138 kV là một trong những lớp điện áp được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống truyền tải và phân phối của Hoa Kỳ, thường được sử dụng trong việc mở rộng lưới đô thị, nâng cấp truyền tải nông thôn,và các dự án kết nối năng lượng tái tạoKhi nhu cầu tải điện tiếp tục tăng lên,cấu hình hai mạchđang trở thành thiết kế tiêu chuẩn cho các đường dây 138 kV, mang hai mạch trên một cấu trúc cột duy nhất, hiệu quả tăng gấp đôi công suất truyền mà không cần mua thêm quyền đi.
Các cấu hình hai mạch đòi hỏi các cột thép để hỗ trợsáu dây dẫn(ba cho mỗi mạch) cộngCác dây nối đất bằng sợi quang OPGW, dẫn đến tải trọng dọc cao hơn đáng kể, tải trọng gió ngang và căng thẳng không cân bằng theo chiều dọc so với thiết kế mạch đơnĐồng thời, các hành lang truyền tải ngày càng hẹp ở các khu vực đô thị và ngoại ô áp đặt những giới hạn nghiêm ngặt đối vớidấu chân cộtvàkích thước cấu trúc.
Trong bối cảnh kỹ thuật này,ứng dụng thép cường độ caođã trở thành con đường kỹ thuật quan trọng để cân bằng an toàn cấu trúc, kích thước cột và kinh tế dự án.
ASTM A572 Gr65là loại thép cấu trúc hợp kim thấp có độ bền cao được sử dụng phổ biến cho các cột thép truyền trên thị trường Hoa KỳCác đặc tính cơ học chính của nó là như sau:
| Parameter | ASTM A572 Gr50 | ASTM A572 Gr65 | Ưu điểm |
|---|---|---|---|
| Sức mạnh năng suất tối thiểu | 345 MPa(50 ksi) | 450-460 MPa(65 ksi) | ~33% tăng |
| Sức kéo tối thiểu | 450 MPa | 550-620 MPa | ~22% 38% tăng |
| Nhiệt độ va chạm | ️ | -30°C | Thích hợp cho môi trường nhiệt độ thấp |
| Ứng dụng điển hình | Các trục cột, cánh tay chéo | Các trục cột, cánh tay chéo | Phạm vi ứng dụng tương tự |
Gr65 cung cấp mộtĐộ bền năng suất tối thiểu là 450-460 MPa, khoảng33% cao hơnhơn 345 MPa của Gr50Sự khác biệt độ bền này có ý nghĩa kỹ thuật trực tiếp trong thiết kế các cột thép đường dây hai mạch 138kV:
Trong các điều kiện tải giống hệt nhau, Gr65 cho phép độ dày tường nhỏ hơn hoặc kích thước cắt ngang giảm, do đó giảm tổng trọng lượng cột, tiêu thụ vật liệu và kích thước nền tảng.Lợi thế này đặc biệt có giá trị đối với các dự án bị hạn chế bởi giới hạn chiều dài vận chuyển (một đoạn ≤ 55 ∼ 60 feet) và hành lang đô thị hẹp.
1Tiêu chuẩn thiết kế
Các cột thép mạch kép 138kV phải được thiết kế theoASCE/SEI 48-19, Thiết kế cấu trúc cột truyền thépTiêu chuẩn này cung cấp một cơ sở thống nhất cho thiết kế, chi tiết, chế tạo, thử nghiệm, lắp ráp và lắp đặt các cấu trúc thép ống hình lạnh,áp dụng cho cả các cấu trúc tự nâng và tự nâng với các loại nền tảng khác nhau bao gồm cả các hộp bê tông, đống thép, và nhúng trực tiếp.
2. Yêu cầu tải
Trong cấu hình hai mạch, các cột thép phải được thiết kế theoNESC C2yêu cầu tải, với sự kết hợp tải tùy thuộc vào khu vực tải thời tiết của dự án (dễ / trung bình / nặng) như được chi tiết trong các phần trước.
Giao hàng khu vực: Kết hợp áp suất gió và băng theo bảng 250-1 NESC
Áp lực gió cực cao: Quy tắc NESC 250C, áp dụng cho các cấu trúc cao hơn 60 feet
Năng lượng dây dẫn và dây đất: Năng lượng dọc và ngang từ sáu dây dẫn trong cấu hình mạch kép
3. Quá trình cắt ngang và chọn độ dày tường
138kV hai mạch thép lớn phần thường sử dụngnhiều góc đường ống hình nón cắt ngang(12, 16 hoặc 18 mặt). lựa chọn độ dày tường phải đáp ứng cả hai:
RUS Báo cáo 1724E-224Yêu cầu về độ dày tường tối thiểu: các thành phần chính ≥3/16 inch (4.76mm)
ASCE/SEI 48-19Kiểm tra độ dốc tại địa phương và tính ổn định tổng thể
Với thép Gr65, các nhà thiết kế có thểtối ưu hóa độ dày tườngtrong khi duy trì tỷ lệ căng thẳng ≤1.0, thường đạt được độ dày tườngGiảm 10%~15%, tương ứng với tổng trọng lượng cộtgiảm 8%~12%.
4- Tương thích với các dây dẫn đường cắt lớn
Các dự án mạch kép 138kV thường sử dụngcác dây dẫn cắt lớn, chẳng hạn như 604mm2 AAC HAWTHORN dẫnCác dây dẫn cắt lớn áp đặt tải trọng dọc và gió cao hơn, đòi hỏi nhiều hơnKhả năng khoảnh khắctừ các cột thép. Độ bền năng suất cao của Gr65 ¢ cho phép công suất mô-men lớn hơn ở cùng kích thước cột, hoặc thiết kế cột nhỏ gọn hơn trong điều kiện tải giống hệt nhau.
Gr65 là mộtThép hợp kim thấp cường độ cao, và các quy trình hàn của nó khác biệt đáng kể so với các thép carbon đơn giản (ví dụ, A36)Các điểm điều khiển quy trình hàn chính bao gồm:
1. Chọn kim loại lấp
hàn thép Gr65 đòi hỏiĐiện cực phù hợp có hàm lượng hydro thấpCác điện cực loạt ASTM E80XX được khuyến cáo cho Gr65, trong khi thép A36 và Gr50 thường sử dụng các điện cực loạt ASTM E70XXĐộ bền kim loại lấp phải phù hợp với kim loại cơ bản để đảm bảo độ bền của khớp hàn đáp ứng hoặc vượt quá các giá trị thiết kế.
2. Preheating và kiểm soát nhiệt độ Interpass
Gr65 có tương đương carbon cao hơn so với thép carbon đơn giản, đòi hỏiKiểm soát nhiệt độ khởi nhiệt và nhiệt độ giữa đườngNhiệt độ sưởi ấm trước cụ thể phụ thuộc vào độ dày tấm và phương pháp hàn, thường trong100-150°Cphạm vi.
3. Quá trình hàn
hàn cột thép truyền thông thường sử dụnghàn bằng khí CO2 hoặc hàn theo vòng cung ngập nước tự độngCác quy trình hàn phải phù hợp vớiAWS D1.1, Mã hàn cấu trúc - thép.
4. Điều trị nhiệt sau hàn
Đối với các khớp hàn bằng tấm dày,xử lý nhiệt sau hàn (PWHT)Các yêu cầu cụ thể phụ thuộc vào độ dày tấm, cấu hình khớp và điều kiện dịch vụ.
Việc áp dụng thép cường độ cao Gr65 trong các cột thép cắt lớn mạch kép 138kV về cơ bản là vềgiao dịch sức mạnh vật liệu cho hiệu quả cấu trúc- trong điều kiện tải giống hệt nhau, Gr65 cho phép độ dày tường nhỏ hơn và trọng lượng cột nhẹ hơn, do đó giảm chi phí vật liệu, vận chuyển và nền tảng.Độ bền năng suất tối thiểu là 450-460 MPađại diện cho một sự gia tăng khoảng 33% so với Gr50, kết hợp vớiASCE/SEI 48-19phương pháp thiết kế vàAWS D1.1kiểm soát quy trình hàn, Gr65 cung cấp một giải pháp vật liệu cân bằng an toàn cấu trúc và kinh tế cho các dự án truyền mạch kép 138kV của Hoa Kỳ.
138 kV là một trong những lớp điện áp được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống truyền tải và phân phối của Hoa Kỳ, thường được sử dụng trong việc mở rộng lưới đô thị, nâng cấp truyền tải nông thôn,và các dự án kết nối năng lượng tái tạoKhi nhu cầu tải điện tiếp tục tăng lên,cấu hình hai mạchđang trở thành thiết kế tiêu chuẩn cho các đường dây 138 kV, mang hai mạch trên một cấu trúc cột duy nhất, hiệu quả tăng gấp đôi công suất truyền mà không cần mua thêm quyền đi.
Các cấu hình hai mạch đòi hỏi các cột thép để hỗ trợsáu dây dẫn(ba cho mỗi mạch) cộngCác dây nối đất bằng sợi quang OPGW, dẫn đến tải trọng dọc cao hơn đáng kể, tải trọng gió ngang và căng thẳng không cân bằng theo chiều dọc so với thiết kế mạch đơnĐồng thời, các hành lang truyền tải ngày càng hẹp ở các khu vực đô thị và ngoại ô áp đặt những giới hạn nghiêm ngặt đối vớidấu chân cộtvàkích thước cấu trúc.
Trong bối cảnh kỹ thuật này,ứng dụng thép cường độ caođã trở thành con đường kỹ thuật quan trọng để cân bằng an toàn cấu trúc, kích thước cột và kinh tế dự án.
ASTM A572 Gr65là loại thép cấu trúc hợp kim thấp có độ bền cao được sử dụng phổ biến cho các cột thép truyền trên thị trường Hoa KỳCác đặc tính cơ học chính của nó là như sau:
| Parameter | ASTM A572 Gr50 | ASTM A572 Gr65 | Ưu điểm |
|---|---|---|---|
| Sức mạnh năng suất tối thiểu | 345 MPa(50 ksi) | 450-460 MPa(65 ksi) | ~33% tăng |
| Sức kéo tối thiểu | 450 MPa | 550-620 MPa | ~22% 38% tăng |
| Nhiệt độ va chạm | ️ | -30°C | Thích hợp cho môi trường nhiệt độ thấp |
| Ứng dụng điển hình | Các trục cột, cánh tay chéo | Các trục cột, cánh tay chéo | Phạm vi ứng dụng tương tự |
Gr65 cung cấp mộtĐộ bền năng suất tối thiểu là 450-460 MPa, khoảng33% cao hơnhơn 345 MPa của Gr50Sự khác biệt độ bền này có ý nghĩa kỹ thuật trực tiếp trong thiết kế các cột thép đường dây hai mạch 138kV:
Trong các điều kiện tải giống hệt nhau, Gr65 cho phép độ dày tường nhỏ hơn hoặc kích thước cắt ngang giảm, do đó giảm tổng trọng lượng cột, tiêu thụ vật liệu và kích thước nền tảng.Lợi thế này đặc biệt có giá trị đối với các dự án bị hạn chế bởi giới hạn chiều dài vận chuyển (một đoạn ≤ 55 ∼ 60 feet) và hành lang đô thị hẹp.
1Tiêu chuẩn thiết kế
Các cột thép mạch kép 138kV phải được thiết kế theoASCE/SEI 48-19, Thiết kế cấu trúc cột truyền thépTiêu chuẩn này cung cấp một cơ sở thống nhất cho thiết kế, chi tiết, chế tạo, thử nghiệm, lắp ráp và lắp đặt các cấu trúc thép ống hình lạnh,áp dụng cho cả các cấu trúc tự nâng và tự nâng với các loại nền tảng khác nhau bao gồm cả các hộp bê tông, đống thép, và nhúng trực tiếp.
2. Yêu cầu tải
Trong cấu hình hai mạch, các cột thép phải được thiết kế theoNESC C2yêu cầu tải, với sự kết hợp tải tùy thuộc vào khu vực tải thời tiết của dự án (dễ / trung bình / nặng) như được chi tiết trong các phần trước.
Giao hàng khu vực: Kết hợp áp suất gió và băng theo bảng 250-1 NESC
Áp lực gió cực cao: Quy tắc NESC 250C, áp dụng cho các cấu trúc cao hơn 60 feet
Năng lượng dây dẫn và dây đất: Năng lượng dọc và ngang từ sáu dây dẫn trong cấu hình mạch kép
3. Quá trình cắt ngang và chọn độ dày tường
138kV hai mạch thép lớn phần thường sử dụngnhiều góc đường ống hình nón cắt ngang(12, 16 hoặc 18 mặt). lựa chọn độ dày tường phải đáp ứng cả hai:
RUS Báo cáo 1724E-224Yêu cầu về độ dày tường tối thiểu: các thành phần chính ≥3/16 inch (4.76mm)
ASCE/SEI 48-19Kiểm tra độ dốc tại địa phương và tính ổn định tổng thể
Với thép Gr65, các nhà thiết kế có thểtối ưu hóa độ dày tườngtrong khi duy trì tỷ lệ căng thẳng ≤1.0, thường đạt được độ dày tườngGiảm 10%~15%, tương ứng với tổng trọng lượng cộtgiảm 8%~12%.
4- Tương thích với các dây dẫn đường cắt lớn
Các dự án mạch kép 138kV thường sử dụngcác dây dẫn cắt lớn, chẳng hạn như 604mm2 AAC HAWTHORN dẫnCác dây dẫn cắt lớn áp đặt tải trọng dọc và gió cao hơn, đòi hỏi nhiều hơnKhả năng khoảnh khắctừ các cột thép. Độ bền năng suất cao của Gr65 ¢ cho phép công suất mô-men lớn hơn ở cùng kích thước cột, hoặc thiết kế cột nhỏ gọn hơn trong điều kiện tải giống hệt nhau.
Gr65 là mộtThép hợp kim thấp cường độ cao, và các quy trình hàn của nó khác biệt đáng kể so với các thép carbon đơn giản (ví dụ, A36)Các điểm điều khiển quy trình hàn chính bao gồm:
1. Chọn kim loại lấp
hàn thép Gr65 đòi hỏiĐiện cực phù hợp có hàm lượng hydro thấpCác điện cực loạt ASTM E80XX được khuyến cáo cho Gr65, trong khi thép A36 và Gr50 thường sử dụng các điện cực loạt ASTM E70XXĐộ bền kim loại lấp phải phù hợp với kim loại cơ bản để đảm bảo độ bền của khớp hàn đáp ứng hoặc vượt quá các giá trị thiết kế.
2. Preheating và kiểm soát nhiệt độ Interpass
Gr65 có tương đương carbon cao hơn so với thép carbon đơn giản, đòi hỏiKiểm soát nhiệt độ khởi nhiệt và nhiệt độ giữa đườngNhiệt độ sưởi ấm trước cụ thể phụ thuộc vào độ dày tấm và phương pháp hàn, thường trong100-150°Cphạm vi.
3. Quá trình hàn
hàn cột thép truyền thông thường sử dụnghàn bằng khí CO2 hoặc hàn theo vòng cung ngập nước tự độngCác quy trình hàn phải phù hợp vớiAWS D1.1, Mã hàn cấu trúc - thép.
4. Điều trị nhiệt sau hàn
Đối với các khớp hàn bằng tấm dày,xử lý nhiệt sau hàn (PWHT)Các yêu cầu cụ thể phụ thuộc vào độ dày tấm, cấu hình khớp và điều kiện dịch vụ.
Việc áp dụng thép cường độ cao Gr65 trong các cột thép cắt lớn mạch kép 138kV về cơ bản là vềgiao dịch sức mạnh vật liệu cho hiệu quả cấu trúc- trong điều kiện tải giống hệt nhau, Gr65 cho phép độ dày tường nhỏ hơn và trọng lượng cột nhẹ hơn, do đó giảm chi phí vật liệu, vận chuyển và nền tảng.Độ bền năng suất tối thiểu là 450-460 MPađại diện cho một sự gia tăng khoảng 33% so với Gr50, kết hợp vớiASCE/SEI 48-19phương pháp thiết kế vàAWS D1.1kiểm soát quy trình hàn, Gr65 cung cấp một giải pháp vật liệu cân bằng an toàn cấu trúc và kinh tế cho các dự án truyền mạch kép 138kV của Hoa Kỳ.
