بازوهای متقاطع عایق شده و معمولی برای دکل خط انتقال

در طول چند دهه گذشته، مفاهیم مختلفی در طراحی خطوط برق هوایی ظاهر شد که عمدتاً با توجه به محدودیت‌های محیطی رو به رشد و افزایش تقاضای برق [1]. به طور سنتی، مواد مورد استفاده برای بازوهای متقاطع در خطوط توزیع و انتقال عبارتند از فولاد [2]، چوب [3] و فایبرگلاس [4]. اخیراً از بازوهای متقاطع مرکب برای جایگزینی دستگاه های متقابل سنتی استفاده شده است [5]، [6]، [7].

از آنجایی که بخش برق انتظار دارد خطوط انتقال تا 30 سال با حداقل وقفه کار کنند، یکی از نگرانی های اصلی عملکرد ساختاری برج ها و عملکرد مواد پلیمری است. عایق های یک خط انتقال در معرض تنش مکانیکی بالایی قرار دارند و باید مقاومت الکتریکی بالایی از مواد عایق ایجاد کنند تا از جریان های نشتی به زمین جلوگیری شود [8].

انگیزه پشت بازوهای متقاطع کامپوزیت برای سال ها وجود داشته است، اگرچه طراحی های اولیه برای جایگزینی سازه های مشبک به دلیل محدودیت در مواد عایق عملی تلقی نمی شدند. کیموتو و همکاران [9] جزئیات طراحی و آزمایش‌ها را بر روی نمونه‌های اولیه یک بازوهای متقاطع عایق 345 کیلوولتی و عایق دو بازویی ارائه کرد. رحمان و همکاران [10] استفاده از بازوهای متقاطع پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) در خطوط انتقال را برای جایگزینی بازوهای متقاطع معمولی نشان داد که ویژگی‌های برتری مانند نسبت استحکام به وزن بالا، توانایی مقاومت در برابر شرایط محیطی شدید و مقاومت در برابر خوردگی را نشان داد. . علاوه بر این، FRP ذاتاً پایداری شیمیایی خوبی دارد و قادر به تحمل ضربه رعد و برق است.

با توجه به پروژه های جدید، استفاده از واحدهای کامپوزیتی جایگزین بازوهای متقاطع فولادی معمولی ممکن است باعث کاهش عرض حق تقدم (ROW) شود، اما دلیل اصلی کاربرد آنها کاهش هزینه های بهره برداری و نگهداری است [11]. هزینه های مرتبط با ROW به دلیل قیمت بالای زمین، در دسترس بودن محدود زمین، و محدودیت های قانونی برای اخذ مجوزهای لازم، به ویژه در مناطق شهری، افزایش یافته است [1]. با توجه به عملکرد عایق مواد کامپوزیتی، عایق های تعلیق ممکن است با بازوهای متقاطع کامپوزیت جایگزین شوند. در مقایسه با سازه های انتقال سنتی، هادی ها به جای اینکه توسط عایق های تعلیق معمولی پشتیبانی شوند، مستقیماً به عایق بازوی متقاطع متصل می شوند.

رولند و همکاران [12] گزارش داد که بازوهای متقاطع در مقایسه با خطوط انتقال سنتی مجهز به عایق‌های تعلیق، افزایش مقاومت ولتاژ الکتریکی، کاهش ارتفاع برج‌ها، تصویب سریع‌تر پروژه و کاهش هزینه‌های کلی را فراهم می‌کنند. INMR [13] سیستم های بازوی متقاطع عایق بندی شده را برای دکل های انتقال ارزیابی کرد و به این نتیجه رسید که این سیستم ها قادر به ارائه کشش الکتریکی بالاتر در خطوط موجود، کاهش ارتفاع، تایید طراحی سریع تر و هزینه های کلی کمتر هستند. علاوه بر این، استفاده از بازوهای متقاطع، پایداری مکانیکی هادی ها و نوسانات کوچکتر را فراهم می کند، از مشکلات الکتریکی احتمالی در صورت باد شدید و رعد و برق جلوگیری می کند و ایمنی خطوط انتقال را افزایش می دهد [8].

علاوه بر این، از آنجایی که سیستم‌ها از عایق‌هایی تشکیل شده‌اند که قادر به تحمل بارهای فشاری هستند، پایداری بالاتر هادی‌ها با نوسان‌های کوچک‌تر حاصل می‌شود، بنابراین از مشکلات الکتریکی احتمالی در هنگام باد شدید و طوفان‌های رعد و برق جلوگیری می‌شود، که سیستم ایمن‌تری را در مقایسه با معمولی ممکن می‌سازد. رویکردهای [10].

بر اساس [13]، در مورد استفاده از فناوری های جدید بر روی برج، تمرکز باید بر نصب سیستم برای دستیابی به بهترین نتایج باشد، ارزیابی های دوره ای انجام شود و در صورت لزوم، مراحل نگهداری کافی انجام شود. . سینگ [14] نشان داد که بازوهای متقاطع معمولی تحت تنش های قابل توجهی هستند و جابجایی نسبتاً کمی دارند که باید با استفاده از سیستم جدید حفظ شود. فشردگی عناصر در پایه برج و کمانش اعضای سازه و همچنین رفتار برج در شکست هادی باید مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد [12]. با این وجود، مطالعاتی که پاسخ ساختاری دینامیکی برج‌های IC را که در معرض شکستگی هادی قرار دارند، ارزیابی می‌کنند، کمیاب هستند.

گوو و همکاران [15] نوع جدیدی از مهاربندهای کمانشدار پیش تنیده (PCS-BRB) پیشنهاد کرد و رفتار کمانش الاستیک یک بازوی متقاطع منفرد انتهای پین با PCS-BRB چهارپایه را با استفاده از روش تعادلی و همچنین بار بررسی کرد. مقاومت PCS-BRB تحت بار استاتیکی محوری با استفاده از روش FE. مطالعه دیگری بر روی بازوی متقاطع دوگانه [16] انجام شده است که در آن یک کابل پیش تنیده BRB باقی مانده است. هر دو تحقیق توسعه اساسی یک روش طراحی را برای PCS-BRB و مهاربند کمانشی کمانشی با بازوی دو بازویی پیش‌تنیده (DPCS-BRB) تحت بارهای چرخه‌ای محوری ارائه می‌کنند. در سال 2019، ژو و همکاران. [17] مواردی از مهاربندهای مهاردار کمانشی با بازوی متقاطع پیش تنیده (MPCS-BRBs)، با استفاده از روش FE، برای ارزیابی بارهای کمانش الاستیک، مقاومت بار،

ارزیابی باد و طراحی لرزه ای سیستم های برج انتقال به طور مستقیم با پارامترهای مدال سازه مرتبط است. برای مطالعه اثرات جفت بر روی فرکانس ها و شکل حالت یک برج، می توان از روش شناسایی زیرفضای تصادفی برای شناسایی پارامترهای مدال استفاده کرد [18]. تکنیک های تجربی برای مطالعه یک روش مبتنی بر ارتعاش برای شناسایی آسیب در سازه های شبکه استفاده می شود. زنده بودن برای نظارت ساختاری از راه دور نشان داده شد [19]. علاوه بر این، روش‌های عددی مبتنی بر FEs با Ansys را می‌توان برای ارزیابی عملکرد در به دست آوردن پاسخ دینامیکی دقیق ساختار مقیاس کامل برای یک برج شیشه‌ای FRP استفاده کرد [20].

با توجه به افزایش تعداد برج‌های انتقال که تحت بادهای شدید فرو می‌ریزند، تکنیک مقاوم‌سازی روی مهاربندی‌های مورب، تجزیه و تحلیل شکست و مطالعاتی که شبیه‌سازی‌های عددی همراه با نتایج تجربی را در نظر می‌گیرند برای ارائه درک جامع‌تری از عملکرد انتقال فولاد مشبک استفاده می‌شوند. برج ها تحت بارهای شدید [21]، [22]، [23]، [24].

ادبیات واقعی فاقد ارزیابی مقایسه ای بین عملکرد ساختاری برج های IC و CC است. از این نظر، مطالعاتی که شامل مدل‌سازی عددی و آزمایش تجربی است باید به منظور ارزیابی جوانب مثبت و منفی پیاده‌سازی IC پرداخته شود. درک جامع تری در مورد مدل سازی دقیق آن سازه نیز می تواند از این مطالعات استخراج شود و راهنمایی در طراحی مهندسی ارائه دهد.

هدف از این مطالعه ارزیابی و مقایسه عملکرد مکانیکی بازوهای متقاطع معمولی و عایق شده دو برج انتقال از طریق مدل‌سازی محاسباتی با استفاده از نرم‌افزار Ansys 2020 R2 از نظر هزینه و کارایی است.