Utvikling og design av ny høyspentmast

Abstract

Bakgrunnen for denne masteroppgaven er forprosjektet RSB Høyspenningsmast: 6/8-Kantete Seksjoner. Der det ble utviklet seksjoner til en sekskantet og en åttekantet RSB-mast. Det var ønskelig å fortsette å utvikle sekskantmasten videre. Forprosjektet danner grunnlaget for denne oppgaven. Det å dimensjonere en ferdig høyspentmast er en veldig stor oppgave, målet ble hovedsakelig å få seksjonene i masten til å fungere. Det ble også bestemt at en tilhørende travers skulle utvikles. Masten skulle holde alle krav fra oppdragsgiver. Masten skal holde en kraftlinje med en spenning på 420 kilovolt, hver seksjon skal være seks meter høy, masten skal bestå av fire seksjoner og blir totalt 24 meter høy pluss høyden til traversen. Store deler av prosjektet ble brukt til en litteraturstudie for å lære mer om strømnettet, forskjellige master, hvordan de blir utviklet og forskjellige måter å utføre beregninger rundt dette. Det ble gjort en konseptanalyse for å se på forskjellige alternativer for komponenter i masten. På bakgrunn av våre beregninger og FEManalyser, og erfaringer fra oppdragsgiver ble valgene for masten tatt. Det endte opp med fire konsepter for masten, en analyse ble gjort for å finne ut hvilken som passet kravene best. Det ble gjort dimensjonerende beregninger og FEM-analyser for å finne dimensjoner som var så lave som mulig samtidig som de ga masten den styrken og stabiliteten som krevdes. Den ferdige strukturen ble testet ut med flere forskjellige lasttilfeller. Det ble brukt returtider på 150 år for islast og 500 år for vindlast, og materialfaktorer i tillegg til dette ga masten en god sikkerhet. Resultatet ble en mast med tilhørende travers. Masten fikk en bredde på 2 meter i bunn og 1 meter i toppen. Med traversen er masten 30,3 meter høy. Traversen ble 16 meter bred. Fra toppen av masten og til toppen av spirene er den 6,3 meter høy. Totalt med travers veier masten 11,1 tonn. Diametre i stavene som holdt mot både flyt og knekking ble 70 mm for vanger og 20 mm for gitter i seksjon 1, 70 mm for vanger og 20 mm for gitter i seksjon 2, 60 mm for vanger og 20 mm for gitter i seksjon 3, og 50 mm for vanger og 25 mm for gitter i seksjon 4. Dimensjonene for diameterne til traversen ble 40 mm på gurtene, og 32 mm på gitteret. Bolter ble i dimensjon M36 for alle seksjonene, platetykkelsen for platene mellom seksjonene ble 35 mm. Sveisens a-mål for gitteret i seksjonene ble 4 mm for alle seksjonene, unntatt den øverste som ble 3 mm. Sveisens a-mål for vangene ble 6 mm for alle seksjonene. Sveisens a-mål for hele traversen ble 7 mm. Det ble laget konstruksjonsgrunnlag med 3D-modell, enkle konstruksjonstegninger og en omfattende prosjektrapport. The background for this thesis is the pilot project RSB: Høyspenningsmast: 6/8-Kantete Seksjoner in which there was developed sections of a hexagonal and octagonal RSB high-voltage tower. The group and the company behind the RSB high-voltage tower wanted to develop more of this mast. The pilot project provides a foundation for this project. The development of a high-voltage tower is a big task, so the main goal was to get the sections of the tower to work. The goal of this project is to design a hexagonal high-voltage tower. It was also decided to make a concept for the traverse in the top of the tower. The tower should comply with all requirements from the client. The tower shall maintain a power line with a voltage of 420 kilovolts, each section shall be 6 meters and the tower height will be 24 meters plus the height of the traverse. A large portion of the project was used on a literature study to learn more about the power grid, different towers and how towers are being developed and different ways to perform calculations on them. A concept analysis was made and used to look at different options for the elements of the tower. Choices were made based on calculations and the finite element method analysis, and past experiences from Omega Elkraft AS. In the end there were four concepts for the tower, an analysis was performed on these to determine which tower would be the best fit for the requirements of this project. Then different design calculations and more FEM-analysis’s were performed to find the best dimensions. The dimensions were supposed to be as low as possible, while at the same time give the most strength and stability to the tower. The resulting structure was then tested with several different load cases. A return time of 150 years for ice loads and 500 years for wind loads, and a material factor gave the mast good safety. The result was a tower with all four sections and a traverse. The tower had a width of two meters on the ground and one meter in the top. The combined height of tower and traverse was 30.3 meters. The traverse was 15 meters wide and 6.3 meters high. The total weight of the mast is 11.1 tons. The steel bars in the construction got these diameters to hold against yield stress and fracture: 70 mm in the vertical rods and 20 mm in the horizontal and diagonal rods for section 1, 70 mm in the vertical rods and 20 mm in the horizontal and diagonal rods for section 2, 60 mm in the vertical rods and 20 mm in the horizontal and diagonal rods for section 3, and 50 mm in the vertical rods and 25 mm in the horizontal and diagonal rods for section 4. The steel bars in the traverse had the diameters 40 mm and 32 mm. Bolts was designed to M36 for all sections, plate thickness for plates between the sections was 35 mm. The throat thickness for the weld in the vertical and diagonal roads was 4 mm for all sections, except the top section where the throat thickness was set to 3 mm. The throat thickness for the weld in the vertical rods was 6 mm in all sections. The throat thickness for all welds in the traverse was 7 mm. A basis for construction was made with a 3D-model, simple construction drawings and a comprehensive project report.