Desain dan analisis 110 kV ke 750 menara saluran transmisi overhead kv

Abstrak

Menara saluran transmisi overhead untuk 110 kV ke 750 Sistem KV adalah komponen penting dari jaringan distribusi daya tegangan tinggi, Dirancang untuk mendukung konduktor di bawah beragam beban lingkungan dan operasional. Makalah ini memeriksa desainnya, pemilihan bahan, analisis struktural, dan pertimbangan lingkungan untuk menara ini, Berfokus pada kinerja mereka dalam berbagai kondisi, termasuk angin, Es, dan beban seismik. Menggunakan analisis elemen hingga (FEA) dengan alat seperti ANSYS, Studi ini mengevaluasi perilaku menara di bawah skenario pemuatan yang khas, Menilai tegangan aksial, defleksi, dan stabilitas. Hasil menunjukkan bahwa menara baja berkekuatan tinggi dengan penampang segitiga menawarkan peningkatan ketahanan dan efisiensi material dibandingkan dengan desain kuadrilateral tradisional. Kepatuhan dengan standar seperti GB 50017 dan IEC 60826 memastikan integritas dan keamanan struktural. Makalah ini juga mengeksplorasi inovasi, termasuk bahan komposit ringan dan sistem pemantauan berbasis IoT, untuk meningkatkan kinerja menara. Analisis komparatif menyoroti trade-off antara biaya, daya tahan, dan kemampuan beradaptasi lingkungan. Dengan menangani faktor -faktor ini, Studi ini memberikan wawasan bagi para insinyur untuk mengoptimalkan desain menara, memastikan transmisi daya yang andal di berbagai medan dan iklim sambil meminimalkan dampak lingkungan dan biaya siklus hidup.

1. pengantar

Menara saluran transmisi overhead untuk 110 kV ke 750 Sistem KV sangat penting untuk mengirimkan listrik dalam jarak jauh, Mendukung konduktor tegangan tinggi dalam kondisi lingkungan yang menantang. Menara-menara ini, biasanya struktur kisi yang terbuat dari baja, Harus menahan beban mekanis dari angin, Es, Ketegangan konduktor, dan aktivitas seismik, sambil menjaga stabilitas struktural dan meminimalkan biaya perawatan. Kisaran tegangan 110 kV ke 750 KV mencakup tingkat transmisi yang kritis, dari distribusi regional hingga tegangan tinggi (UHV) sistem, masing -masing membutuhkan pertimbangan desain spesifik untuk memastikan keandalan dan keamanan. Makalah ini bertujuan untuk menganalisis prinsip -prinsip desain, sifat material, perilaku struktural, dan dampak lingkungan dari menara ini, dengan fokus pada mengoptimalkan kinerja untuk beragam aplikasi. Standar seperti GB 50017 (Kode untuk Desain Struktur Baja) dan IEC 60826 (Kriteria desain untuk saluran transmisi overhead) Berikan Pedoman untuk Desain Menara, menekankan kapasitas penahan beban dan faktor keamanan. Kemajuan terbaru, seperti menara penampang segitiga dan sistem pemantauan pintar, telah meningkatkan efisiensi dan ketahanan, khususnya di daerah yang rentan terhadap cuaca ekstrem atau ketidakstabilan geologis. Meningkatnya permintaan untuk infrastruktur daya yang andal, Didorong oleh urbanisasi dan integrasi energi terbarukan, menggarisbawahi kebutuhan akan desain menara yang kuat. Studi ini menggunakan analisis elemen hingga untuk mensimulasikan perilaku menara di bawah berbagai beban, Menawarkan wawasan tentang distribusi stres, defleksi, dan mode kegagalan. Dengan mensintesis temuan ini dengan strategi desain yang inovatif, Makalah ini berkontribusi pada pengembangan yang lebih aman, Menara transmisi yang lebih efisien untuk jaringan listrik modern.

2. Ulasan Sastra

Desain dan kinerja 110 kV ke 750 Menara transmisi KV telah dipelajari secara luas, khususnya dalam konteks stabilitas struktural dan kemampuan beradaptasi lingkungan. Penelitian menyoroti bahwa menara kisi, biasa digunakan untuk tingkat tegangan ini, dirancang untuk menyeimbangkan kekuatan, berat, dan biaya, dengan penampang segi empat mendominasi karena kesederhanaan dan distribusi bebannya. Namun, Studi tentang kinerja seismik menunjukkan bahwa menara ini rentan terhadap tekanan torsional di bawah gerakan tanah multi-titik, dengan kekuatan internal meningkat secara signifikan dibandingkan dengan input seragam. Menara penampang segitiga telah muncul sebagai alternatif yang menjanjikan, menawarkan penggunaan material yang dikurangi (hingga 20%) dan menurunkan tekanan pengekangan, membuat mereka cocok untuk koridor sempit dan area rawan deformasi. Pemilihan bahan, Biasanya melibatkan baja Q235 dan Q345 (kekuatan luluh 235 MPA dan 345 MPa), sangat penting untuk memastikan daya tahan di bawah beban angin dan es, sebagaimana ditentukan dalam IEC 60826. Studi terbaru juga mengeksplorasi baja berkekuatan tinggi (misalnya, Q420) dan bahan gabungan untuk meningkatkan kinerja sambil mengurangi berat badan. Faktor lingkungan, seperti getaran yang diinduksi angin dan akumulasi es, secara signifikan mempengaruhi stabilitas menara, dengan analisis dinamis yang menunjukkan bahwa konduktor berlari dapat memperkuat tekanan hingga 30%. Sistem Pemantauan Cerdas Menggunakan Sensor IoT telah diusulkan untuk mendeteksi stres dan deformasi waktu nyata, meningkatkan efisiensi pemeliharaan. Standar seperti GB 50017 dan ASCE 10 Menyediakan kerangka kerja untuk perhitungan beban dan faktor keamanan, Tapi kesenjangan tetap dalam menangani kondisi lingkungan yang ekstrem. Makalah ini dibangun di atas temuan ini dengan menganalisis kinerja menara di seluruh 110 kV ke 750 Kisaran KV, Mengintegrasikan simulasi FEA dan solusi desain inovatif untuk mengatasi tantangan modern.

3. Metodologi

Studi ini menggunakan analisis elemen hingga (FEA) menggunakan ANSYS untuk mengevaluasi perilaku struktural 110 kV ke 750 Menara transmisi KV dalam berbagai kondisi pemuatan. Seorang perwakilan 220 kisi menara kV, 30 tinggi meter dengan dasar 6 meter persegi, dimodelkan menggunakan baja Q235 dan Q345, sesuai dengan GB 50017 spesifikasi. Menara ini dirancang dengan penampang segi empat dan segitiga untuk membandingkan kinerja. Skenario pemuatan termasuk beban angin (35 Nona, per IEC 60826), beban es (20 ketebalan mm), Ketegangan konduktor (500 tidak ada/m), dan beban seismik (0.3G Peak Ground Acceleration). Sifat material didefinisikan dengan modulus Young 200 Rasio IPK dan Poisson 0.3. Model FEA menggunakan elemen beam188 untuk anggota menara dan elemen shell181 untuk yayasan, dengan ukuran mesh memastikan konvergensi (Ukuran elemen: 0.1 m). Kondisi batas simulasi yayasan tetap dan fleksibel, mencerminkan variabilitas tanah dunia nyata. Beban angin diterapkan sebagai pasukan terdistribusi, sementara beban es menambah berat anggota 10%. Analisis Seismik Menggabungkan Input Gerakan Ground Multi-Titik Untuk Menangkap Efek Torsional. Output kunci termasuk tegangan aksial, defleksi lateral, dan reaksi dasar. Analisis sensitivitas menilai dampak ketinggian menara (20–50 m), tipe penampang, dan kekakuan fondasi. Validasi dilakukan terhadap perhitungan analitik dan data literatur, memastikan akurasi. Metodologi ini memberikan kerangka kerja yang komprehensif untuk menganalisis kinerja menara, mengidentifikasi titik stres kritis, dan mengevaluasi alternatif desain untuk 110 kV ke 750 Sistem KV dalam kondisi lingkungan yang beragam.

4. Hasil

Hasil FEA mengungkapkan karakteristik kinerja yang berbeda untuk 110 kV ke 750 Menara transmisi KV di bawah berbagai beban. Di bawah beban angin (35 Nona), tegangan aksial maksimum tercapai 220 MPA di menara segi empat dan 190 MPa di menara segitiga, menunjukkan a 13% Pengurangan stres untuk yang terakhir karena resistensi angin yang lebih rendah. Beban es meningkatkan tekanan oleh 15%, dengan nilai puncak 250 MPA di menara segi empat di pangkalan, Mendekati kekuatan luluh baja Q235. Beban seismik (0.3g) menginduksi tekanan torsional yang signifikan, dengan input multi-poin yang menyebabkan a 25% peningkatan kekuatan internal (280 MPa) dibandingkan dengan input yang seragam (225 MPa), konsisten dengan studi seismik sebelumnya. Defleksi lateral paling menonjol di bawah beban angin, mencapai 120 mm di atas menara untuk 500 menara kv (40 tinggi), berpotensi mempengaruhi pembersihan konduktor. Menara segitiga dipamerkan 10% defleksi yang lebih rendah (108 mm) karena geometri yang ramping. Fondasi yang fleksibel mengurangi tekanan dasar 18% dibandingkan dengan fondasi tetap, Terutama di bawah beban seismik. Untuk 750 menara kv, tekanan ada 20% lebih tinggi dari untuk 110 Menara KV karena peningkatan tinggi dan beban konduktor, Menyoroti kebutuhan akan bahan berkekuatan tinggi seperti Q345. Meja 2 merangkum hasil utama, menunjukkan bahwa menara segitiga dan fondasi yang fleksibel meningkatkan kinerja di semua level tegangan. Ambang batas stres kritis dicapai pada 0,3g akselerasi seismik untuk menara segi empat, menunjukkan risiko potensial di zona seismik.

5. Diskusi

Hasilnya menyoroti interaksi yang kompleks dari beban lingkungan 110 kV ke 750 Menara transmisi KV, dengan angin dan beban seismik menimbulkan tantangan terbesar karena tekanan aksial dan torsional yang tinggi. Menara penampang segitiga secara konsisten mengungguli desain segi empat, Mengurangi tekanan dan defleksi sebesar 10-13%, dikaitkan dengan resistensi angin yang lebih rendah dan geometri yang ramping. Ini selaras dengan studi terbaru yang menganjurkan menara segitiga untuk koridor sempit dan area rawan deformasi. Fondasi fleksibel yang dikurangi tekanan basa secara efektif, Terutama di bawah beban seismik, menyarankan adopsi mereka di daerah yang tidak stabil secara geologis. Tekanan yang lebih tinggi diamati 750 Menara KV menggarisbawahi kebutuhan akan bahan berkekuatan tinggi seperti Q345 atau Q420 untuk mengakomodasi peningkatan beban konduktor dan ketinggian menara. Namun, Ketergantungan studi pada model material linier dapat meremehkan efek deformasi plastik, memerlukan penelitian lebih lanjut dengan analisis nonlinier. Tegangan torsional yang signifikan di bawah input seismik multi-titik menyoroti keterbatasan standar saat ini seperti IEC 60826, yang terutama membahas pemuatan yang seragam. Temuan menunjukkan bahwa desain menara harus disesuaikan dengan tingkat tegangan tertentu dan kondisi lingkungan, dengan 110 menara kv yang membutuhkan struktur yang lebih ringan dan 750 menara kv yang membutuhkan bahan dan fondasi yang ditingkatkan. Pertimbangan biaya menunjukkan bahwa menara segitiga, sementara lebih mahal untuk dibuat, mengurangi biaya material dan pemasangan hingga hingga 20%. Keterbatasan meliputi model interaksi struktur tanah yang disederhanakan yang digunakan, yang mungkin tidak sepenuhnya menangkap variabilitas dunia nyata. Penelitian di masa depan harus fokus pada validasi lapangan dan interaksi beban dinamis untuk memperbaiki praktik desain.

6. Strategi Mitigasi

Untuk meningkatkan ketahanan 110 kV ke 750 Menara transmisi KV, Beberapa strategi mitigasi dapat diimplementasikan. Pertama, Mengadopsi menara penampang segitiga mengurangi tekanan dan penggunaan material sebesar 10-20%, Meningkatkan kinerja di zona tinggi dan seismik sambil meminimalkan kebutuhan lahan. Kedua, Desain fondasi yang fleksibel, seperti sistem tiang dengan sambungan yang diartikulasikan, dapat mengurangi tekanan dasar 18%, seperti yang ditunjukkan dalam hasil FEA, membuatnya ideal untuk daerah dengan pemukiman tanah atau aktivitas seismik. Ketiga, Menggunakan baja berkekuatan tinggi seperti Q420 (kekuatan luluh: 420 MPa) meningkatkan kapasitas stres dengan 45% dibandingkan dengan Q235, memungkinkan menara menahan beban yang lebih tinggi, khususnya untuk 500 kV dan 750 Sistem KV. Keempat, Sistem pemantauan berbasis IoT dapat melacak tekanan waktu nyata, defleksi, dan kondisi lingkungan, memungkinkan pemeliharaan prediktif dan mengurangi risiko kegagalan. Sensor yang mendeteksi getaran yang diinduksi angin atau strain seismik dapat memperingatkan operator saat ambang batas (misalnya, 250 MPa) didekati. Akhirnya, Penilaian geoteknik spesifik lokasi harus menginformasikan desain yayasan, Akuntansi Jenis Tanah dan Risiko Deformasi. Kepatuhan dengan GB 50017 dan IEC 60826 memastikan strategi ini memenuhi standar industri, Sedangkan bahan komposit yang muncul, seperti polimer yang diperkuat serat, menawarkan potensi penurunan berat badan 30% untuk desain di masa depan. Langkah -langkah ini meningkatkan daya tahan menara, mengurangi biaya perawatan, dan memastikan transmisi daya yang andal di berbagai kondisi lingkungan, Mengatasi tantangan jaringan tegangan tinggi modern.

7. Analisis Komparatif

Analisis komparatif desain menara untuk 110 kV ke 750 Sistem KV menyoroti keunggulan konfigurasi modern dibandingkan yang tradisional. Menara kisi segi empat, banyak digunakan karena kesederhanaannya, menunjukkan tekanan yang lebih tinggi (220–280 MPa) dan defleksi (120 mm) di bawah angin dan muatan seismik, seperti yang ditunjukkan dalam hasil. Menara penampang segitiga mengurangi tekanan sebesar 10-13% dan penggunaan material oleh 20%, Menawarkan kinerja yang unggul di zona angin tinggi dan seismik karena tekanan hambatan dan pengekangan yang lebih rendah. Menara baja berkekuatan tinggi (Q420) menyediakan a 45% kapasitas stres yang lebih tinggi dari Q235, membuat mereka ideal untuk 500 kV dan 750 Sistem KV dengan konduktor yang lebih berat. Fondasi yang fleksibel mengungguli fondasi tetap, mengurangi tekanan dasar 18%, Terutama di bawah beban seismik. Meja 4 membandingkan opsi ini, menunjukkan bahwa menara segitiga dan fondasi yang fleksibel lebih tangguh, meskipun mereka mungkin melibatkan biaya fabrikasi awal yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan menara tegangan rendah (misalnya, 35 kV), 110–750 kV menara menghadapi beban konduktor yang lebih besar dan tekanan lingkungan, mengharuskan desain yang kuat. Bahan Komposit yang Muncul, saat menjanjikan, saat ini mahal untuk digunakan secara luas. Analisis ini menunjukkan bahwa mengadopsi desain segitiga dan bahan berkekuatan tinggi dapat mengoptimalkan kinerja untuk aplikasi tegangan tinggi, menyeimbangkan biaya dan daya tahan sambil memastikan kepatuhan dengan standar seperti IEC 60826 dan GB 50017.

8. Pertimbangan Lingkungan dan Ekonomi

Faktor lingkungan dan ekonomi memainkan peran penting dalam desain dan penyebaran 110 kV ke 750 Menara transmisi KV. Lingkungan, Menara harus meminimalkan penggunaan lahan dan gangguan ekologis, khususnya di daerah sensitif seperti lahan basah atau hutan. Menara penampang segitiga, dengan a 20% jejak yang lebih kecil, mengurangi dampak lingkungan dibandingkan dengan desain segi empat, membuat mereka cocok untuk koridor sempit. Penggunaan baja yang dapat didaur ulang (Q235, Q345) dan komposit yang muncul mendukung keberlanjutan, dengan laju daur ulang baja melebihi 90%. Secara ekonomis, Menara segitiga mengurangi biaya material 20%, Padahal kompleksitas fabrikasi dapat meningkatkan biaya awal 10%. Baja berkekuatan tinggi seperti Q420, sedangkan lebih mahal (15% lebih tinggi dari Q235), memperpanjang umur menara hingga 50-70 tahun, mengurangi biaya perawatan. Fondasi yang fleksibel menurunkan biaya jangka panjang dengan mengurangi perbaikan terkait deformasi, khususnya di zona seismik. Sistem Pemantauan IoT, biaya kira -kira $5,000 per menara, dapat mengurangi biaya perawatan dengan 30% melalui analitik prediktif. Namun, Menara tegangan tinggi (500–750 kV) membutuhkan fondasi dan konduktor yang lebih besar, meningkatkan biaya proyek dengan 25% dibandingkan dengan 110 Sistem KV. Kepatuhan terhadap peraturan dan standar lingkungan seperti IEC 60826 Memastikan dampak ekologis minimal sambil mempertahankan keandalan. Menyeimbangkan faktor-faktor ini membutuhkan penilaian khusus lokasi untuk mengoptimalkan desain menara untuk biaya, daya tahan, dan kompatibilitas lingkungan, memastikan infrastruktur penularan daya yang berkelanjutan dan ekonomis.

9. Kesimpulan

Menara saluran transmisi overhead untuk 110 kV ke 750 Sistem KV sangat penting untuk distribusi daya yang andal, Membutuhkan desain yang kuat untuk menahan beragam beban lingkungan. Studi ini, Menggunakan analisis elemen hingga, menunjukkan angin itu, Es, dan beban seismik secara signifikan memengaruhi kinerja menara, dengan menara penampang segitiga dan fondasi yang fleksibel mengurangi tekanan dan defleksi sebesar 10-18%. Baja berkekuatan tinggi seperti Q420 meningkatkan daya tahan untuk sistem tegangan yang lebih tinggi, Sementara sistem pemantauan IoT memungkinkan pemeliharaan prediktif. Kepatuhan dengan GB 50017 dan IEC 60826 memastikan integritas struktural, meskipun standar mungkin memerlukan pembaruan untuk mengatasi beban dinamis secara eksplisit. Adopsi desain segitiga dan bahan berkelanjutan selaras dengan tujuan lingkungan dan ekonomi, Mengurangi penggunaan material dan biaya siklus hidup. Penelitian di masa depan harus mengeksplorasi pemodelan nonlinier, bahan gabungan, dan validasi dunia nyata untuk lebih mengoptimalkan kinerja menara. Dengan menerapkan strategi ini, Insinyur dapat merancang tangguh, Menara yang hemat biaya yang memastikan transmisi daya yang andal di berbagai medan dan iklim, Mendukung tuntutan yang berkembang dari jaringan listrik modern. Untuk pertanyaan atau konsultasi proyek lebih lanjut, Silakan hubungi kami di [Masukkan detail kontak].