SOLARTODO 40m リバークロッシングタワー：重要インフラリンクのために設計された構造

はじめに

SOLARTODO 40m リバークロッシングタワーは、広い河川、深い谷、航行可能な水路などの重要な地理的障害を越えて電力網の整合性を維持するために設計された特殊な高電圧送電構造です。地域の110kV電力網の基盤として、このタワーは経済活動や地域社会の生活を支えるために、電力の途切れない流れを確保します。800メートルの公称スパンに対応するよう設計されており、長スパンのクロッシングに特有の課題、すなわち導体の張力、風荷重、そして大きなカテナリークリアランスの必要性に対処しています。その堅牢な設計と優れた材料は、50年以上のサービスライフを保証し、重要なエネルギーインフラの長期資産となります。

この40メートルの高さの構造は、国際的および地域の規制に従い、航行可能な河川での海上交通を安全に受け入れるために、最低25メートルのカテナリークリアランスを提供するよう特別に構成されています。タワーは二つの独立した回路をサポートし、電力網の信頼性と柔軟性を向上させます。重耐久性のスチールラティスデザインを採用することで、強度、重量、コスト効率の最適なバランスを実現し、その広がった基部は長スパン用途に内在する動的力に対する卓越した安定性を確保します。全システムは、IEC 60826などの主要な国際基準に準拠して設計されており、最も過酷な環境条件下でも性能と安全性を保証します。

構造工学と設計

40m リバークロッシングタワーの構造的完全性は、先進的な工学原則と高強度材料の使用に基づいています。タワー本体は重いスチールラティスで構成されており、主にQ420およびQ460グレードのスチールを使用しており、優れた引張強度と耐久性を提供します。このラティス構造は、複雑なクロスブレースの網によって特徴付けられ、有限要素解析（FEA）を通じて静的および動的荷重の複雑な組み合わせに耐えるよう最適化されています。これらの荷重には、800メートルスパンのACSR-240導体からの巨大な張力、最大140 km/h（約39 m/s）の速度に対して計算された風力、そしてクラスB荷重条件に従って指定された最大15 mmの厚さの氷の蓄積が含まれます。

タワーの形状は設計の重要な側面です。高さ40メートルのこのタワーは、風や導体の張力によって生成される大きな転倒モーメントに対抗するために、標準的な吊り塔に比べて大幅に広い基部を特徴としています。この広い基礎フットプリントは、荷重をより大きな面積に分散させ、安定性を高め、地面への圧力を最小限に抑えます。設計には、エオリア振動や導体のギャロッピングの影響を軽減するために重要なアンチギャロッピングデバイスのための規定も組み込まれています。すべての構造要素は、主脚部材から最小のボルトに至るまで、ホットディップ亜鉛メッキされており、腐食を防ぐ保護亜鉛コーティングを提供し、最小限のメンテナンスで50年の設計寿命を延ばすことができます。これは、ISO 1461などの基準に準拠しています。

導体および絶縁システム

タワーの機能の中心は、高電圧導体を安全に支持し、絶縁する能力です。40m リバークロッシングタワーは、単相あたり1本のアルミニウム導体鋼強化（ACSR）導体を使用した二重回路110kVアプリケーション用に設計されています。指定されたACSR-240導体は、800メートルの設計スパンに必要な電流運搬能力（アンペア容量）と機械的強度の最適なバランスを提供します。スチールコアは、長距離にわたって導体の重量を支え、環境荷重に抵抗するために必要な高い引張強度を提供し、外部のアルミニウムストランドは、電流の低抵抗経路を提供し、IEEE 738基準に従って伝送損失を最小限に抑えます。

絶縁は安全性と運用の信頼性において極めて重要です。タワーは、従来のポーセリン絶縁体または現代の複合ポリマー絶縁体のいずれかを装備できます。ポーセリン絶縁体は信頼性の高いサービスの長い歴史を持っていますが、複合絶縁体は、約$150の単価で、軽量特性、汚染環境での優れた性能、および高い破壊耐性のためにますます好まれています。これらの絶縁体ストリングは、汚染された条件下でのフラッシュオーバーを防ぐために十分なクリープ距離を提供し、長スパンのクロッシングによる高い機械的応力に耐えるよう設計されています。タワーの頂点には、光ファイバーグラウンドワイヤー（OPGW）が設置されています。この二重目的のコンポーネントは、フェーズ導体を直接の落雷から保護するシールドワイヤーとして機能し、その構造内に光ファイバーケーブルを埋め込むことで、ユーティリティのSCADA（監視制御およびデータ収集）システムのための高速通信バックボーンを提供し、電力網のリアルタイム監視と制御を可能にします。

基礎および接地

この規模の構造物には、長期的な安定性を確保するための堅牢な基礎が必要です。40m リバークロッシングタワーの基礎設計は、設置場所の特定の地質条件に大きく依存します。安定した土壌条件では、標準的な鉄筋コンクリートのスプレッドフットが一般的に使用されます。これは、大きな面積を掘削し、タワーの重量と運用荷重を分散させるために、しばしば100立方メートル以上のコンクリートを注入することを含みます。このような基礎のコストは、コンクリート1立方メートルあたり約$350と見積もることができます。

河岸に一般的な軟らかい土壌など、条件があまり良くない場合には、杭を使用した深基礎システムが必要です。打ち込まれたまたは掘削された杭は、安定した土壌または岩層に達するために地中深く延長され、タワーの荷重を適切な支持層に移転します。この基礎の設計は、垂直の死荷重と生荷重だけでなく、風や導体の張力からの大きな転倒モーメントやせん断力も考慮する必要があります。

効果的な接地は、故障電流や落雷を安全に地面に放散するための重要な安全機能です。タワーの接地システムは、通常、標準的な実践に従って、10オーム以下の低いフット抵抗を達成するように設計されています。雷活動が高い地域では、4オーム未満のより厳しい要件がしばしば指定されます。これは、タワーの基部から放射状に広がる埋設導体のネットワークを設置し、より導電性の高い土壌層に達するための深く打ち込まれた接地棒を含むことによって達成されます。包括的な接地システムの総コストは、タワー1基あたり約$2,500です。

安全性、コンプライアンス、メンテナンス

安全性とコンプライアンスは、重要な電力インフラの設計と運用において譲れない要素です。SOLARTODO 40m リバークロッシングタワーは、国際的および国内の基準に厳密に従って設計されています。主な設計および荷重基準はIEC 60826に準拠しており、これはオーバーヘッドライン構造の設計に関する包括的なフレームワークを提供します。さらに、中国のGB 50545などの地域基準も組み込まれ、地域の規制要件を満たしています。導体のアンペア容量はIEEE 738に基づいて計算され、構造設計はしばしばASCE 10-15のガイドラインを参照します。

河川横断に関しては、航行安全に関する特定の規制を満たす必要があります。25メートルのカテナリークリアランスは、船舶の安全な通行を確保し、タワーは航空および航行警告灯を装備しており、海事および航空当局の要求に従っています。これらのシステムは、タワーがすべての天候条件下で、昼夜を問わずパイロットや船長に視認されることを保証します。

メンテナンスは、タワーの50年の設計寿命を確保するためのもう一つの重要な考慮事項です。ホットディップ亜鉛メッキされたスチール仕上げは数十年の腐食保護を提供しますが、定期的な検査が不可欠です。これらの検査は、リスクとコストを最小限に抑えるためにドローンを使用して行われることが多く、スチール部材、ボルト、絶縁体、導体の状態を評価します。腐食の兆候、緩んだフィッティング、または環境要因による損傷をチェックします。OPGWの使用は、高度な監視を促進し、導体のたわみ、振動、その他のパラメータをリアルタイムで検出するセンサーの統合を可能にし、プロアクティブで状態に基づくメンテナンス戦略を実現します。