Come progettare la struttura e l'aspetto di un palo della luce stradale?

ILpalo della luce stradaledeve mantenere l'apparecchio saldamente in posizione sotto il suo stesso peso e i carichi del vento, resistere ad anni di agenti atmosferici e vibrazioni indotte dai veicoli-e integrarsi nel paesaggio stradale. Se la sua robustezza, protezione dalla corrosione o messa a terra falliscono, il risultato varia da un'illuminazione degradata a un rischio per la sicurezza personale. Prendendo come esempio il palo rastremato flangiato - il tipo più utilizzato -, questa sezione esamina successivamente quattro elementi essenziali: lo sportello di manutenzione, il trattamento anti-corrosione, la robustezza della base e la messa a terra protettiva; stabilisce quindi i quattro requisiti per la progettazione dell'aspetto.

 

Porta di manutenzione del design dell'illuminazione stradale solare

La porta di manutenzione è l'apertura di accesso per la manutenzione di un palo della luce in acciaio. All'interno della porta si trova solitamente una piastra di montaggio elettrica, la cui funzione principale è quella di collegare l'apparecchio e il cavo. Su questa piastra vengono normalmente montati i fusibili e le morsettiere. Il modo in cui si apre la porta è molto importante e il design differisce da un produttore all'altro. Da un lato la manutenzione deve essere conveniente; d'altra parte, i furti devono essere prevenuti - da qui l'uso di una chiave della porta appositamente realizzata.

 

La tabella 1 elenca le dimensioni delle porte di manutenzione corrispondenti alle altezze dei pali comuni. Per le dimensioni rappresentate da A, B e C nella Tabella 1, fare riferimento alla figura seguente. A è l'altezza del bordo inferiore dello sportello di manutenzione dal suolo; dovrebbe essere impostato per il comfort e la comodità del lavoratore e preferibilmente dovrebbe essere 500–600 mm. C è la larghezza della porta di manutenzione; dovrebbe consentire una comoda sostituzione del reattore e del fusibile e generalmente non è inferiore a 100 mm. B, l'altezza della porta di manutenzione, dipende dal fatto che il palo supporti un apparecchio-ad arco singolo o doppio-arco e dal diametro del palo in corrispondenza della porta; è generalmente 200–1000 mm.

 

 

Se la porta di manutenzione è troppo grande -, ovvero se i valori di B e C sono troppo grandi -, la resistenza del palo d'acciaio sarà direttamente influenzata; se è troppo piccolo, l'attività del lavoratore sarà ostacolata. Laddove i valori di B e C siano troppo grandi, dovrebbero essere adottate misure di rinforzo adeguate per garantire che la resistenza del palo sia sufficiente per la sicurezza. Può essere adottata anche una disposizione a doppia porta interna-ed-esterna-.

Trattamento anti-corrosione dei pali della luce in acciaio

A causa della natura stessa dell'acciaio, la protezione contro la corrosione è una preoccupazione fondamentale per i pali della luce in acciaio sia durante lo stoccaggio che durante il servizio. La corrosione di un palo in acciaio è causata dall'azione chimica o elettrochimica del mezzo circostante. A seconda del mezzo coinvolto si classifica come corrosione atmosferica, corrosione dell'acqua di mare, corrosione batterica e così via. La corrosione atmosferica è di gran lunga la più comune, perché un palo di acciaio è in contatto con l'atmosfera durante la lavorazione, il trasporto, lo stoccaggio e la manutenzione, quindi le condizioni per la corrosione atmosferica sono sempre presenti.

 

1.Fattori che causano la corrosione dei pali in acciaio.

I principali fattori che causano la ruggine e la corrosione di un palo in acciaio sono i seguenti:

 

1.1Umidità relativa dell'atmosfera.

Ad una data temperatura, il rapporto tra il contenuto di vapore acqueo dell'aria e il suo contenuto di vapore acqueo alla saturazione è chiamato umidità relativa. Al di sotto di una certa umidità relativa il tasso di arrugginimento e corrosione di un palo in acciaio è molto basso, mentre al di sopra di tale umidità relativa il tasso di arrugginimento aumenta notevolmente; questo valore di umidità relativa è chiamato umidità critica. L'umidità critica dell'acciaio è di circa il 75%. L'umidità relativa atmosferica ha la maggiore influenza sulla corrosione dei metalli: una volta che l'umidità atmosferica supera l'umidità critica, sulla superficie dell'acciaio si forma una pellicola d'acqua o goccioline d'acqua e se impurità dannose presenti nell'aria si dissolvono in quella pellicola o in quelle goccioline, si forma un elettrolita e la corrosione viene accelerata.

 

1.2 Temperatura e umidità dell'aria.

La temperatura atmosferica e l'umidità influenzano insieme la ruggine. Il tasso di ruggine dipende dal contenuto di vapore acqueo dell'aria e aumenta con l'aumentare della temperatura dell'aria. Ciò è particolarmente vero negli ambienti umidi, dove maggiore è la temperatura, più veloce è la ruggine - e tanto più al di sopra dell'umidità critica. Inoltre, se c'è una differenza di temperatura tra l'atmosfera e l'acciaio, sulla superficie più fredda del palo si forma della condensa che provoca anche la ruggine.

 

1.3 Gas corrosivi.

Tra i gas corrosivi presenti nell'aria inquinata, l'anidride solforosa è quella che ha il maggiore effetto sulla ruggine dei pali d'acciaio. L'ossigeno presente nell'atmosfera agisce con maggiore tenacia sulla ruggine dei pali d'acciaio, esercitando il suo effetto in ogni momento.

 

1.4 Altri fattori.

L'atmosfera contiene grandi quantità di polvere - fumo, ceneri di carbone, cloruri, acidi, alcali, sali, ecc. - tra i quali i cloruri hanno l'effetto maggiore.

 

 

2. Trattamento anti-corrosione.

Per evitare che ruggine e corrosione riducano la resistenza strutturale di un palo e creino rischi per la sicurezza, è necessario applicare un trattamento anti-corrosione ai pali in acciaio. I metodi anti-corrosione sono misure preventive mirate alle cause della corrosione. Prevenire la ruggine significa evitare o rallentare gli effetti dell'umidità, delle alte temperature, dell'ossidazione, dei cloruri e di altri fattori. I metodi comunemente utilizzati attualmente sono i seguenti:

 

2.1 Zincatura a caldo-per immersione.

Il processo e il metodo di immersione di parti in acciaio o ghisa pre-trattate-in zinco fuso in modo che sulla loro superficie si formi un rivestimento di zinco e/o una lega di zinco-ferro. Lo spessore del rivestimento di zinco dovrebbe raggiungere 65–90 μm. Il rivestimento di zinco delle parti zincate dovrà risultare uniforme e liscio, esente da bave, colature e grumi in eccesso; il rivestimento deve essere saldamente attaccato al substrato del palo in acciaio e, dopo una prova con il martello, il rivestimento non deve staccarsi o formare bolle.

 

2.2 Verniciatura a polvere.

Il rivestimento in polvere viene applicato dopo la zincatura-a caldo. La polvere dovrebbe essere una polvere per esterni-; il rivestimento deve essere esente da scrostature e screpolature e non possono verificarsi sbucciature o screpolature quando viene testata la forza di adesione tra il rivestimento e il substrato. La verniciatura a polvere migliora ulteriormente la resistenza alla corrosione del palo in acciaio e ne esalta notevolmente l'aspetto decorativo, con un'ampia scelta di colori; il suo svantaggio è il costo relativamente elevato.

 

 

Calcolo della resistenza alla base di un palo della luce in acciaio

 

Un palo della luce è soggetto a due forme di carico.

Uno è il proprio-peso. Per un palo ad arco singolo-, il peso proprio-deriva dal peso del braccio della lampada e della testa dell'apparecchio, che produce un momento flettente nel piano del braccio della lampada. Per un palo a doppio-arco la situazione varia con le lunghezze dei due bracci: dopo che i momenti flettenti prodotti dai pesi dei bracci e delle teste degli apparecchi degli archi lungo e corto si bilanciano parzialmente, la differenza tra loro, agendo nel piano dei bracci, costituisce il momento peso proprio.

 

Per un palo a doppio-arco con archi di uguale lunghezza, i momenti si equilibrano se gli apparecchi di illuminazione e i componenti elettrici associati su quel piano sono identici; se non sono identici si produce un momento flettente nel piano dei bracci dovuto alla differenza di peso degli apparecchi e dei loro componenti elettrici.

 

Oltre al peso proprio-, l'altro carico sul palo proviene dal vento. La resistenza del palo deve soddisfare quanto segue:

• Quando la direzione del vento è parallela al piano del braccio della lampada, i momenti flettenti massimi prodotti dalle aree esposte al vento-della testa dell'apparecchio e del palo nelle sezioni trasversali-della connessione staffa-a-palo, allo sportello di manutenzione e al livello del suolo devono essere inferiori al valore consentito;
• Quando la direzione del vento è perpendicolare al piano del braccio della lampada, oltre al momento flettente prodotto dall'area esposta al vento-dell'albero stesso, il carico del vento sulla testa dell'apparecchio e sul braccio della lampada di un palo ad arco singolo- produce anche un momento flettente e una coppia nel piano del palo; tutti questi momenti devono essere inferiori al valore consentito.

 

Il carico del vento dipende dalla posizione, regione e altitudine del polo da calcolare, ovvero:

p0=Kv2/16

p0 è influenzato dai vari coefficienti sostituiti nel calcolo, come le dimensioni del polo, la forma della sezione trasversale del polo- e il periodo fondamentale di una forma d'onda di oscillazione.

 

La pressione del vento uniformemente distribuita sul palo è calcolata da:

p1=p0dˉ H

 

Nelle due equazioni precedenti: p 0 è la pressione del vento per 1 m² di palo (Pa); K è il coefficiente aerodinamico, che secondo la norma è K=0.7 per gli elementi circolari (si consiglia di assumere K=1.0 per le sezioni esagonali e ottagonali regolari); v è la velocità del vento, generalmente v=25 m⋅s−1, H è l'altezza del palo (m); e dˉ è il diametro medio del palo (m), dove

dˉ=(d1+d2)/2

Qui d1 è il diametro superiore del palo (m) e d2 è il diametro della base del palo (m). La rastremazione di un palo è generalmente 1/90, 1/100 o 1/110 oppure non-uniforme.

 

Lo spessore delle pareti dei pali della luce in acciaio alti 12 m e inferiori è di 4 mm. Quando lo spessore della parete è di 3,0 mm, il palo è soggetto a vibrare sotto l'azione del vento e del passaggio di veicoli pesanti, che allentano i suoi collegamenti bullonati e danneggiano l'apparecchio.

 

Messa a terra protettiva dei pali della luce in acciaio

I pali della luce in acciaio, le scatole di controllo e gli impianti simili contengono al loro interno apparecchiature elettriche e possono essere toccati in qualsiasi momento da una persona a terra. Una volta ceduto l'isolamento e messo sotto tensione il corpo polare, la tensione di contatto viene applicata direttamente al corpo umano, con gravi conseguenze. Pertanto, qualsiasi involucro metallico che contenga apparecchiature elettriche e che possa essere toccato da una persona in piedi a terra deve essere collegato in modo affidabile a un conduttore di protezione - ovvero messo a terra o collegato al neutro.

 

I sistemi di distribuzione a bassa-tensione sono classificati in base alla disposizione della messa a terra in tre tipi - TN, TT e IT - e il sistema TN è ulteriormente suddiviso in tre tipi a seconda di come sono combinati il ​​conduttore neutro (N) e il conduttore di protezione (PE):

• Sistema TN-S: i conduttori N e PE sono mantenuti separati per tutta la lunghezza dalla sorgente. Il conduttore PE normalmente non trasporta corrente operativa, quindi la sicurezza è la migliore.
• Sistema TN-C: i conduttori N e PE sono combinati in un unico conduttore PEN, risparmiando un conduttore. Tuttavia, il conduttore PEN normalmente trasporta corrente operativa e, in caso di rottura, la custodia dell'apparecchiatura viene portata alla tensione di fase attraverso il circuito di carico, quindi il margine di sicurezza è basso.
• Sistema TN-C-S: la sezione anteriore utilizza un conduttore PEN, che è suddiviso in conduttori N e PE separati all'estremità di ingresso della scatola di controllo e non deve essere ricombinato successivamente. Questo combina la sicurezza con l'economia del cablaggio ed è la pratica più ampiamente utilizzata nei progetti di illuminazione stradale.

 

Nel sistema TN-C, poiché i conduttori N e PE sono combinati, deve essere soddisfatta anche la seguente prescrizione: per le apparecchiature elettriche a bassa-tensione con neutro direttamente messo a terra, per garantire la disconnessione automatica della sezione guasta, la corrente di cortocircuito deve essere non inferiore a 4 volte la corrente nominale dell'elemento fusibile nel punto più vicino, o non inferiore a 1,5 volte quella istantanea (o breve-tempo-ritardo) corrente operativa dell'interruttore automatico.

 

La pratica effettiva è la seguente: lungo tutta la linea viene posato un tondo di acciaio zincato a caldo da φ10 mm-lungo tutta la linea accanto al cavo interrato e sepolto direttamente nel terreno (Figura 6.3.9); il conduttore PEN è collegato alla rete di terra del trasformatore in corrispondenza del trasformatore ed è collegato in modo affidabile in due punti a tutte le scatole di controllo, pali della luce in acciaio, basi luminose in metallo e parti simili lungo la linea; un dispersore separato sia installato all'estremità di testa, all'estremità lontana e in ogni punto di diramazione della linea e ad ogni terzo polo; la resistenza di un singolo elettrodo di terra non deve superare i 10 Ω e quella dell'intera rete di terra non deve superare i 4 Ω; dove questi limiti vengono superati, è possibile utilizzare un agente che riduce la resistenza ad azione prolungata-, ma sono vietate sostanze corrosive come il sale comune - riducono la resistenza a breve termine ma corrodono il corpo di terra a lungo termine.

 

La messa a terra è l'ultima linea di difesa e non può sostituire l'isolamento. All'interno dello sportello di manutenzione, i cavi devono essere collegati tramite una scatola di giunzione con un involucro di plastica o una staffa terminale di tipo pin-; il livello di isolamento dei conduttori, dei reattori e degli altri componenti dovrebbe essere aumentato, i produttori dovrebbero essere rigorosamente selezionati e i test eseguiti rigorosamente e dovrebbe essere implementato uno "standard di lavorazione dell'installazione". Solo adottando misure di prevenzione delle perdite-durante l'intero processo di selezione dei materiali, costruzione, accettazione, funzionamento e manutenzione e applicando correttamente il sistema a tre-fili o a cinque-fili, è possibile finalmente garantire la sicurezza dei pali della luce in acciaio.

 

 

Design estetico dei pali della luce in acciaio

La funzione fondamentale di un palo della luce è mantenere l'apparecchio nella posizione corretta e fornire supporto. Allo stesso tempo il palo ha anche un ruolo decorativo. Per gli utenti della strada - pedoni, ciclisti e automobilisti - la forma del palo nel loro campo visivo non può essere ignorata: le persone potrebbero non notare l'apparecchio in cima al palo, perché è molto più piccolo del palo, ma il palo stesso colpisce l'occhio direttamente nella direzione di spostamento orizzontale. Pertanto, con lo sviluppo economico e l’aumento degli standard estetici, l’aspetto dei pali della luce riceve sempre maggiore attenzione.

 

La progettazione estetica dei pali della luce nasce dalla preoccupazione per il paesaggio stradale. Dovrebbe essere subordinato alla progettazione del paesaggio della strada nel suo complesso e allo stesso tempo deve soddisfare innanzitutto i requisiti di illuminazione e le considerazioni di sicurezza. Nella progettazione estetica di un palo della luce occorre quindi considerare i seguenti aspetti.

 

1. Requisiti di sicurezza

La sicurezza è il requisito fondamentale che un progettista dovrebbe considerare per primo in ogni momento. La sicurezza di un palo della luce è garantita da diversi aspetti, come la qualità dell'acciaio del palo e il trattamento anti-corrosione; gli aspetti legati alla progettazione estetica sono il calcolo del carico e la garanzia della resistenza. A volte un palo dalla forma complessa è sì molto attraente, ma più complessa è la struttura, più complesso sarà il calcolo della resistenza e maggiore sarà la difficoltà di garantire la sicurezza; è quindi essenziale una verifica rigorosa nella selezione di tali poli.

 

2. Requisiti di illuminazione

I requisiti di illuminazione sono un altro requisito fondamentale della progettazione dell'aspetto del palo. Come risulterà chiaro dal contenuto del Capitolo 7, un progettista svolge un lavoro complesso per selezionare gli apparecchi di illuminazione e le sorgenti luminose adatte e per determinare la posizione di ciascun lampione - inclusa la sua altezza, spaziatura, lunghezza della staffa e angolo di inclinazione - e tutti questi parametri sono governati dal palo.

 

Per garantire la qualità dell'illuminazione in uno specifico progetto di illuminazione stradale, una volta determinati i parametri di montaggio degli apparecchi, la progettazione del palo deve soddisfare i requisiti di tali parametri: qualunque sia l'aspetto del palo, l'altezza del punto di fissaggio dell'apparecchio non deve cambiare, la lunghezza orizzontale del braccio della lampada non deve cambiare e nemmeno l'angolo di inclinazione del braccio della lampada deve cambiare (tranne quando l'apparecchio stesso consente la regolazione del suo angolo di montaggio). In caso contrario la qualità della luce si discosterà in misura maggiore o minore dal risultato progettuale previsto.

 

Un altro aspetto dei requisiti di illuminazione è che l'installazione e la manutenzione dovrebbero essere convenienti; da questo punto di vista l'aspetto del palo non dovrebbe essere eccessivamente-complesso.

 

 

3. Requisiti estetici

I requisiti estetici sono il punto di partenza della progettazione dell'aspetto del palo. L'aspetto di un palo non può essere giudicato isolatamente, ma deve essere valutato in modo globale insieme a tutti i fattori correlati. Su scala più piccola, questi fattori includono lo stile dell'apparecchio di illuminazione, la forma della sezione trasversale- della strada, se la pavimentazione è in asfalto o in cemento, le piante lungo il bordo della strada, lo stile della scultura lungo la strada e la classe e la natura della strada; su scala più ampia, includono l'ambiente costruito o naturale su entrambi i lati della strada, la funzione del quartiere, la storia del quartiere e i gusti estetici della gente della città interessata.

 

Il fascino visivo dell'aspetto di un palo in acciaio deriva principalmente dall'accostamento e dalla variazione delle linee delle sue parti strutturali, e in particolare dai cambiamenti nella forma del braccio della lampada e dall'aggiunta di linee decorative; nei progetti più elaborati il ​​braccio della lampada è modellato in vari profili, e anche il palo principale è abbinato ad esso.

 

Il fascino visivo deriva anche dal trattamento superficiale del palo. Con lo sviluppo della tecnologia di verniciatura a polvere, sempre più pali sono stati verniciati in un'ampia gamma di sfumature, abbandonando il grigio monotono del palo zincato del passato e aggiungendo ulteriori elementi di bellezza.

 

4. Requisiti di costo

L’introduzione di diverse tipologie di pali ha infatti arricchito la scena visiva, ma la bellezza ha un prezzo. Ogni forma diversa aumenta la difficoltà di lavorazione, e alcune richiedono addirittura la realizzazione di stampi speciali; per garantire la robustezza, i pali complessi devono essere rinforzati, il che aumenta la quantità di acciaio utilizzato; inoltre, la verniciatura a polvere è ampiamente applicata e così via. Tutto ciò aumenta sostanzialmente il costo di produzione del palo.

 

C'è anche un costo nascosto che viene facilmente trascurato: alcuni progetti di pali altamente individuali non riescono a raggiungere l'abbellimento desiderato e diventano invece una forma di inquinamento visivo, influenzando la strada e persino l'immagine della città - e quel costo è decisamente troppo alto.

 

 

Conclusione

A palo della luce stradalepuò essere solo un componente portante, ma è qui che sicurezza, funzionalità ed estetica si incontrano: lo sportello di manutenzione, la protezione anticorrosione, la robustezza della base e la messa a terra determinano se sta in piedi in modo sicuro e duraturo, mentre il suo aspetto determina se si armonizza con l'ambiente stradale. Entrambi sono una questione di priorità, non di opposizione. - La sicurezza e la qualità dell'illuminazione sono prerequisiti non-negoziabili, mentre l'estetica può solo seguire.