Kiedy widzisz, że patrzysz na niekończącą się linię wysokich wież elektrycznych z przewodami zasilającymi jak okiem sięgnąć, pierwszą rzeczą, która przychodzi ci do głowy, prawdopodobnie nie jest "Spójrz na te zwisające linie transmisyjne." Jednak sposób, w jaki przewody zakrzywiają się w dół między wieżami, jest tak samo charakterystyczny dla tego typu przewodów elektrycznych, jak wieże sami.
Podczas gdy zwykłe przewody elektryczne w Twojej okolicy są połączone prawie prostymi liniami z sąsiednimi biegunami, tym znacznie więcej odległość między bardziej oddalonymi przewodami transmisyjnymi wysokiego napięcia, a także waga tych przewodów wykluczają to układ. W rezultacie muszą mieć możliwość ugięcia się między nimi lub ryzyka zerwania z powodu ekstremalnych napięcie. Z drugiej strony, nadmierne ugięcie jest kosztowne dla przedsiębiorstwa energetycznego, ponieważ zbyt duże ugięcie zużywa więcej materiału w postaci dodatkowego drutu.
Obliczenie ugięcia między liniami i znalezienie optymalnej wartości jest dość prostym ćwiczeniem matematycznym.
Geometria zwisających drutów
Pozwolić L być poziomą odległością między sąsiednimi wieżami (przyjmuje się, że ma tę samą wysokość, często nie jest to prawidłowe założenie w rzeczywistości), W być wagą na jednostkę długości przewodu w N/m, oraz T napięcie w przewodzie, dla siły na jednostkę długości w N/m. O jest punktem najniższego ugięcia, w połowie drogi między wieżami.
Wybierz jakiś punkt P wzdłuż drutu. Jeśli wybierzesz O jako punkt (0,0) standardowego układu współrzędnych, współrzędne punktu P są (x, y). Waga długości zakrzywionego odcinka drutu OP = Wx i działa (x/2) metry od O, ponieważ masa drutu jest równomiernie rozłożona wokół tego punktu środkowego. Ponieważ sekcja ta jest w równowadze (w przeciwnym razie poruszałaby się), na drut nie działają żadne momenty netto (siły działające w celu obracania ciał).
Siły równoważące: ciężar i napięcie
Moment obrotowy wynikający z naprężenia T dlatego równa się naprężeniu ze względu na wagę linii Wx:
Ty = Wx (x/2)
gdzie tak jest odległość w pionie od O na dowolną wysokość P zajmuje. Można to znaleźć, zmieniając równanie:
y = Wx^2/2T
Aby obliczyć ugięcie całkowite, ustaw x równy L/2, co sprawia, że tak równej odległości od szczytu każdej z wież – to znaczy wartość ugięcia:
zwis = WL^2/8T
Przykład: Wierzchołki równie wysokich sąsiednich przewodów wież transmisyjnych są oddalone od siebie o 200 m. Drut przewodzący waży 12 N/m, a napięcie 1500 N/m. Jaka jest wartość ugięcia?
Z W = 12 N/m, L2 = (200 m)2 = 40 000 m²2 i T = 1500 N/m,
zwis = [(12)(40 000)]/[(8) (1500)] = 480 000/12 000 = 40 m
Skutki wiatru i lodu
Przewody transmisyjne byłyby znacznie łatwiejsze do zbudowania i utrzymania, gdyby nie dokuczliwe zjawiska pogodowe, w szczególności lód i wiatr. Oba mogą fizycznie uszkodzić prawie wszystko, a przewody transmisyjne są często szczególnie podatne na kontakt z otwartymi przestrzeniami wysoko nad ziemią.
Zmiany w powyższym równaniu, aby to uwzględnić, są dokonywane przez włączenie wja, waga lodu na jednostkę długości, oraz ww, siła wiatru na jednostkę długości, skierowana prostopadle do kierunku przewodów. Całkowita efektywna waga drutu na jednostkę długości wynosi:
w_{t} = \sqrt{(w + w_{i})^2 + (w_{w})^2}
Wartość zwisu jest następnie obliczana jak poprzednio, z wyjątkiem tego, że wt zastępujesubstituted W w równaniu do określania ugięcia przy braku sił zewnętrznych innych niż grawitacja.