SOLARTODO 40م برج عبور النهر: مصمم لروابط البنية التحتية الحيوية

المقدمة

برج SOLARTODO 40م لعبور النهر هو هيكل نقل عالي الجهد متخصص مصمم للحفاظ على سلامة الشبكة عبر عقبات جغرافية كبيرة مثل الأنهار الواسعة، والوديان العميقة، والممرات المائية القابلة للملاحة. باعتباره حجر الزاوية لشبكات الطاقة الإقليمية بجهد 110 كيلو فولت، يضمن هذا البرج تدفق الكهرباء دون انقطاع، مما يدعم النشاط الاقتصادي وحياة المجتمع. تم تصميمه لامتداد اسمي يبلغ 800 متر، حيث يتناول التحديات الفريدة للعبور طويل المدى، بما في ذلك توتر الموصلات المرتفع، وتحميل الرياح، والحاجة إلى ارتفاع كاتيني كبير. يضمن تصميمه القوي والمواد الفائقة جودة عمر خدمة يتجاوز 50 عامًا، مما يجعله من الأصول طويلة الأمد للبنية التحتية الحيوية للطاقة.

هذا الهيكل الذي يبلغ ارتفاعه 40 مترًا مصمم خصيصًا لتوفير ارتفاع كاتيني أدنى يبلغ 25 مترًا، مما يتيح مرور حركة المرور البحرية بأمان على الأنهار القابلة للملاحة وفقًا للوائح الدولية والمحلية. يدعم البرج دائرتين مستقلتين، مما يعزز موثوقية الشبكة ومرونتها. من خلال استخدام تصميم شبكي فولاذي ثقيل، يحقق توازنًا مثاليًا بين القوة والوزن والجدوى الاقتصادية، بينما يضمن قاعدته العريضة استقرارًا استثنائيًا ضد القوى الديناميكية المتأصلة في التطبيقات طويلة المدى. تم تصميم النظام بالكامل وفقًا لأعلى المعايير الدولية، بما في ذلك IEC 60826 لمعايير التحميل والتصميم، مما يضمن الأداء والسلامة تحت أقسى الظروف البيئية.

الهندسة الإنشائية والتصميم

تستند السلامة الهيكلية لبرج عبور النهر 40م إلى مبادئ هندسية متقدمة واستخدام مواد عالية القوة. يتكون جسم البرج من هيكل فولاذي ثقيل، يستخدم بشكل أساسي فولاذ من الدرجة Q420 وQ460 لأعضائه، مما يوفر قوة شد ممتازة ومتانة. تم تحسين هذا الهيكل الشبكي، الذي يتميز بشبكة معقدة من التقوية المتقاطعة، من خلال تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتحمل مجموعة معقدة من الأحمال الثابتة والديناميكية. تشمل هذه الأحمال التوتر الهائل الناتج عن امتداد الموصلات ACSR-240 بطول 800 متر، وقوى الرياح المحسوبة لسرعات تصل إلى 140 كم/ساعة (حوالي 39 م/ث)، وتراكم الجليد المحتمل بسمك يصل إلى 15 مم، كما هو محدد في شروط تحميل الفئة ب.

تعتبر هندسة البرج جانبًا حاسمًا في تصميمه. مع ارتفاع يبلغ 40 مترًا، يتميز بقاعدة أوسع بكثير مقارنةً بأبراج التعليق القياسية لمواجهة لحظات الانقلاب الكبيرة الناتجة عن الرياح وتوتر الموصلات. توزع هذه القاعدة العريضة الحمل على مساحة أكبر، مما يعزز الاستقرار ويقلل من ضغط الأرض. يتضمن التصميم أيضًا أحكامًا لأجهزة مكافحة الاهتزاز، والتي تعتبر حيوية للتخفيف من آثار الاهتزازات الهوائية واهتزاز الموصلات - وهو تذبذب منخفض التردد وعالي السعة يمكن أن يسبب أضرارًا هيكلية وانقطاعًا في الطاقة. كل عنصر هيكلي، من الأعضاء الرئيسية إلى أصغر البراغي، يتم تغليفه بالغمس الساخن، مما يوفر طلاء زنك وقائي يمنع التآكل ويطيل عمر تصميم البرج إلى 50 عامًا مع الحد الأدنى من الصيانة، وفقًا لمعايير مثل ISO 1461.

أنظمة الموصلات والعزل

في قلب وظيفة البرج تكمن قدرته على دعم وعزل الموصلات عالية الجهد بأمان. تم تصميم برج عبور النهر 40م لتطبيق دائرتين بجهد 110 كيلو فولت، باستخدام موصل واحد من موصلات الألمنيوم المدعومة بالفولاذ (ACSR) لكل مرحلة. يوفر موصل ACSR-240 المحدد توازنًا مثاليًا بين القدرة على حمل التيار (القدرة الكهربائية) والقوة الميكانيكية، وهو أمر ضروري لامتداد التصميم البالغ 800 متر. يوفر القلب الفولاذي القوة الشديدة المطلوبة لدعم وزن الموصل على المسافة الطويلة ومقاومة الأحمال البيئية، بينما توفر الخيوط الخارجية من الألمنيوم مسارًا منخفض المقاومة للتيار الكهربائي، مما يقلل من خسائر النقل وفقًا لمعايير IEEE 738 لتصنيف الموصلات.

يعتبر العزل أمرًا بالغ الأهمية للسلامة وموثوقية التشغيل. يمكن تجهيز البرج إما بعوازل خزفية تقليدية أو بعوازل بوليمر مركبة حديثة. بينما تتمتع العوازل الخزفية بتاريخ طويل من الخدمة الموثوقة، فإن العوازل المركبة، التي تكلف حوالي 150 دولارًا لكل وحدة، تُفضل بشكل متزايد لخصائصها الخفيفة، وأدائها الفائق في البيئات الملوثة، ومقاومتها العالية للتخريب. تم تصميم هذه السلاسل العازلة لتوفير مسافة كافية لمنع التفريغ الكهربائي تحت الظروف الملوثة ولتحمل الضغوط الميكانيكية العالية لعبور المسافات الطويلة. في قمة البرج، يتم تثبيت سلك أرضي بصري (OPGW). يعمل هذا المكون ذو الغرض المزدوج كسلك حماية، يحمي موصلات الطور من ضربات البرق المباشرة، بينما يدمج أيضًا كابلات الألياف الضوئية داخل هيكله. وهذا يوفر بنية تحتية للاتصالات عالية السرعة لنظام SCADA (نظام التحكم والمراقبة) الخاص بالمرافق، مما يتيح المراقبة والتحكم في شبكة الطاقة في الوقت الحقيقي.

الأساس والتأريض

يتطلب هيكل بهذا الحجم أساسًا قويًا لضمان الاستقرار على المدى الطويل. يعتمد تصميم الأساس لبرج عبور النهر 40م بشكل كبير على الظروف الجيوتقنية المحددة لموقع التركيب. في ظروف التربة المستقرة، يتم عادة استخدام قاعدة خرسانية مسلحة قياسية. يتضمن ذلك حفر منطقة كبيرة وصب قاعدة خرسانية ضخمة، وغالبًا ما يتطلب أكثر من 100 متر مكعب من الخرسانة، لتوزيع وزن البرج وأحمال التشغيل. يمكن تقدير تكلفة مثل هذا الأساس بحوالي 350 دولارًا لكل متر مكعب من الخرسانة.

في ظروف أقل ملاءمة، مثل التربة الرخوة الشائعة على ضفاف الأنهار، يكون من الضروري استخدام نظام أساس عميق باستخدام الركائز. يتم دفع أو حفر الركائز، التي يمكن أن تكلف أكثر من 800 دولار لكل متر، إلى عمق الأرض للوصول إلى طبقة تربة مستقرة أو صخرية، مما ينقل حمل البرج إلى طبقة تحمل كفؤة. يجب أن يأخذ تصميم الأساس في الاعتبار ليس فقط الأحمال الرأسية الثابتة والحية، ولكن أيضًا لحظات الانقلاب الكبيرة وقوى القص الناتجة عن الرياح وتوتر الموصلات.

يعد التأريض الفعال ميزة أمان حيوية، مصممة لتفريغ تيارات العطل وضربات البرق بأمان إلى الأرض. تم تصميم نظام التأريض للبرج لتحقيق مقاومة قدم منخفضة، عادة أقل من 10 أوم وفقًا للممارسات القياسية. في المناطق ذات النشاط العالي للبرق، غالبًا ما يتم تحديد متطلبات أكثر صرامة تقل عن 4 أوم. يتم تحقيق ذلك من خلال تركيب شبكة من الموصلات المدفونة، عادةً من النحاس أو الفولاذ المجلفن، التي تمتد من قاعدة البرج، وقد تشمل قضبان تأريض مدفوعة عميقًا للوصول إلى طبقات التربة الأكثر توصيلًا. تبلغ التكلفة الإجمالية لنظام التأريض الشامل حوالي 2500 دولار لكل برج.

السلامة، الامتثال، والصيانة

تعتبر السلامة والامتثال أمورًا غير قابلة للتفاوض في تصميم وتشغيل البنية التحتية الحيوية للطاقة. تم تصميم برج SOLARTODO 40م لعبور النهر وفقًا صارم لمجموعة من المعايير الدولية والوطنية. تلتزم معايير التصميم والتحميل الأساسية بـ IEC 60826، التي توفر إطارًا شاملاً لتصميم هياكل خطوط النقل الهوائية. بالإضافة إلى ذلك، يتم تضمين المعايير الإقليمية مثل GB 50545 في الصين لتلبية المتطلبات التنظيمية المحلية. يتم حساب تصنيفات قدرة الموصلات بناءً على IEEE 738، وغالبًا ما تشير التصميمات الهيكلية إلى إرشادات من ASCE 10-15.

بالنسبة لعبور الأنهار، يجب الالتزام باللوائح المحددة المتعلقة بسلامة الملاحة. يضمن ارتفاع الكاتيني البالغ 25 مترًا مرورًا آمنًا للسفن، ويجهز البرج بأضواء تحذير للطيران والملاحة كما هو مطلوب من قبل السلطات البحرية والطيران. تضمن هذه الأنظمة أن يكون البرج مرئيًا للطيارين وقادة السفن في جميع الظروف الجوية، ليلاً ونهارًا.

تعتبر الصيانة اعتبارًا آخر رئيسيًا لضمان عمر التصميم للبرج البالغ 50 عامًا. يوفر التشطيب الفولاذي المجلفن بالغمس الساخن عقودًا من الحماية من التآكل، ولكن الفحوصات الدورية ضرورية. يتم إجراء هذه الفحوصات، التي تُجرى غالبًا باستخدام الطائرات بدون طيار لتقليل المخاطر والتكاليف، لتقييم حالة الأعضاء الفولاذية، والبراغي، والعوازل، والموصلات. يتم فحصها بحثًا عن علامات التآكل، أو التوصيلات الفضفاضة، أو الأضرار الناتجة عن العوامل البيئية. كما يسهل استخدام OPGW المراقبة المتقدمة، مما يسمح بدمج أجهزة استشعار للكشف عن انحناء الموصل، والاهتزاز، ومعلمات أخرى في الوقت الحقيقي، مما يمكّن استراتيجية صيانة استباقية تعتمد على الحالة.