SOLARTODO 35م 110كف برج نقل عمودي: العمود الفقري لشبكات الطاقة الإقليمية

1. المقدمة: الهندسة من أجل استقرار الشبكة

يعتبر برج النقل العمودي SOLARTODO 35م 110كف مكونًا حيويًا للبنية التحتية مصممًا لشبكات نقل الطاقة عالية الاعتمادية. كأكثر الهياكل شيوعًا في أي خط نقل معين، حيث يمثل 70-80% من جميع الأبراج، يوفر البرج العمودي (أو برج التعليق) الدعم الأساسي للموصلات في الأقسام المستقيمة. تم تصميمه لتلبية المتطلبات الصارمة لعمود الطاقة الإقليمي، حيث يُعتبر هذا البرج الفولاذي ذو الدائرتين مُحسّنًا لفئة جهد 110 كيلوفولت (كف)، ويدعم مدى نموذجي يبلغ 350 مترًا. يوازن تصميمه بعناية بين السلامة الهيكلية، والأداء الكهربائي، والكفاءة الاقتصادية، مما يضمن تدفق الطاقة المستمر الذي يغذي المجتمعات والصناعات. وفقًا للمعايير الدولية مثل IEC 60826 للتحميل والتصميم، يُعد هذا البرج شهادة على الهندسة المتينة والموثوقية التشغيلية على المدى الطويل. [1]

2. التصميم الهيكلي وسلامة المواد

إطار البرج البالغ ارتفاعه 35 مترًا هو هيكل فولاذي شبكي ذاتي الدعم، وهو تصميم تم اختياره لقوته الاستثنائية نسبة إلى وزنه وفعاليته من حيث التكلفة. تم بناؤه بشكل أساسي من درجات الفولاذ الهيكلي عالية القوة مثل Q420 وQ460، حيث تم تصميم أعضاء البرج لتحمل مجموعة معقدة من الأحمال الثابتة والديناميكية. الوزن الإجمالي للهيكل الفولاذي حوالي 5.5 طن. لضمان عمر تصميم يبلغ 50 عامًا، تخضع جميع مكونات الفولاذ لعملية جلفنة بالغمر الساخن، حيث يتم تطبيق طبقة واقية من الزنك بسمك لا يقل عن 85 ميكرومتر (ميكرون). توفر هذه الطبقة مقاومة فائقة للتآكل ضد العناصر الجوية، مما يقلل بشكل كبير من متطلبات الصيانة على مدار عمر البرج. يوفر القاعدة ذات الأرجل الأربعة أساسًا مستقرًا، حيث تتناقص نحو الأعلى إلى قمة تدعم السلك الأرضي، مما يضمن استقرار الهيكل حتى في ظروف الطقس السيئة كما هو محدد في ASCE 10-15. [2]

3. النظام الكهربائي وتكوين الموصلات

تم تصميم البرج لتكوين دائرتين، حيث يمكنه حمل دائرتين كهربائيتين ثلاثيتي الطور مستقلتين، مما يعزز سعة النقل والاحتياطية لممر الطاقة. يتم دعم كل طور بواسطة موصل ACSR 240 (موصل الألمنيوم المدعم بالفولاذ)، وهو خيار قياسي لخطوط 110كف نظرًا لتوازنه الأمثل بين الموصلية وقوة الشد، كما هو مُصنف من قبل IEEE 738. [3] يتم تعليق الموصلات من الأذرع العرضية بواسطة مجموعات عوازل I-string، مما يسمح للموصل بالتأرجح استجابةً للرياح، مما يقلل من الضغط الميكانيكي على هيكل البرج. يمكن للعملاء الاختيار بين العوازل التقليدية المصنوعة من البورسلين، التي تقدم موثوقية مثبتة بتكلفة حوالي 80 دولارًا لكل وحدة، أو العوازل المتقدمة المصنوعة من البوليمر المركب. يوفر الخيار المركب، الذي يُسعر بحوالي 150 دولارًا لكل وحدة، فوائد مثل الوزن الأخف (مما يقلل من حمل البرج بنسبة تصل إلى 90% لمكون العازل)، ومقاومة أعلى للتخريب، وأداء متفوق في البيئات الملوثة. في قمة البرج، يتم تثبيت سلك أرضي بصري (OPGW)، الذي يخدم غرضين: حماية الموصلات من ضربات البرق وتوفير قناة اتصالات ألياف ضوئية عالية السرعة لمراقبة الشبكة ونقل البيانات، وهي ميزة حيوية لشبكات الطاقة الذكية الحديثة.

4. الأداء تحت الأحمال البيئية

تم تصميم الأبراج العمودية بشكل أساسي لتحمل الأحمال الرأسية الناتجة عن وزن الموصلات والأحمال العرضية الناتجة عن ضغط الرياح. تم تصميم برج SOLARTODO 35م 110كف لتحمل سرعات رياح من الفئة B (حوالي 140 كم/ساعة أو 39 م/ث) وتراكم الجليد الشعاعي حتى 15 مم، وفقًا لـ IEC 60826. [1] بينما تدعم الأبراج العمودية الخط في الأقسام المستقيمة، إلا أنها ليست مصممة لتحمل الشد الطولي الكبير للخط بالكامل؛ هذه هي وظيفة أبراج الربط أو الشد الموضوعة في فترات استراتيجية. ومع ذلك، يأخذ التصميم في الاعتبار ظروف كسر الموصل، مما يضمن أن فشل موصل واحد لا يؤدي إلى انهيار متسلسل للخط بالكامل. تلعب العوازل المعلقة I-string دورًا حيويًا في الأداء الميكانيكي، مما يسمح للموصل بالتأرجح وامتصاص طاقة الرياح، وبالتالي منع انتقال الضغط المفرط إلى الأذرع العرضية والجسم الرئيسي للبرج.

5. الأساس ونظام التأريض

يعتبر الأساس الآمن والتأريض الفعال أمرين حيويين لسلامة واستقرار أي برج نقل. يتطلب التصميم القياسي أساسًا من الخرسانة المسلحة، حيث يكون حجم الخرسانة عادةً حوالي 15-20 متر مكعب، حسب تحليل التربة. في المناطق ذات قدرة تحمل التربة الضعيفة، يتم استخدام أساسات عميقة، مدفوعة إلى عمق يضمن الاستقرار. نظام التأريض هو ميزة أمان حيوية، مصمم لتفريغ ضربات البرق والأعطال الكهربائية بأمان إلى الأرض. يتكون من شبكة من الموصلات المدفونة المتصلة بأرجل البرج. الهدف التصميمي لمقاومة أساس البرج هو أقل من 10 أوم في ظروف التربة القياسية، وهو متطلب يصبح أكثر صرامة (أقل من 4 أوم) في المناطق ذات النشاط العالي من البرق، مما يضمن حماية البرج وسلامة نظام الطاقة.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

1. ما هي الوظيفة الأساسية لبرج عمودي مقارنة بأنواع الأبراج الأخرى؟

يستخدم البرج العمودي، المعروف أيضًا ببرج التعليق، لدعم الموصلات في الأقسام المستقيمة من خط النقل. يتعامل بشكل أساسي مع الوزن العمودي والأحمال العرضية الناتجة عن الرياح. على عكس الأبراج الزاوية أو أبراج النهاية الميتة، فإنه ليس مصممًا لتحمل الشد الطولي الكامل للموصلات. تشكل الأبراج العمودية 70-80% من الهياكل في خط نموذجي، مما يجعلها النوع الأكثر شيوعًا وفعالية من حيث التكلفة.

2. لماذا تم تحديد ACSR 240 لهذا البرج بجهد 110كف؟

يعتبر ACSR (موصل الألمنيوم المدعم بالفولاذ) 240 موصلًا قياسيًا صناعيًا لخطوط نقل 110كف. يشير الرقم "240" إلى المساحة العرضية الاسمية للألمنيوم بالمليمتر المربع. يوفر هذا الموصل توازنًا مثاليًا بين الموصلية الكهربائية من خيوطه الألمنيومية المتعددة وقوة الشد العالية من نواته الفولاذية. يسمح هذا المزيج بنقل الطاقة بكفاءة على مدى تصميم يبلغ 350 مترًا مع تحمل الضغوط الميكانيكية مثل تحميل الرياح والجليد.

3. ما هي مزايا استخدام العوازل المركبة مقارنة بالبورسلين التقليدي؟

تقدم العوازل المركبة عدة مزايا رئيسية. فهي أخف وزنًا بنسبة تصل إلى 90% من نظيراتها المصنوعة من البورسلين، مما يقلل من الحمل الهيكلي الإجمالي على البرج. كما أن غلافها البوليمري مقاوم للغاية للتخريب، مثل الأضرار الناتجة عن الطلقات النارية. علاوة على ذلك، توفر سطحها الكاره للماء أداءً متفوقًا في المناطق الملوثة أو الساحلية من خلال منع تكوين أفلام مائية موصلة، مما يقلل من احتمالية حدوث تفريغ كهربائي ويحسن موثوقية الشبكة.

4. كيف يعزز OPGW (سلك الأرض البصري) وظيفة الشبكة؟

يؤدي OPGW دورين حيويين. أولاً، كونه سلك أرضي يقع في أعلى نقطة من البرج، فإنه يلتقط ضربات البرق، مما يحمي الموصلات الحاملة للتيار أدناه. ثانيًا، يحتوي على ألياف بصرية داخل الكابل. توفر هذه الألياف مسار اتصالات عالي النطاق وعالي السرعة خالٍ من التداخل للمرافق لمراقبة والتحكم في شبكة الطاقة في الوقت الحقيقي، وهي تقنية أساسية لتطبيقات الشبكات الذكية الحديثة وأنظمة SCADA.

5. ما هو العمر التصميمي النموذجي وما هي الصيانة المطلوبة؟

تم تصميم برج SOLARTODO 35م 110كف لعمر خدمة يبلغ 50 عامًا. يتم تحقيق هذه المتانة من خلال استخدام الفولاذ عالي القوة وعملية الجلفنة بالغمر الساخن القوية التي تحمي من التآكل. تشمل الصيانة الدورية عادةً الفحوصات البصرية للهيكل، والاتصالات، والأجهزة. كما تشمل التحقق من سلامة العوازل وضمان بقاء مقاومة نظام التأريض تحت العتبة المحددة البالغة 10 أوم.

المراجع

[1] IEC 60826:2017. معايير تصميم خطوط النقل الهوائية. اللجنة الكهروتقنية الدولية.
[2] ASCE 10-15. تصميم هياكل نقل الفولاذ الشبكي. الجمعية الأمريكية لمهندسي المدنية.
[3] IEEE 738-2012. معيار IEEE لحساب العلاقة بين التيار ودرجة الحرارة للموصلات الهوائية العارية. معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات.