SOLARTODO 35m 110kV送電タンジェントタワー：地域電力網の背骨

1. はじめに：グリッドの安定性のためのエンジニアリング

SOLARTODO 35m 110kV送電タンジェントタワーは、高信頼性の電力送電ネットワークのために設計された重要なインフラストラクチャーコンポーネントです。送電線において最も一般的な構造であり、全タワーの70-80%を占めるタンジェント（またはサスペンション）タワーは、直線部分における導体の主要な支持を提供します。地域の電力バックボーンの厳しい要求に応えるように設計されたこの二重回路鋼格子タワーは、110キロボルト（kV）電圧クラスに最適化されており、典型的なスパンは350メートルです。その設計は、構造的完全性、電気的性能、経済的効率のバランスを慎重に考慮しており、コミュニティや産業を支えるエネルギーの途切れない流れを確保します。IEC 60826などの国際基準に準拠したこのタワーは、堅牢なエンジニアリングと長期的な運用信頼性の証です。[1]

2. 構造設計と材料の完全性

35メートルのタワーの構造フレームワークは、自己支持型の鋼格子であり、その選択は優れた強度対重量比とコスト効率のためです。主にQ420やQ460などの高強度構造鋼グレードから構築されており、タワーの部材は静的および動的荷重の複雑な組み合わせに耐えるように設計されています。鋼構造の総重量は約5.5トンです。50年の設計寿命を確保するために、すべての鋼部品は熱浸漬亜鉛メッキ処理を施され、厚さ85マイクロメートル（μm）以上の保護亜鉛コーティングが適用されます。このコーティングは、気象要素に対する優れた耐腐食性を提供し、タワーの寿命にわたってメンテナンス要件を大幅に削減します。四脚の基部は安定した基盤を提供し、上に向かってテーパーし、接地線を支持するピークを形成し、ASCE 10-15で指定された悪天候条件下でも構造的安定性を確保します。[2]

3. 電気システムと導体構成

二重回路構成に設計されたこのタワーは、二つの独立した三相電気回路を運ぶことができ、送電能力と冗長性を向上させます。各相は、ACSR 240（アルミニウム導体鋼強化）導体によって支持されており、これは110kVラインにおける導電性と引張強度の最適なバランスを提供するための標準的な選択です（IEEE 738による評価）。[3] 導体は、風に応じて揺れることを可能にするI型ストリング絶縁体アセンブリから交差アームに吊るされています。クライアントは、約80ドルのコストで実績のある信頼性を提供する伝統的なポーセリン絶縁体か、約150ドルのコストで提供される先進的な複合ポリマー絶縁体のいずれかを選択できます。複合オプションは、軽量（絶縁体コンポーネントのタワー負荷を最大90%削減）、高い破壊耐性、汚染環境での優れた性能などの利点を提供します。タワーの頂点には光ファイバー接地線（OPGW）が設置されており、導体を雷撃から保護し、電力網の監視とデータ伝送のための高速光ファイバー通信チャネルを提供します。これは現代のスマートグリッドにとって重要な機能です。

4. 環境荷重下での性能

タンジェントタワーは、主に導体の重量からの垂直荷重と風圧からの横荷重を処理するように設計されています。SOLARTODO 35m 110kVタワーは、IEC 60826に従い、クラスBの風速（約140 km/hまたは39 m/s）および最大15mmの放射状氷付着に耐えるように設計されています。[1] タンジェントタワーは直線部分でラインを支持しますが、全体のラインの大きな縦の張力に耐えるようには設計されていません。これは、戦略的な間隔に配置されたアンカーまたはテンションタワーの役割です。しかし、設計は切断ワイヤーの条件を考慮しており、単一の導体の故障が全体のラインの連鎖的な崩壊を引き起こさないようにしています。サスペンションI型ストリング絶縁体は、機械的性能において重要な役割を果たし、導体が揺れて風エネルギーを吸収することを可能にし、タワーの交差アームや本体に過度のストレスが伝わるのを防ぎます。

5. 基礎と接地システム

安全で安定した送電タワーのためには、確実な基礎と効果的な接地が不可欠です。標準設計では、強化コンクリートのスプレッドフッティング基礎が求められ、コンクリートの体積は土壌分析に応じて通常15-20立方メートル程度です。土壌の支持力が不十分な地域では、安定性を保証する深さまで打ち込まれた深基礎が使用されます。接地システムは、雷撃や電気的故障を安全に地面に放散するために設計された重要な安全機能です。これは、タワーの脚に接続された埋設導体のネットワークで構成されています。タワーのフッティング抵抗の設計目標は、標準土壌条件で10オーム未満であり、雷活動の高い地域では4オーム未満というより厳しい要件が求められ、タワーと電力システムの完全性を確保します。

よくある質問（FAQ）

1. タンジェントタワーの主な機能は他のタワータイプと比べて何ですか？

タンジェントタワー、またはサスペンションタワーは、送電線の直線部分で導体を支持するために使用されます。主に垂直の重量と横風荷重を処理します。角度タワーやデッドエンドタワーとは異なり、導体の全縦張力に耐えるようには設計されていません。タンジェントタワーは、典型的なラインの構造物の70-80%を占め、最も一般的でコスト効果の高いタイプです。

2. なぜこの110kVタワーにACSR 240が指定されているのですか？

ACSR（アルミニウム導体鋼強化）240は、110kV送電線の業界標準導体です。「240」は、平方ミリメートル単位の名目上のアルミニウム断面積を指します。この導体は、複数のアルミニウムストランドからの電気伝導性と鋼コアからの高い引張強度の最適なバランスを提供します。この組み合わせにより、350メートルの設計スパンで効率的な電力伝送が可能であり、風や氷荷重などの機械的ストレスに耐えることができます。

3. 伝統的なポーセリンに対する複合絶縁体の利点は何ですか？

複合絶縁体は、いくつかの重要な利点を提供します。ポーセリン製のものよりも最大90%軽量で、タワーへの全体的な構造負荷を軽減します。ポリマー製のハウジングは、銃撃による損傷などの破壊行為に対して非常に耐性があります。さらに、その疎水性表面は、汚染された地域や沿岸地域での優れた性能を提供し、導電性の水膜の形成を防ぎ、フラッシュオーバーの可能性を減少させ、グリッドの信頼性を向上させます。

4. OPGW（光ファイバー接地線）はグリッド機能をどのように向上させますか？

OPGWは二つの重要な役割を果たします。第一に、タワーの最上部に位置する接地線として、雷撃を捕らえ、下の導体を保護します。第二に、ケーブル内に光ファイバーを含んでいます。これらのファイバーは、ユーティリティが電力網をリアルタイムで監視・制御するための高帯域幅で干渉のない通信経路を提供します。これは、現代のスマートグリッドアプリケーションやSCADAシステムの基盤技術です。

5. 一般的な設計寿命と必要なメンテナンスは何ですか？

SOLARTODO 35m 110kVタワーは、50年のサービス寿命を目指して設計されています。この長寿命は、高強度鋼と腐食から保護するための堅牢な熱浸漬亜鉛メッキプロセスの使用によって実現されます。定期的なメンテナンスは、構造、接続、ハードウェアの目視検査を含みます。また、絶縁体の完全性を確認し、接地システムの抵抗が指定された10オームの閾値未満であることを確認することも含まれます。

参考文献

[1] IEC 60826:2017. Overhead transmission linesの設計基準。国際電気標準会議（IEC）。
[2] ASCE 10-15. 格子鋼送電構造物の設計。アメリカ土木技術者協会（ASCE）。
[3] IEEE 738-2012. 裸の上空導体の電流-温度関係を計算するためのIEEE標準。電気電子技術者協会（IEEE）。