Schwere Eisbelastungszone: Leitfaden für die Konstruktionsgestaltung und Lastprüfung von 69 kV ∼230 kV-Toner-Stahlübertragungsstäben
Die strukturelle Herausforderung schwerer Eiszonen für die US-Übertragungsleitungen
Der obere Mittlere Westen, der Nordosten und Alaska sind jeden Winter mit einem starken Eisansammlungsrisiko konfrontiertDer Eissturm im Januar 1998 im Nordosten der Vereinigten Staaten, der zu weit verbreiteten Zusammenbrüchen von Übertragungsmasten und Leitungsausfällen führte, bleibt ein Lehrbuch für die Industrie.Die Auswirkungen der Eisansammlung auf die Stahlpfeiler des Getriebes gehen weit über die erhöhten vertikalen Belastungen hinaus:Eisbildung vergrößert die Windfläche von Leitungen und Erdungsleitungen, multipliziert mit Querwindbelastungen;Ungleichmäßige Eisvergießen und GaloppierenErzeugen signifikante Längsschwankungen in benachbarten SpannungenDie Kommission ist der Auffassung, daß dieKombination von Eis- und WindbelastungenStärkenanforderungen an Stangstrukturen, die weit über die herkömmlichen Konstruktionsszenarien hinausgehen.
Für 69- bis 230-kV-konische Stahlrohrsäulen ist die Lastprüfung der Kern der Sicherstellung der Strukturintegrität in schweren Eiszonen.Dieser Artikel beschreibt systematisch die Belastungsanforderungen und die Strukturwahlkriterien für die Konstruktion von Polen in schweren Eiszonen, basierend auf den NESC-Vorschriften und ASCE/SEI 48-19-Konstruktionsnormen.
NESC Belastungsanforderungen und Bezirksklassifizierung für schwere Eiszonen
DieNationale Regelung für elektrische Sicherheit (NESC, ANSI C2)ist der zwingende Grundstandard für die Konstruktion von Übertragungsleitungen in den USADas NESC teilt das Land in drei Wetterbelastungsbezirke.:
Quelle: NESC Tabelle 250-1
In der Schwerlastzone, wie sie Pennsylvania beispielhaft darstellt, müssen Luftfahrzeuge für0.5 Zoll Radial Eis + Wind 40 mph + Temperatur 0 ° F.
Belastungsfaktoren für Stahlkonstruktionenunter NESC-Klasse B Konstruktion sind wie folgt spezifiziert::
Extreme EisbelastungEin weiteres wichtiges Erfordernis für die Konzeption schwerer Eiszonen ist, daß die Anlagen einerMindestradialeneisbelastung von 1,25 Zoll (31,8 mm), mit einer Eisdichte von57 pcf (ca. 913 kg/m3), Temperatur bei 0°F, und Windgeschwindigkeit bei 0 mphEinige Staaten und Versorgungsunternehmen haben noch strengere interne Standards eingeführt..
ASCE/SEI 48-19 Strukturentwurfsnorm
ASCE/SEI 48-19, Konstruktion von Stahl-Übertragungsstangenstrukturen, ist der von der American Society of Civil Engineers herausgegebene spezialisierte Konstruktionsstandard, der eine einheitliche technische Grundlage für die Konstruktion, Detaillierung, Herstellung, Prüfung, Montage,und Aufbau von kaltgeformten, spitzenrohrförmigen StahlstrukturenDie Norm gilt sowohl für selbsttragende als auch für gebaute Strukturen und umfasst verschiedene Fundamentarten, einschließlich Betonkassen, Stahlstapeln und direkter Einbauten..
Für Anwendungen in schweren Eiszonen verlangt ASCE/SEI 48-19, dass die Konstrukteure folgende Belastungskombinationen berücksichtigen:
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NESC-Regel 250B (District Loading): Standardkombination von Eis- und Windbelastungen
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NESC-Regel 250C (extremer Wind): Gilt nur für Bauwerke mit einer Höhe von mehr als 18,3 m
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NESC-Regel 250D (Extreme Eislage mit gleichzeitigem Wind): 100-Jahres-Rücklaufzeit extreme Eis- und Windbelastung
ASCE-Handbuch 74, Leitlinien für die strukturelle Belastung elektrischer Übertragungsleitungenstellt außerdem zuverlässigkeitsbasierte Lastberechnungsmethoden bereit und dient als maßgebliche Referenz für die Lastanalyse in schweren Eiszonen.
Auswahl von Material und Wanddicke für verjüngte Stahlstangen
Auswahl der Stahlqualität
Für Anwendungen in schweren EiszonenASTM Gr50 (mindeste Ausfallfestigkeit 345 MPa) oder Gr65 (mindeste Ausfallfestigkeit 448 MPa)Hochfester Stahl wird empfohlenGr65 bietet eine höhere Drehmomentkapazität bei gleicher Wanddicke und hilft dabei, das Gesamtgewicht der Stangen und die Transportkosten zu kontrollieren.
Anforderungen an die Wandstärke
RUS Bulletin 1724E-224 legt die Mindestdicke der Basismetalle für Verzinkte Stahlturmkomponenten fest:
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Hauptelementen der Ecke: ≥3/16 Zoll (4,76 mm)
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Sonstige Mitglieder: ≥1/8 Zoll (3,18 mm)
In schweren Eiszonen sind die Konstrukteure in der Regel weiter weg.Vergrößerung der GesäßwandstärkeUm das maximale Bodenbremsmoment, das sich aus NESC-Lastkombinationen ergibt, anzugehenDie spezifische Stammwanddicke ist anhand des aus den NESC-Lastfällen berechneten Grundbremsmoments zu bestimmen, wobei sichergestellt ist, daß das Spannungsverhältnis 1 nicht überschreitet.0.
Konische Pfahlgestaltung
Die Linien der schweren Eiszonen werden am besten durchmit Spitzendie die Wanddicke und den Durchmesser des Abschnitts entlang der Stanghöhe variieren, wodurch der Stumpfbereich gestärkt und gleichzeitig eine ausreichende Obersteifigkeit erhalten wirdBei mehrseitigen Slip-Fit-Konstruktionen ist der lokalen Verwicklungsprüfung an der Splice-Zone (typischerweise ≥ 24 Zoll/610 mm) besondere Aufmerksamkeit zu widmen.
Schlüsselparameter für die Lastüberprüfung
Die folgenden Parameter sind für die Belastungsprüfung von 69-kV-/230-kV-Stähleisen in schweren Eiszonen von entscheidender Bedeutung:
Überlegungen zur direkten Einbettung und zur Grundlagenkonstruktion
Für direkt eingebettete Stahlstangen in schweren Eiszonen ist bei der Grundlagenplanung zusätzliche Aufmerksamkeit auf folgende Punkte zu richten:
1Einbettungstiefe und seitlicher Erdwiderstand
Erhöhte seitliche Belastungen durch Eisansammlungen werden direkt auf den eingebetteten Abschnitt übertragen und erfordern eine ausreichende Einbettungstiefe, um einen seitlichen Erdwiderstand zu gewährleisten.Die Konstrukteure sollten die Grundschere und -moment auf der Grundlage von NESC-Lastkombinationen berechnen und die effektive Einbaudecke je nach Bodenart bestimmen..
2Frost Heave Überlegungen
Der Eisschnitt sollte sich bis zum Ende des Jahres erstrecken.unter der Frostlinie, oder nicht frostempfindliche Rückfüllmaterialien (z. B. zerkleinertes Stein, Sand/Kies) sollten verwendet werden, um das Anheben durch Frost zu verhindern.
3. Korrosionsschutz für eingebettete Abschnitte
Der eingebettete Abschnitt steht vor doppelten Herausforderungen durch Bodenkorrosion und Gefrier- und Auftauchzyklen.bituminöse Beschichtung oder thermisch schrumpfende SchutzhülseÜber dieASTM A123 Stufe 100 (100 μm)Verzinkte Beschichtung der Einbauzone.
Schlussfolgerung
Die Konstruktion von 69 kV ≈ 230 kV spitzen Stahlpfeilen in schweren Eiszonen mussNESC C2Lastanforderungen undASCE/SEI 48 bis 19Strukturentwurfsmethoden: von 0,5-Zoll-Eisbelastungen bis zu 1,25-Zoll-Extrem-Eis-Szenarien, von einem Windbelastungsfaktor von 2,50 bis zu einer Mindestwandstärke von 3/16 Zoll,Jeder Parameter hat einen direkten Einfluss auf die Struktursicherheit unter extremen Winterbedingungen..
Für Lieferanten, die an Ausschreibungen für Übertragungsvorhaben im oberen Mittleren Westen, Nordosten oder Alaska teilnehmen möchten, mit ausdrücklicher AngabeNESC Schwerlastbeförderungsbezirk erfüllt,ASCE/SEI 48-19 Konstruktion, und eine vollständige Lastüberprüfungsparametertabelle in technischen Vorschlägen ist die Grundlage für die Feststellung der technischen Glaubwürdigkeit.
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