).
➵ Proceso de Instalación: el poste tubular de acero se conecta rígidamente a la fundación mediante pernos de anclaje; el par de apriete de los pernos debe cumplir con los requisitos de diseño (por ejemplo, par de apriete de perno M24 ≥300N·m).
Ejemplo de Selección de Postes Tubulares de Acero de 10kV en Línea Recta
Los postes tubulares de acero de 10kV en línea recta se clasifican por el tamaño de la cabeza de la torre y el escenario de aplicación. Los ejemplos de selección principales son los siguientes, cubriendo condiciones típicas para líneas de circuito simple y doble:
4.1 Serie de Postes Tubulares de Acero con Cabeza de 230mm
Longitudes de Poste: 19m, 22m;
Aplicación: línea de 10kV de circuito simple, sin línea de baja tensión en el mismo poste;
Compatibilidad de Conductores: conductores con sección transversal ≤240mm² (por ejemplo, JKLYJ-10/120, JL/G1A-240/30);
Límite de Tramo: tramo horizontal ≤80m, tramo vertical ≤120m;
Características Estructurales: separación horizontal de la cabeza de la torre 800mm, separación longitudinal 2200mm, el brazo cruzado utiliza disposición de un solo brazo (compatible con conductores de circuito simple).
4.2 Serie de Postes Tubulares de Acero con Cabeza de 250mm
Longitudes de Poste: 19m, 22m;
Aplicación: línea de 10kV de doble circuito, sin línea de baja tensión en el mismo poste;
Compatibilidad de Conductores: cada circuito lleva conductores con sección transversal ≤240mm² (por ejemplo, doble circuito JL/LB20A-240/30);
Límite de Tramo: tramo horizontal ≤80m, tramo vertical ≤120m;
Características Estructurales: separación horizontal de la cabeza de la torre 1000mm, separación longitudinal 2200mm, el brazo cruzado utiliza disposición simétrica de doble brazo (compatible con conductores de doble circuito, evitando interferencias de fase).
