Anwendungsvorteile und Schweißprozesssteuerung von hochfestem Gr65-Stahl in 138-kV-Doppelkreis-Übertragungsmasten aus Stahl mit großem Querschnitt
Technische Anforderungen an 138-kV-Doppelkreis-Stahlmasten mit großem Querschnitt
138 kV ist eine der am häufigsten verwendeten Spannungsklassen im US-amerikanischen Übertragungs- und Verteilungssystem und wird häufig beim städtischen Netzausbau, bei der Modernisierung ländlicher Übertragungsnetze und bei Verbindungsprojekten für erneuerbare Energien eingesetzt. Da die Anforderungen an die elektrische Last weiter steigen,Zweikreiskonfigurationenwerden zum Standarddesign für 138-kV-Leitungen – sie tragen zwei Stromkreise auf einer einzigen Maststruktur und verdoppeln so effektiv die Übertragungskapazität, ohne zusätzliche Wegerechten zu erwerben.
Bei Konfigurationen mit zwei Stromkreisen sind zur Unterstützung Stahlstangen erforderlichsechs Dirigenten(drei pro Runde) plusOPGW-Glasfaser-ErdungskabelDies führt im Vergleich zu einkreisigen Konstruktionen zu deutlich höheren Vertikallasten, Querwindlasten und ungleichmäßigen Längsspannungen. Gleichzeitig führen immer enger werdende Übertragungskorridore in städtischen und vorstädtischen Gebieten zu strengen BeschränkungenPolgrundflächeUndStrukturmaße.
In diesem technischen KontextEinsatz von hochfestem Stahlist zum wichtigsten technischen Weg geworden, um strukturelle Sicherheit, Mastabmessungen und Projektökonomie in Einklang zu bringen.
Materialleistungsvorteile von Gr65
ASTM A572 Gr65ist eine auf dem US-amerikanischen Markt häufig verwendete hochfeste, niedriglegierte Baustahlsorte für Getriebestahlmasten. Seine wichtigsten mechanischen Eigenschaften sind wie folgt:
Gr65 bietet aMindeststreckgrenze von 450–460 MPa, etwa33 % höherals Gr50 345 MPa. Dieser Festigkeitsunterschied hat direkte technische Bedeutung für die Konstruktion von 138-kV-Doppelkreis-Stahlmasten mit großem Querschnitt:
Bei gleichen Belastungsbedingungen ermöglicht Gr65 geringere Wandstärken bzw. reduzierte QuerschnittsabmessungenDadurch werden das Gesamtgewicht des Masts, der Materialverbrauch und die Fundamentgröße reduziert. Dieser Vorteil ist besonders wertvoll für Projekte, die durch Transportlängenbeschränkungen (einzelner Abschnitt ≤ 55–60 Fuß) und enge städtische Korridore eingeschränkt sind.
Entwurfsüberlegungen für 138-kV-Doppelkreis-Stahlmasten mit großem Querschnitt
1. Designstandard
138-kV-Zweikreis-Stahlmasten müssen gemäß ausgelegt seinASCE/SEI 48-19, Design of Steel Transmission Pole Structures. Diese Norm bietet eine einheitliche Grundlage für die Konstruktion, Detaillierung, Herstellung, Prüfung, Montage und Errichtung von kaltgeformten Stahlrohrkonstruktionen, die sowohl für abgespannte als auch für selbsttragende Konstruktionen mit verschiedenen Fundamenttypen, einschließlich Betonsenken, Stahlpfählen und direkter Einbettung, gilt.
2. Ladeanforderungen
Bei Zweikreiskonfigurationen müssen Stahlmasten entsprechend ausgelegt seinNESC C2Lastanforderungen, mit Lastkombinationen abhängig vom wetterbedingten Belastungsbezirk des Projekts (LEICHT/MITTEL/SCHWER), wie in den vorherigen Abschnitten beschrieben. Typische Auslegungsfälle für die 138-kV-Klasse sind:
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Bezirksverladung: Winddruck- und Eiskombinationen gemäß NESC-Tabelle 250-1
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Extreme Windbelastung: NESC-Regel 250C, gilt für Bauwerke mit einer Höhe von mehr als 60 Fuß
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Leiter- und Erdungskabelspannungen: Längs- und Querspannungen von sechs Leitern in Zweikreiskonfiguration
3. Auswahl von Querschnitt und Wandstärke
Typischerweise werden 138-kV-Doppelkreis-Stahlmasten mit großem Querschnitt verwendetvieleckige, sich verjüngende Rohrquerschnitte(12-seitig, 16-seitig oder 18-seitig). Die Auswahl der Wandstärke muss beides erfüllen:
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RUS-Bulletin 1724E-224Mindestanforderungen an die Wandstärke: Hauptelemente ≥3/16 Zoll (4,76 mm)
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ASCE/SEI 48-19Lokaler Knick- und Gesamtstabilitätsnachweis
Mit Gr65-Stahl können Designer dies tunWandstärke optimierenunter Beibehaltung des Spannungsverhältnisses ≤1,0 wird typischerweise eine Wandstärke erreichtErmäßigungen von 10–15 %, entsprechend dem Gesamtgewicht der StangeKürzungen von 8–12 %.
4. Kompatibilität mit Leitern mit großem Querschnitt
138-kV-Doppelkreisprojekte kommen häufig zum EinsatzLeiter mit großem QuerschnittB. 604 mm² AAC HAWTHORN-Leiter. Leiter mit großem Querschnitt stellen höhere Vertikal- und Windlasten dar und erfordern höhere AnforderungenMomentkapazitätaus Stahlstangen. Die hohe Streckgrenze von Gr65 ermöglicht eine höhere Momentenkapazität bei gleichen Polabmessungen oder kompaktere Polkonstruktionen bei identischen Lastbedingungen.
Schweißprozesskontrolle
Gr65 ist einhochfester niedriglegierter Stahl, und seine Schweißverfahren unterscheiden sich erheblich von denen von einfachen Kohlenstoffstählen (z. B. A36). Zu den wichtigsten Kontrollpunkten des Schweißprozesses gehören:
1. Auswahl des Zusatzwerkstoffes
Schweißen von Gr65-Stahl erfordertpassende wasserstoffarme Elektroden. Für Gr65 werden Elektroden der Serie ASTM E80XX empfohlen, während für A36- und Gr50-Stähle typischerweise Elektroden der Serie ASTM E70XX verwendet werden. Der Festigkeitsgrad des Schweißzusatzwerkstoffs muss mit dem Grundmetall übereinstimmen, um sicherzustellen, dass die Festigkeit der Schweißverbindung den Designwerten entspricht oder diese übertrifft.
2. Vorwärmung und Zwischenlagentemperaturregelung
Gr65 hat ein höheres Kohlenstoffäquivalent (CE) als normale Kohlenstoffstähle, was erforderlich istSteuerung der Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturenum Kaltrisse zu verhindern. Spezifische Vorwärmtemperaturen hängen von der Blechdicke und der Schweißmethode ab, typischerweise im100–150°CReichweite.
3. Schweißprozesse
Typischerweise wird das Schweißen von Getriebestahlmasten eingesetztCO₂-Schutzgasschweißen oder automatisches Unterpulverschweißen. Schweißverfahren müssen eingehalten werdenAWS D1.1, Strukturschweißcode – Stahl.
4. Wärmebehandlung nach dem Schweißen
Für Dickblech-Schweißverbindungen,Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT)kann erforderlich sein, um Eigenspannungen abzubauen und die Zähigkeit zu verbessern. Spezifische Anforderungen hängen von der Plattendicke, der Verbindungskonfiguration und den Betriebsbedingungen ab.
Abschluss
Bei der Anwendung von hochfestem Gr65-Stahl in 138-kV-Doppelkreis-Stahlmasten mit großem Querschnitt geht es im Wesentlichen umTauschen Sie Materialstärke gegen strukturelle Effizienz— Bei identischen Lastbedingungen ermöglicht Gr65 geringere Wandstärken und geringere Mastgewichte, wodurch Material-, Transport- und Fundamentkosten gesenkt werden. Mit einemMindeststreckgrenze von 450–460 MPaDies entspricht einer Steigerung von etwa 33 % gegenüber Gr50, kombiniert mitASCE/SEI 48-19Entwurfsmethoden undAWS D1.1Mit der Schweißprozesssteuerung bietet Gr65 eine Materiallösung, die strukturelle Sicherheit und Wirtschaftlichkeit für US-amerikanische 138-kV-Zweikreis-Übertragungsprojekte in Einklang bringt.
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