การเปรียบเทียบข้อกำหนดการออกแบบและวิธีการวิเคราะห์ เพื่อการออกแบบเสาสายส่งไฟฟ้าในประเทศไทย

Abstract

เหตุการณ์พายุไต้ฝุ่นเกย์ซึ่งพัดผ่านบริเวณภาคใต้ เมื่อวันที่ 4 พฤศจิกายน พ.ศ. 2532 และยังผลให้เสาสายส่งไฟฟ้าในจังหวัดชุมพรและประจวบคีรีขันธ์ล้มพังเสียหายกว่า 30 ต้น โดยที่เสาสายส่ง 6 ต้นในจำนวนนั้นพังเสียหายในสภาพที่ยังไม่ได้ติดตั้งสายไฟฟ้านั้น ได้ก่อให้เกิดความจำเป็นที่จะต้องทบทวนข้อกำหนดในการคำนวณแรงกระทำที่ใช้ในการออกแบบเสาสายส่งของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย การวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเปรียบเทียบผลการออกแบบโครงสร้างเสาสายส่งไฟฟ้า โดยใช้ข้อกำหนดการออกแบบเสาสายส่งที่กำหนดโดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน และข้อกำหนดใหม่ที่เสนอโดยมหาวิทยาลัยเวสเทิร์นออนตาริโอ ประเทศแคนาดา รวมทั้งทำการศึกษากรณีศึกษา หาค่าความเร็วลมวิกฤติของเสาสายส่งชนิด DAI (ซึ่งวิบัติเมื่อคราวพายุไต้ฝุ่นเกย์ 3 ต้น) ในสาย 230 เควี ในสภาพที่ไม่ได้ติดตั้งสายไฟฟ้า เพื่อเปรียบเทียบกับความเร็วลมเนื่องจากพายุไต้ฝุ่นเกย์ซึ่งเสนอโดย Mikitiuk และคณะ (1995) โดยทำการวิเคราะห์ทั้งแบบเชิงเส้นและไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิต จากการเปรียบเทียบข้อกำหนดทั้งสอง พบว่า ข้อกำหนดเวสเทิร์นออนตาริโอคิดแรงลมบนโครงสร้างโดยคำนึงถึงการกระจายความเร็วตามกฏการยกกำลัง และยังพิจารณาแรงแพชโหลด (Patch load) เนื่องจากลมกระโชกกระทำเพียงบางส่วนของเสาสายส่ง ด้วยเหตุนี้ แรงลมที่กระทำบนเสาสายส่งเมื่อใช้ข้อกำหนดเวสเทิร์นออนตาริโอจึงมีค่าสูงกว่าเมื่อใช้ข้อกำหนดการไฟฟ้าฝ่ายผลิตฯ ซึ่งพิจารณาการกระจายของแรงลมสม่ำเสมอและไม่คำนึงถึงแพชโหลด สำหรับในเสาสายส่ง DAI เมื่อแรงลมกระทำในทิศตั้งฉากกับสายไฟฟ้าแรงเฉือนและโมเมนต์ที่ฐานมีค่าสูงกว่าเส่อใช้ข้อกำหนดการไฟฟ้าฝ่ายผลิตฯ 25 และ 37 % ตามลำดับ และสำหรับแรงลมกระทำในทิศขนานสายไฟฟ้า แรงเฉือนที่ฐานมีค่าใกล้เคียงกัน ในขณะที่โมเมนต์ที่ฐานจะมีค่าสูงกว่าราว 8% เมื่อทำการวิเคราะห์เสาสายส่ง DAI โดยวิธีเชิงเส้น จะได้แรงภายในวิกฤติในชิ้นส่วนทแยง เมื่อใช้ข้อกำหนดการไฟฟ้าฝ่ายผลิตฯ โดยมีค่าเท่ากับ 1.28 เท่าของกำลังรับแรงอัดของหน้าตัดของชิ้นส่วนนั้น และชิ้นส่วนที่มีแรงภายในเกินกำลังรับแรงอัดส่วนมากจะเป็นชิ้นส่วนทแยง ในกรณีของข้อกำหนดเวสเทิร์นออนตาริโอ ชิ้นส่วนส่วนมากที่มีแรงภายในเกินกำลังรับแรงอัดของชิ้นส่วนเป็นชิ้นส่วนขา โดยที่ชิ้นส่วนที่วิกฤติที่สุดเกิดแรงภายในเป็น 1.52 เท่าของกำลังรับแรงอัด สำหรับกรณีที่คิดผลของความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตบนเสาสายส่ง DAI ในสภาพที่ยังไม่ได้ติดตั้งสายไฟฟ้า จะได้ความเร็วลมวิกฤติเฉลี่ย 1 ชั่วโมง เมื่อใช้ข้อกำหนดไฟฟ้าฝ่ายผลิตฯ และข้อกำหนดเวสเทิร์นออนตาริโอเท่ากับ 38.4-47.2 และ 28.9-39.3 เมตร/วินาที ตามลำดับ ขึ้นอยู่กับมุมที่แรงลมกระทำ และเมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วลมเนื่องจากพายุไต้ฝุ่นเกย์ ซึ่งมีค่าประมาณ 37.5 เมตร/วินาที พบว่าข้อกำหนดเวสเทิร์นออนตาริโอให้ค่าความเร็วลมวิกฤติต่ำกว่าความเร็วลมเกย์ในเกือบทุกทิศทางของลมยกเว้นทิศทางตั้งฉาก (หรือเกือบตั้งฉาก) กับสายไฟฟ้า ซึ่งความเร็วลมสูงกว่าความเร็วลมเกย์เล็กน้อย ทำให้สามารถอธิบายการวิบัติของเสาสายส่งได้ ดังนั้นจึงสมควรพิจารณาผลของความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตในการออกแบบโดยใช้ข้อกำหนดเวมเทิร์นออนตาริโอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพที่ไม่ได้ติดตั้งสายไฟฟ้า