Kun huomaat katsomasi loputonta sarjaa korkeita sähkötorneja, jotka kuljettavat virtajohtoja niin pitkälle kuin silmä näkee, ensimmäinen asia, joka tulee mieleesi, ei todennäköisesti ole "Katsokaa niitä notkeutuneita voimajohtoja." Silti tapa, jolla johdot kaartuvat tornien välillä, on yhtä tyypillistä tämän tyyppiselle sähköputkelle kuin tornit itse.
Naapurustossasi olevat tavalliset sähköjohdot on kytketty lähes suorina vierekkäisiin napoihin, mutta paljon suurempi etäisempien suurjännitteisten siirtojohtojen välinen etäisyys samoin kuin näiden johtojen paino sulkee tämän pois järjestely. Tämän seurauksena niiden on annettava roikkua välissä tai olla vaarassa rikkoutua äärimmäisten olosuhteiden vuoksi jännitys. Toisaalta liiallinen taipumavara on kallista sähköyhtiölle, koska liian suuri taipuminen käyttää enemmän materiaalia ylimääräisen langan muodossa.
Laskeminen viivojen välillä ja optimaalisen arvon löytäminen on riittävän suoraviivaista matemaattista harjoitusta.
Roikkuvien johtojen geometria
Päästää L on vierekkäisten tornien välinen vaakasuora etäisyys (oletetaan olevan sama korkeus, usein ei todellisuudessa pätevä oletus), W olla paino yksikköä kohti johtimen N / m, ja T johtimen kireys voimaa kohti pituuden yksikköinä, N / m. O on alimman kaaren piste tornien välissä.
Valitse jokin kohta P pitkin johtoa. Jos valitset O vakiokoordinaattijärjestelmän (0,0) pisteeksi, pisteen koordinaatit P ovat (x, y). Kaarevan lankasegmentin pituuden paino OP = Wx ja toimii (x/ 2) metrin päässä O, koska langan massa jakautuu tasaisesti tämän keskipisteen ympärille. Koska tämä osa on tasapainossa (muuten se liikkuu), ei nettomomentit (voimat, jotka vaikuttavat kappaleiden pyörimiseen) eivät vaikuta lankaan.
Tasapainottavat voimat: paino ja jännitys
Kiristysmomentti T siis on yhtä suuri kuin linjan painosta johtuva jännitys Wx:
Ty = Lx (x / 2)
missä y on pystysuora etäisyys O mihin tahansa korkeuteen P miehittää. Tämä löytyy järjestämällä yhtälö uudelleen:
y = Wx ^ 2 / 2T
Aseta laskeaksesi kokonaisjousen, aseta x yhtä kuin L/ 2, mikä tekee y yhtä suuri kuin etäisyys kummankin tornin yläosasta - eli sag-arvo:
sag = WL ^ 2 / 8T
Esimerkki: Yhtä korkeiden vierekkäisten voimansiirtotornien johdot ovat 200 metrin päässä toisistaan. Johtavan johdon paino on 12 N / m ja jännitys 1500 N / m. Mikä on sag-arvo?
Kanssa W = 12 N / m, L2 = (200 m)2 = 40 000 m2 ja T = 1500 N / m,
sag = [(12) (40 000)] / [(8) (1500)] = 480000/12 000 = 40 m
Tuulen ja jään vaikutukset
Lähetysjohtoja olisi paljon helpompi rakentaa ja ylläpitää, ellei se johtuisi ärsyttävästä sääilmiöstä, erityisesti jäästä ja tuulesta. Molemmat näistä voivat vahingoittaa fyysisesti melkein mitä tahansa, ja voimansiirtojohdot ovat usein erityisen herkkiä, koska ne altistuvat korkealle maanpinnan yläpuolelle.
Muutokset yllä olevaan yhtälöön tämän huomioon ottamiseksi tehdään sisällyttämällä wi, jään paino pituusyksikköä kohti ja ww, tuulen voima pituuden yksikköä kohti, suunnattu kohtisuoraan johtimien suuntaan. Langan kokonaispainosta pituuden yksikköä kohti tulee:
w_ {t} = \ sqrt {(w + w_ {i}) ^ 2 + (w_ {w}) ^ 2}
Sitten sag-arvo lasketaan kuten aiemmin, paitsi että wt korvataan W yhtälössä kaaren määrittämiseksi muiden ulkoisten voimien kuin painovoiman puuttuessa.