عمود هجين FRP للطاقة والاتصالات بارتفاع 15م - توزيع 10kV وبنية تحتية 5G مدمجة

يمثل عمود SOLARTODO الهجين FRP بارتفاع 15 مترًا لتوزيع الطاقة والاتصالات قفزة كبيرة إلى الأمام في تصميم ونشر البنية التحتية الأساسية للمرافق. هذه الحلول المبتكرة تدمج بسلاسة توزيع الطاقة بجهد متوسط 10kV مع القدرة على استيعاب معدات الاتصالات الحديثة، بما في ذلك ما يصل إلى ثلاث هوائيات لوحية جاهزة لشبكات 5G. تم تصميم هذا العمود من مركبات البوليمر المقوى بالألياف (FRP) المتقدمة، مما يوفر بديلاً متفوقًا للمواد التقليدية مثل الفولاذ والخرسانة والخشب، حيث يقدم عمر تصميم يزيد عن 50 عامًا مع صيانة شبه معدومة. من خلال دمج خدمتين حيويتين في هيكل واحد خفيف الوزن ومقاوم للتآكل، يلبي العمود الهجين الاحتياجات الملحة لتحديث الشبكات وتوسيع شبكات 5G، خاصة في المناطق الحضرية ذات المساحات المحدودة والظروف البيئية القاسية. تصميمه لا يقلل فقط من الفوضى البصرية والمساحة المادية، بل يوفر أيضًا وفورات كبيرة في التكاليف على مدار دورة حياة الأصول، مما يتماشى مع الأهداف الاقتصادية والاستدامة.

تستند الأداء الاستثنائي لعمود SOLARTODO الهجين إلى تركيبة المواد المتقدمة. يتم تصنيع العمود باستخدام عملية لف خيوط عالية الدقة أو عملية البلتريشن، مما يضمن هيكل لاميني متسق وخالي من الفراغات. المادة الهيكلية الأساسية هي مركب من ألياف E-glass عالية القوة مدفونة في مصفوفة متينة من راتنج البوليستر أو راتنج الإيستر الفينيل. هذه التركيبة تنتج مادة تتمتع بنسبة قوة إلى وزن استثنائية، حيث تكون أخف بحوالي 70% من عمود فولاذي بنفس سعة التحميل. تتكون المصفوفة المركبة من حوالي 65-75% من ألياف E-glass من حيث الوزن، مما يوفر قوة شد تتجاوز 700 ميغاباسكال، مقارنة بالعديد من درجات الفولاذ الهيكلي. تم تحديد خيار راتنج الإيستر الفينيل لتحقيق أقصى مقاومة كيميائية ورطوبة، مما يجعله مثاليًا لبيئات التآكل C5-M (عالية جدًا بحرية) كما هو محدد في ISO 12944.

أهم خاصية لمادة FRP هي طبيعتها العازلة الفطرية. مع قوة عازلة تتجاوز عادة 15 kV/mm، يعمل العمود نفسه كعازل طبيعي. بالنسبة لتطبيق توزيع 10kV، تعزز هذه الخاصية السلامة بشكل كبير ويمكن أن تلغي الحاجة إلى سلاسل عازلة منفصلة وكبيرة، مما يقلل من عدد نقاط الفشل المحتملة ويبسّط التصميم العام. هذه العزلة الفطرية هي ميزة رئيسية تميزها عن أعمدة الفولاذ الموصلة، التي تتطلب استراتيجيات تأريض وعزل دقيقة. تتوافق خصائص المواد وعمليات التصنيع مع ASTM D4923، "المواصفة القياسية للأعمدة البلاستيكية المقواة بالحرارة".

الميزة المحددة لهذا المنتج هي تصميمه ذو الاستخدام المزدوج، الذي يجمع بين بنية الطاقة والاتصالات على عمود واحد. هذه التآزر ضروري للنشر السريع والفعال من حيث التكلفة لشبكات 5G، التي تتطلب شبكة أكثر كثافة من الهوائيات مقارنة بالأجيال السابقة من الهواتف المحمولة. تم تصميم العمود لخطوط توزيع الطاقة المتوسطة 10kV، وهو معيار شائع لدارات التغذية الحضرية والضواحي. يدعم دائرة واحدة بثلاث مراحل ويستوعب حزمة قياسية من موصل ACSR (موصل الألمنيوم المدعم بالفولاذ) لكل مرحلة، مع مدى تصميم نموذجي يبلغ 60 مترًا بين الأعمدة تحت ظروف تحميل NESC الثقيلة (يفترض 9.5 مم من الجليد و40 ميلاً في الساعة من الرياح). الذراع العرضية مصنوعة أيضًا من مركب FRP عالي القوة، مما يضمن العزل المستمر ومقاومة التآكل. بينما يكون العمود نفسه عازلًا، يتم استخدام عوازل عمود مركبة مصنفة لـ 15kV لتوصيل الموصلات لتوفير مسافة زحف محددة تزيد عن 400 مم وإنهاء ميكانيكي آمن، متوافق مع IEEE 751.

تم تعزيز القسم العلوي من العمود لدعم حمولة ثابتة تصل إلى 250 كجم، مما يستوعب ما يصل إلى ثلاث هوائيات لوحية حديثة 5G ووحدات راديو بعيدة (RRUs) المرتبطة بها. تم تصميم العمود لتحمل أحمال الرياح الناتجة عن الهوائيات، المحسوبة وفقًا لمعايير TIA-222-H. عند سرعة رياح مرجعية تبلغ 150 كم/ساعة، يتم الحفاظ على انحراف طرف العمود أقل من 5%، مما يضمن محاذاة مستقرة للهوائيات وأداء موثوق للشبكة. يوفر القلب المجوف لعمود FRP مسارًا داخليًا محميًا لتشغيل كابلات الألياف الضوئية وكابلات الطاقة إلى معدات الاتصالات، مما يحميها من الطقس والتخريب. يتم توفير نقطة تثبيت في منتصف الارتفاع لخزانة معدات مدمجة (حتى 0.5 م³)، تحتوي على وحدة النطاق الأساسي ومصدر الطاقة. يقلل هذا النهج المتكامل من الحاجة إلى أبراج خلوية منفصلة، مما يحافظ على جمالية المناطق الحضرية ويقلل من حق الطريق العام المطلوب. يمكن أن تكون التكلفة الإجمالية لنشر موقع مشترك أقل بنسبة تصل إلى 40% من بناء أعمدة الطاقة والاتصالات المنفصلة.

تم تصميم والتحقق من السلامة الهيكلية للعمود الهجين بارتفاع 15 مترًا باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتلبية أو تجاوز متطلبات IEC 60826 للتحميل ودليل ASCE Manual 10-15 لتصميم هياكل نقل الفولاذ الشبكية، مع مبادئ معدلة للمواد المركبة. يقف العمود على ارتفاع 15 مترًا (50 قدمًا) فوق مستوى سطح الأرض. يسمح الوزن الخفيف للعمود (حوالي 350 كجم) بمتطلبات أساس أبسط. يمكن دفنه مباشرة إلى عمق 2.5 متر في ظروف التربة المستقرة أو تركيبه على رصيف خرساني مع قاعدة وموصلات تثبيت. يتطلب تركيب مباشر نموذجي فقط 1.5 متر مكعب من الخرسانة، مقارنة بـ 3-4 متر مكعب لأساس عمود فولاذي مماثل. تم تصميم العمود لتحمل ضغط رياح أدنى يبلغ 0.7 كيلونيوتن/م² وسماكة جليد شعاعي تبلغ 15 مم، جنبًا إلى جنب مع توتر الموصل تحت ظروف كسر السلك. على الرغم من أنه غير موصل، يتضمن العمود موصل تأريض نحاسي داخلي أو خارجي (بحد أدنى 50 مم²) لتأريض معدات الاتصالات بأمان وتوفير مسار لحماية الصواعق، متصل بشبكة تأريض تضمن مقاومة الأساس أقل من 10 أوم، وفقًا لتوصيات IEEE 80.

تتمثل ميزة رئيسية في تقليل التعقيد والتكلفة في التركيب بشكل كبير. يمكن غالبًا تركيب عمود FRP بارتفاع 15 مترًا باستخدام رافعة خفيفة أو حتى شاحنة سلة، مما يقلل من تكاليف التنقل بنسبة تصل إلى 60% مقارنة بالأعمدة الفولاذية الثقيلة. عادةً ما يكون وقت التركيب أقل من يوم واحد. بمجرد التركيب، يصبح العمود خاليًا تقريبًا من الصيانة. تقاوم مصفوفة راتنج الإيستر الفينيل المستقرة للأشعة فوق البنفسجية التدهور الشمسي، والمادة محصنة ضد التعفن والحشرات وأضرار نقار الخشب التي تؤثر على الأعمدة الخشبية. على عكس الفولاذ المجلفن، لا يوجد طلاء لتجديده، مما يلغي تكاليف الصيانة على مدار عمره الخدمي الذي يتجاوز 50 عامًا ويمنع تسرب الزنك إلى التربة، مما يمثل فائدة بيئية كبيرة.