تعیین مشخصات یخ و باد همزمان برای بارگذاری سازه‌های خطوط انتقال نیرو در کشور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیأت علمی- گروه سازه های صنعت برق، پژوهشگاه نیرو (NRI)، تهران، ایران

2 گروه سازه های صنعت برق، پژوهگاه نیرو، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، متغیرهای مورد نیاز برای حالت بارگذاری یخ و باد همزمان شامل ضخامت یخ معادل شعاعی و سرعت باد همزمان با آن به ازای دوره‌های بازگشت معین در سازه‌های خطوط انتقال نیرو، منطبق بر معیارهای استاندارد 60826 IECتعیین و ارائه شده‌اند. متغیرهای بارگذاری مورد نظر با استفاده از تهیه منحنی‌های خطر دو متغیره، ارائه و با روش‌های ساده شده در استاندارد 60826 IECمقایسه شده‌اند. منحنی‌های خطر یخ و باد همزمان با استفاده از داده‌های ثبت شده در 15 عدد از ایستگاه‌های هواشناسی منتخب در مناطق سردسیر کشور (شامل مناطق سنگین و فوق‌سنگین طبق نقشه پهنه‌بندی آب و هوایی خطوط انتقال) تهیه شده‌اند. برای تعیین ضخامت یخ تشکیل شده حول هادی خطوط انتقال با توجه به فقدان داده‌های مستقیم حاصل از اندازه‌گیری آن، از شبیه‌سازی عددی با مدل کریل برای باران یخی و مدل گسترش استوانه‌ای برف مرطوب برای برف مرطوب، استفاده شده است. نتایج حاصله نشان‌دهنده محافظه‌کاری قابل توجه ضرایب کاهشی یخ و باد همزمان ارائه شده در استاندارد 60826 IECدر اغلب ایستگاه‌های هواشناسی مورد مطالعه هستند. بر این اساس، با استفاده از منحنی‌های خطر یخ و باد همزمان در ایستگاه‌های مورد نظر، مقادیر ضرایب کاهشی جهت تعیین مقادیر متغیرهای بارگذاری در حالت یخ و باد همزمان بر حسب مقادیر مرجع آنها (که در نقشه‌های پهنه‌بندی موجودند)، تعیین و ارائه شده‌اند. ضرایب کاهشی ارائه شده سازگار با معیارهای استاندارد 60826 IEC بوده و برای بارگذاری و طراحی سازه‌های خطوط انتقال با دوره‌های بازگشت مختلف در مناطق سردسیر کشور، قابل استفاده هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Characterization of Ice and Concurrent Wind for Loading of Transmission Line Structures in Iran

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Jafari Sahnehsaraei 1
  • Salman Rezazadeh Baghaal 2
1 Faculty of Niroo Research Institute (NRI), Tehran, Iran
2 Electric Power Structural Research Group, Niroo Research Institute (NRI), Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, the parameters required for the ice and concurrent wind loading case, including the radial equivalent ice thickness and the concurrent wind speed for the return periods in the structures of the power transmission lines, are determined according to the standard criteria of IEC 60826. Loading parameters have been calculated using two-variable hazard curves and compared with simplified methods in IEC 60826. Ice and concurrent wind hazard curves are prepared using data recorded in 15 selected meteorological stations in the cold regions of the country (including heavy and ultra- heavy areas according to the climate-zoning map of the transmission lines). Numerical simulations (CRREL model for Freezing Rain and Cylindrical Growth of Wet Snow Sleeves model for Wet Snow) have been used to determine the thickness of ice formed around the conductor of the transmission lines due to the lack of direct data from the measurement. The results show significant conservatism of the reduction factors of the ice and concurrent wind in IEC 60826 standards at most of the studied meteorological stations. Accordingly, using the ice and wind hazard curves at the stations, the reduction factors are determined and presented to calculate the values of loading parameters in ice and wind loading case in terms of their reference values (which are available in the zoning maps). The proposed reduction factors are consistent with the standards of IEC 60826 and are suitable for use in loading and designing the structures of transmission lines with different return periods in the cold regions of the country.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Power Transmission Line
  • Ice with Concurrent wind
  • Loading
  • Transmission Towers
  • Return Period

مراجع

[1] IEC, IEC-60826-2003: Design Criteria of Overhead Transmission Lines, in, International Electrotechnical Commission Geneva, Switzerland, 2003.
[2] C.J. Wong, M.D. Miller, Guidelines for electrical transmission line structural loading, in, American Society of Civil Engineers, 2009.
[3] T.A. EDITION, 2017 National Electrical Safety Code (NESC-C2), (2017).
[4] Tavanir, "Standard for Loading of Overhead Transmission Line Towers": Moshanir Co., (1998). (In Persian)
[5] K. Jones, R. Thorkildson, J. Lott, The development of the map of extreme ice loads for ASCE Manual 74, in: Electrical transmission in a new age, 2002, pp. 9-31.
[6] P. Musilek, P. Pytlak, E. Lozowski, D. Arnold, J. Toth, Wind and Ice Load Model Using Numerical Weather Prediction. In Proc. 13th International Workshop on Atmospheric Icing of Structures IWAIS 2009, 8-11 September, (2009), Andermatt, Switzerland.
[7] P. McComber, G. Morin, R. Martin, L.V. Van, Estimation of combined ice and wind load on overhead transmission lines, Cold Regions Science and Technology, 6(3) (1983) 195-206.
[8] S.S.G. Krishnasamy, M. Tabatabai, Wind loads on bare and ice-covered overhead conductors, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 36 (1990) 171-180.
[9] S. Krishnasamy, S. Kulendran, Combined wind and ice loads from historical extreme wind and ice data, Atmospheric research, 46(1-2) (1998) 123-129.
[10] M. Farzaneh, K. Savadjiev, J. Druez, Icing event occurrence in Quebec: Statistical analysis of field data, International Journal of Offshore and Polar Engineering, 11(01) (2001).
[11] K. Savadjiev, M. Farzaneh, Probabilistic model of combined wind and ice loads on overhead power line conductors, Canadian Journal of Civil Engineering, 30(4) (2003) 704-710.
[12] M. Farzaneh, Atmospheric icing of power networks, Springer Science & Business Media, 2008.
[13] Y. Zhang, Analysis of rime ice accumulation at Mont Belair and design of transmission lines, Ms.C Thesis, Department of Civil Engineering and Applied Mechanics, McGill University, Montreal. (2006).
[14] W. Henson, R. Stewart, Severity and return periods of icing events in the Montreal area, Atmospheric research, 84(3) (2007) 242-249.
[15] B. Wareing, S. Fikke, A UK Probabilistic Wind/Ice Map, in:  14th International Workshop on Atmospheric Icing of Structures, 2011.
[16] S. Maralbashi-Zamini, Developing neural network models to predict ice accretion type and rate on overhead transmission lines= Développement de réseaux de neurone [s] pour la prédiction du type et du taux de glace accumulée sur les lignes aériennes de transport d'énergie électrique, Ms.C Thesis. The University of Quebec, Canada. 2007.
[17] W.J. Xu, H.M. Yang, M.Y. Lai, S. Wang, The Probabilistic Method of Failure Analysis to Transmission Facilities under Ice Storms, in:  Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, 2010, pp. 1525-1528.
[18] H. Yang, C. Chung, J. Zhao, Z. Dong, A probability model of ice storm damages to transmission facilities, IEEE Transactions on power delivery, 28(2) (2013) 557-565.
[19] H. Yang, W. Xu, J. Zhao, D. Wang, Z. Dong, Predicting the probability of ice storm damages to electricity transmission facilities based on ELM and Copula function, Neurocomputing, 74(16) (2011) 2573-2581.
[20] Y. Wang, D.V. Rosowsky, Characterization of joint wind–snow hazard for performance-based design, Structural safety, 43 (2013) 21-27.
[21] D.V. Rosowsky, Y. Wang, Joint wind-snow hazard characterization for reduced reference periods, Journal of Performance of Constructed Facilities, 28(1) (2014) 121127.
[22] J. Żurański, A. Sobolewski, An analysis of snow and wind loads combinations based on meteorological data, Archives of Civil Engineering, 62(4) (2016) 205-230.
[23] H. Nguyen Sinh, F.T. Lombardo, C.W. Letchford, D.V. Rosowsky, Characterization of joint wind and ice hazard in Midwestern United States, Natural Hazards Review, 17(3) (2016) 04016004.
[24] H.N. Sinh, F.T. Lombardo, C. Letchford, Multivariate simulation for assessing the joint wind and ice hazard in the United States, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 184 (2019) 436-444.
[25] Tavanir, “Map of Zoning of the Four Climatic Regions in Iran": Moshanir Co., (1999). (In Persian).
[26] K. Jones, Ice accretion in freezing rain, CRREL Report 962, Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, NH, (1996).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 52، شماره 11
بهمن 1399
صفحه 2847-2866

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار