SOLARTODO 40m 강 횡단 타워: 중요한 인프라 연결을 위한 설계

소개

SOLARTODO 40m 강 횡단 타워는 넓은 강, 깊은 계곡 및 항행 가능한 수로와 같은 중요한 지리적 장애물을 넘어 전력망의 무결성을 유지하도록 설계된 전문 고전압 전송 구조물입니다. 지역 110kV 전력망의 초석으로서, 이 타워는 전기의 지속적인 흐름을 보장하여 경제 활동과 지역 사회의 삶을 지원합니다. 800미터의 명목 스팬을 위해 설계된 이 구조물은 높은 도체 장력, 바람 하중 및 상당한 캐터너리 간격의 필요성과 같은 긴 스팬 횡단의 고유한 도전 과제를 해결합니다. 견고한 설계와 우수한 재료는 50년 이상의 서비스 수명을 보장하여 중요한 에너지 인프라의 장기 자산이 됩니다.

이 40미터 높이의 구조물은 국제 및 지역 규정에 따라 항행 가능한 강에서 해양 교통을 안전하게 수용할 수 있도록 최소 25미터의 캐터너리 간격을 제공하도록 특별히 구성되어 있습니다. 이 타워는 두 개의 독립 회로를 지원하여 전력망의 신뢰성과 유연성을 향상시킵니다. 중량 강철 격자 설계를 채택하여 강도, 중량 및 비용 효율성의 최적 균형을 달성하며, 넓어진 기초는 긴 스팬 응용에서 본질적인 동적 힘에 대한 뛰어난 안정성을 보장합니다. 전체 시스템은 IEC 60826을 포함한 주요 국제 표준을 준수하여 설계되었으며, 가장 까다로운 환경 조건에서도 성능과 안전성을 보장합니다.

구조 공학 및 설계

40m 강 횡단 타워의 구조적 무결성은 고급 공학 원칙과 고강도 재료의 사용에 기반하고 있습니다. 타워 본체는 주로 Q420 및 Q460 등급 강철을 사용하여 제작된 중량 강철 격자로 구성되어 있으며, 이는 뛰어난 인장 강도와 내구성을 제공합니다. 이 격자 구조는 복잡한 교차 보강망으로 특징지어지며, 유한 요소 분석(FEA)을 통해 정적 및 동적 하중의 복합 조합을 견딜 수 있도록 최적화되었습니다. 이러한 하중에는 800미터 스팬의 ACSR-240 도체에서 발생하는 엄청난 장력, 시속 140km(약 39m/s)까지 계산된 바람 힘, 그리고 Class B 하중 조건에 따라 최대 15mm 두께의 얼음 축적 가능성이 포함됩니다.

타워의 기하학적 형태는 설계의 중요한 측면입니다. 40미터의 높이를 가진 이 구조물은 바람과 도체 장력으로 인해 발생하는 큰 전도 모멘트를 상쇄하기 위해 표준 서스펜션 타워에 비해 훨씬 넓은 기초를 특징으로 합니다. 이 넓은 기초는 하중을 더 넓은 면적에 분산시켜 안정성을 높이고 지면 압력을 최소화합니다. 설계에는 에올리안 진동과 도체 갤로핑의 영향을 완화하기 위한 반갤로핑 장치에 대한 조항도 포함되어 있으며, 이는 구조적 손상과 정전의 원인이 될 수 있는 저주파 고진폭 진동입니다. 주요 다리 구성원에서 가장 작은 볼트에 이르기까지 모든 구조적 요소는 열아연 도금 처리되어 부식을 방지하고 최소한의 유지보수로 타워의 설계 수명을 50년으로 연장하며, ISO 1461과 같은 표준을 준수합니다.

도체 및 절연 시스템

타워 기능의 핵심은 고전압 도체를 안전하게 지지하고 절연하는 능력입니다. 40m 강 횡단 타워는 이중 회로 110kV 응용을 위해 설계되었으며, 각 상에 대해 단일 알루미늄 도체 강철 보강(ACSR) 도체를 사용합니다. 지정된 ACSR-240 도체는 800미터 설계 스팬에 필수적인 전류 운반 용량(앰페어 수)과 기계적 강도의 최적 균형을 제공합니다. 강철 코어는 긴 거리에서 도체의 무게를 지탱하고 환경 하중에 저항하는 데 필요한 높은 인장 강도를 제공하며, 외부 알루미늄 가닥은 전류의 저항 경로를 제공하여 IEEE 738 표준에 따라 전송 손실을 최소화합니다.

안전성과 운영 신뢰성을 위해 절연은 매우 중요합니다. 타워는 전통적인 도자기 절연체 또는 현대 복합 폴리머 절연체로 장착할 수 있습니다. 도자기 절연체는 오랜 신뢰성 있는 서비스 이력을 가지고 있지만, 약 $150의 비용으로 제공되는 복합 절연체는 경량 특성, 오염된 환경에서의 우수한 성능 및 높은 반파괴 저항성으로 인해 점점 더 선호되고 있습니다. 이 절연체 문자열은 오염된 조건에서 플래시오버를 방지하기 위해 충분한 크리피지 거리를 제공하고 긴 스팬 횡단의 높은 기계적 스트레스를 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 타워의 정점에는 광섬유 접지선(OPGW)이 설치되어 있습니다. 이 이중 용도의 구성 요소는 상 도체를 직접적인 번개로부터 보호하는 방패선 역할을 하며, 그 구조 내에 광섬유 케이블을 내장하고 있습니다. 이는 유틸리티의 SCADA(감독 제어 및 데이터 수집) 시스템을 위한 고속 통신 백본을 제공하여 전력망의 실시간 모니터링 및 제어를 가능하게 합니다.

기초 및 접지

이러한 규모의 구조물은 장기적인 안정성을 보장하기 위해 견고한 기초가 필요합니다. 40m 강 횡단 타워의 기초 설계는 설치 장소의 특정 지반 조건에 크게 의존합니다. 안정적인 토양 조건에서는 일반적으로 표준 철근 콘크리트 스프레드 풋팅이 사용됩니다. 이는 넓은 지역을 파내고 대량의 콘크리트 기초를 부어 타워의 무게와 작동 하중을 분산시키는 작업을 포함하며, 종종 100세제곱미터 이상의 콘크리트를 필요로 합니다. 이러한 기초의 비용은 콘크리트 1세제곱미터당 약 $350로 추정할 수 있습니다.

덜 유리한 조건, 예를 들어 강가의 부드러운 토양에서는 파일을 사용하는 깊은 기초 시스템이 필요합니다. 드라이브 또는 드릴된 파일은 안정적인 토양 또는 암석층에 도달하기 위해 깊숙이 땅에 박혀 타워의 하중을 적합한 지지층으로 전달합니다. 기초 설계는 수직적인 고정 하중과 동적 하중뿐만 아니라 바람과 도체 장력으로 인한 상당한 전도 모멘트 및 전단력도 고려해야 합니다.

효과적인 접지는 결함 전류와 번개를 안전하게 지면으로 방출하기 위해 설계된 중요한 안전 기능입니다. 타워의 접지 시스템은 일반적으로 10옴 이하의 낮은 접지 저항을 달성하도록 설계되었습니다. 번개 활동이 높은 지역에서는 종종 4옴 이하의 보다 엄격한 요구 사항이 지정됩니다. 이는 일반적으로 구리 또는 아연 도금 강철로 된 매설된 도체 네트워크를 설치하여 달성되며, 타워 기초에서 방사형으로 뻗어 있으며, 더 전도성이 높은 토양층에 도달하기 위해 깊게 박힌 접지봉을 포함할 수 있습니다. 포괄적인 접지 시스템의 총 비용은 타워당 약 $2,500입니다.

안전, 준수 및 유지보수

안전성과 준수는 중요한 전력 인프라의 설계 및 운영에서 타협할 수 없는 요소입니다. SOLARTODO 40m 강 횡단 타워는 다양한 국제 및 국가 표준에 엄격하게 따라 설계되었습니다. 주요 설계 및 하중 기준은 IEC 60826을 준수하여 송전선 구조물 설계에 대한 포괄적인 프레임워크를 제공합니다. 또한, 중국의 GB 50545와 같은 지역 표준이 통합되어 지역 규제 요구 사항을 충족합니다. 도체의 앰페어 수 등급은 IEEE 738을 기반으로 계산되며, 구조 설계는 종종 ASCE 10-15의 지침을 참조합니다.

강 횡단에 대해서는 항행 안전과 관련된 특정 규정을 준수해야 합니다. 25미터의 캐터너리 간격은 선박의 안전한 통과를 보장하며, 타워는 해양 및 항공 당국의 요구에 따라 항공 및 항행 경고등이 장착되어 있습니다. 이러한 시스템은 모든 날씨 조건에서 낮과 밤에 조종사와 선장에게 타워가 보이도록 보장합니다.

유지보수는 타워의 50년 설계 수명을 보장하기 위한 또 다른 주요 고려 사항입니다. 열아연 도금 강철 마감은 수십 년 동안의 부식 보호를 제공하지만, 주기적인 점검이 필수적입니다. 이러한 점검은 종종 드론을 사용하여 위험과 비용을 최소화하며, 강철 구성원, 볼트, 절연체 및 도체의 상태를 평가합니다. 이들은 부식, 느슨한 장착 또는 환경 요인으로 인한 손상의 징후를 확인합니다. OPGW의 사용은 또한 고급 모니터링을 용이하게 하여 도체의 처짐, 진동 및 기타 매개변수를 실시간으로 감지하는 센서를 통합할 수 있게 하여 사전 예방적이고 조건 기반의 유지보수 전략을 가능하게 합니다.