Hệ thống điện (Tập 3): Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu Hệ thống điện (Tập 3) tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Tính toán cơ học đường dây tải điện trên không; Phương trình cơ bản của dây dẫn treo trên hai điểm có độ cao bằng nhau; Phương trình trạng thái của dây dẫn; Đường dây trên không trong vận hành. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chương 3

TÍNH TOÁN Cơ HỌC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG

3.1.1 Đường dây trên không

3.1.1.1 Cấu tạo chung

Trên hình 3.1 là sơ đồ đường dây trên không Đường dây trên không bao gồm dãy các cột điện, trên đó có các xà và dây dẫn được treo vào các xà qua

sứ cách điện Cột điện được chôn xuống đất bằng các móng vững chắc, làm nhiêm vụ đỡ dây ở trên cao so với mặt đất, do đó gọi là đường dây trên không Trên cột còn có thể treo dây chống sét đê sét không đánh trực tiếp vào dây dẫn

CN

III III

đường dây cán vượt

fcs độ võng dây f đô võng dây dây dẫn (dây pha)

Cũng có loại cột trên đó chỉ treo một pha, đường dây cần có ba cột loại này, đó là cột néo góc của đường dây 500 kV

Đường dây hạ áp treo 4 hay 5 dây cho ba pha, trung tính và dây pha cho chiếu sáng Đường dây trung áp có dây trung tính treo 4 dây trên một cột, 3 dây pha và dây trung tính Trên một cột cũng có khi treo hai đường dây điên

áp khác nhau như trung áp và hạ áp.

Người ta quan tâm đến dây pha dưới cùng và trên cùng Dây pha dưới cùng hay dây thấp nhất dùng để xác định khoảng cách an toàn cúa dẳy dân với đất Dây pha trên cùng để xác định khoảng cách an toàn đến dây chông sét.Trên đường dây điện áp 110 kV trớ lên còn phải treo dây chống sét toàn tuyến Trên đường dây trung áp 22 -ỉ- 35 kV chi cần treo trên 1 đến 2 km tính

từ trạm biến áp

Khoảng cách giữa hai điểm treo dây trên hai cột kề nhau gọi là khoáng

cột, khoảng cột có độ dài ký hiệu là I (m), gọi tắt là khoảng cột Nêu hai cột

kề nhau là cột néo thì gọi là khoảng cột néo

Khoảng giữa hai cột néo gồm nhiều cột đỡ liên tiếp gọi là khoảng néo Khoảng néo bao gồm nhiều khoảng cột thường

Khi đường dây vượt qua chướng ngại như đường dây điên, đường dây thông tin hay sông rộng thì ta có khoang vượt, khoảng vượt có thể có một hoặc nhiều khoảng cột

Các cột còn có thiết bị nối đất hoặc đặt chống sét ống

Các ký hiệu trên là ký hiệu Nga đã quen dùng ở Việt Nam, các ký hiệu và

số liệu của các nước khác có thể tra trong các catalog, hoặc trong tài liệu [17],Dây chống sét làm bằng thép hay nhôm lõi thép

lĩ) Cấn tạo

Có các loại dây sau (hình 3.2):

- Dây đơn chi có một sợi duy nhất (hình 3.2aV thường là dây thép có đường kính 4 mm dùng cho đường dây hạ áp Nêu là dây dần vào nhà thì cho phép đường kính 3 mm Đường kính nhỏ quá sẽ không đú đô bền, lớn quá sẽ

dễ bị uốn gẫy Còn có dây lưỡng kim tiết diện đến 10 mm2 Dây có lõi thép phủ đồng ở ngoài, lượng đồng chiếm 45 đến 50% khối lượng dây

- Dây vặn xoắn đồng nhất: nhiều sợi nhỏ vặn xoăn lại với nhau (hình 3.2b), dây vặn xoắn có thể là dây đồng, nhôm hay thép

- Dây vặn xoắn nhôm lõi thép (hình 3.2c), để tăng độ bền người ta làm thêm lõi thép ở giữa, các sợi nhôm ở bên ngoài.

- Dây vặn xoắn nhôm lõi thép có thêm các sợi phụ bằng chất cách điện

để tăng bán kính dùng cho điện áp 220 kV trở lên (hình 3.2d)

- Dây rỗng dùng trong các trạm biến áp 220 kV trở lên (hình 3.2e).Trên hình 3.3 là cấu tạo của dây vặn xoắn, sơ đồ (a) là dây một kim loại: thép nc và nhôm A Sơ đồ (b) là dây AC, sơ đồ (c) là dây ACO và sơ

đồ (d) là dây ACY

< ■) Dây thép vặn xoắn nc, TK: dùng cho các khoảng vượt rất lớn như

sông rộng hay thung lũng rộng và làm dây chống sét (bảng 3.1)

Trọng lượng riêng (kG/km)

ứng suất phá hoại ơgh (daN/mm2)

ứng suất phá hoại ơgh (daN/mm2)

Còn có các loại dây nhôm hợp kim cho độ bền cao hơn nhiều nhưng dẫn điện kém hơn:

- Nga: Dây AH và A)K

- Tây Âu: Dây AAAC (All Aluminium Aloy Conductor) - AMELEC

e) Dáy lõi thép loại AC, ACO và ACY (bảng 3.3)

Fa, mm2

Tiết diện phần thép

Fc, mm2

Đường kính dây, mm

Đường kính lõi thép, mm

Trọng lượng riêng, kG/m

ứng suất phá hoại,

®gh (daN/mm2)

Còn có các loại dây khác như sau:

ACK: dây nhôm lõi thép chống ăn mòn, lõi thép được bọc hai lớp màng nhựa polyetylen

ACKC: dây nhôm lõi thép chống ăn mòn, phủ mỡ trung tính chịu nhiệt phần thép

AKFI: dây nhôm chống ăn mòn, phủ mỡ cả phần nhôm và thép.

ACKH: dây nhôm lõi thép chống ăn mòn, dùng thay dây đổng

Trên đường dây 220 -ỉ- 500 kV hay dùng các loại:

ACKĨI 300/39, 330/43, 400/51, 500/64;

ACY: dây nhôm lõi thép tăng cường phần thép FA/FC = 1,46 -ỉ- 4,39;

ACO dây nhôm lõi thép tăng cường phần nhôm FA/FC = 7,7 1 -T 8,04;ACSR: dây nhôm lõi thép Tây Âu:

- Dây nhôm lõi thép ACKFI 70/72, 95/146;

- Dây nhôm lõi thép Tây Âu ACSR 80/47

- Cột cuối dùng ở đầu và cuối đường dây

- Cột vượt: Là cột cao hoặc rất cao sử dụng khi đường dây qua chướng ngại cao hoặc rộng như: đường dây điện, đường dây thông tin, sông rộng Cột vượt có thể là cột néo hay đỡ

- Còn có các cột dùng để chuyển vị các dây pha (cột đảo pha) và cột đê nối các nhánh rẽ (cột rẽ) Cũng có các cột đặc biệt trên đó đặt dao cách ]y,

tụ bù

Trên hình 3.4 cho các cách bố trí dây trên cột Trên hình 3.5 trình bày cấu tạo chung của cột thép Cột có 4 phần: 1 - thân cột; 2 - xà; 3 - chóp và 4

- móng Có loại cột còn dùng dây néo để tăng cường sức chịu đựng hoặc giảm giá thành cột

K1

Hình 3.4.

Hình 3.5.

Trên hình 3.6 là các loại cột bêtông cốt thép Trên sơ đổ (a) là cột đỡ 10 kV; trên sơ đồ (b) là cột néo 10 kV; trên sơ đồ (c) là cột đỡ 110 kV; trên sơ

đổ (d) là cột đỡ 220 kV; sơ đồ (e) là cột đỡ 500 kV hai mạch; sơ đồ (f) là cột néo góc 110 kV

d)

Trên hình 3.7 là các cột thép Sơ đồ (a) là cột đỡ một mạch 110 kV; sơ

đồ (b) là cột đỡ hai mạch 110 kV; sơ đồ (c) là cột néo góc 110 kV; sơ đồ (d)

là cột đỡ 220 kV; sơ đồ (e) là cột đỡ 500 kV; sơ đồ (f) là cột néo góc 500 kv

Hình dáng và cấu trúc của các cột thép và bêtông cốt thép trong thực tẻ' rất phong phú, ở đây chi đưa ra làm ví dụ Kích thước quan trọng của các cột là: độ cao tổng, độ cao từ xà thấp nhất đến đất, khoáng cách giữa các xà, kích thước xà, độ rộng của cột.

b)

Hình 3.7.

Trên hình 3.8 là các loại móng: Sơ đổ (a) là móng nguyên khối; sơ đồ (b) là móng hình nấm; sơ đồ (c) là móng kiểu cọc

Các đặc trưng quan trọng của cột bao gồm:

a Khoảng cột tính toán 1„: là khoảng cách dài nhất giữa hai cột kề nhau

khi đường dây đi trên mặt đất phẳng, thoả mãn các điều kiện:

1- Khoảng cách an toàn tới đất của dây thấp nhất trong trạng thái nóng

nhất vừa bằng khoảng cách yêu cầu bởi quy phạm;

2- úhg suất xảy ra trong các trạng thái làm việc lạnh nhất, hão và nhiệt

độ trung hình năm phải nhỏ hơn ứng suất cho phép trong các trạng thái đó.

Mỗi kiểu cột chỉ có một giá trị 1„ duy nhất Cách tính khoảng cột tính toán trình bày trong mục 3.8

h Khoảng cột trọng lượng-, là chiều dài đoạn dây hai bên khoảng cột mà

trọng lượng của nó tác động lên cột Mỗi loại cột đều được tính toán cho khoảng cột trọng lượng tiêu chuẩn 1TLTC = l,25.1tt

c Khoảng cột gió: là chiều dài đoạn dây hai bên cột mà áp lực gió lên

đoạn dây này tác động lên cột

Khoảng cột trọng lượng và khoảng cột gió là hai đại lượng quan trọng

để kiểm tra cột khi chia cột

- Các lực kéo quan trọng tác động lên cột khi chia cột phải tính kiểm tra

Dây dẫn được gắn vào chuỗi sứ nhờ các kẹp dây

Một số loại sứ cách điện treo thuỷ tinh của Nga và các nước khác cho trong bảng 3.4

Bảng 3.4 Sứ treo

Loại sứ

Kích thước, mm Lực kéo

phá hoại, daN.103

Chiều dài đường rò điện, cm

Trọng lượng, kG

Cao Đường

kính ngoài

Đường kính ty sứ

-t.â : Tây Âu; cb: chống bụi; F: Pháp, còn lại là cúa Nga

Bảng 3.5 Một số loại sứ đứng của Nga

hoại, daN

Trọng lượng, kG

Hình 3.10.

Trên hình 3.9 là các loại sứ và chuỗi sứ: Sơ đồ (a), (b) là sứ đỡ 10 kV;

sơ đồ (c) là sứ đỡ 35 kV; sơ đồ (d) là bát sứ treo; sơ đồ (e) là chuỗi sứ đỡ; sơ

đồ (f) là chuỗi sứ néo, trong đó: 1: dây dãn, 2: khoá dây, 3: mắt nối, 4: các bát sứ; sơ đồ (g) là chuỗi sứ đỡ dây phân pha có thiết bị cân bằng điện thế 2 Trên hình 3.10 là các loại khoá dây và nối dây: Sơ đồ (a) là khoá dây cứng cho chuỗi sứ đỡ; sơ đồ (b): khoá dây sứ néo kiểu bắt ốc; (c): khoá dây

sứ néo kiểu ép; (d): nối dây kiểu ống ép; (e): nối dây kiểu ép chật.

3.1.1.5 Thiết bị chống rung

Khi gió thổi vuông góc hoặc dưới một góc nào đó vào dây dẫn thì phía khuất gió sinh ra các dòng khí xoáy Hiện tượng này làm cho tốc độ gió trên mặt dây phía dưới (điểm B) nhỏ hơn so với tốc độ tại điểm A (hình 3.1 la), tạo ra lực đẩy lên trên Do gió không liên tục nên lực đẩy này có tần sô' nào

đó Khi tần sô' này trùng với tần sô' dao dộng riêng cùa dây sẽ sinh ra rung dây trong mặt phăng đứng (hình 3.1 Ib).

Khi tốc độ gió đạt 0,6 đến 0,8 m/s bắt đầu có hiện tượng rung dây Sự rung dây có thể làm dây mỏi và dẫn đến đứt tại các chỗ kẹp dây Khi tốc độ gió đạt trên 5 đến 8 m/h thì biên độ rung rất nhỏ không nguy hiểm nữa.

Hình 3.11.

Các đường dây trên địa bàn hở và bằng phẳng dễ bị rung hơn là trên địa bàn bị che chắn Sự rung dây xảy ra khi khoảng cột từ 120 m trờ lên và đặc biệt nguy hiểm ở các khoảng cột lớn trên 500 m vượt sông hay thung lũng

Độ nguy hiểm do rung dây còn phụ thuộc vào ứng suất trong dây, ứng suất này càng lớn thì rung dây càng nguy hiểm Do đó phải hạn chê' ứng suất trong dây trong trạng thái nhiệt độ trung bình là trạng thái hay xảy ra rung dây.

Đổ chống rung người ta dùng tạ chống rung (hình 3.11c) treo trên hai đầu dây trong khoảng cột.

3.1.1.6 Thiết bị chống quá điện áp

Để chống quá điện áp trên đường dây, người ta sử dụng các biện pháp sau: a) Dùng dây chống sét;

b) Nối đất các cột điện;

c) Đặt chống sét ống;

d) Tạo khe hở phóng điên.

Hình 3.12.

Trên hình 3.12a trình bày cách nối dây chống sét ở đường dây qua khe

hở phóng điện.

Trên hình 3.12b trình bày cách lắp các chống sét ống lên cột điện.

Trên 3.12c trình bày cách thức nối đất cột Sơ đồ (Cị) là cho loại móng nguyên khối, sơ đồ (c2) là cho móng hình nấm trong đó đường nét đứt là các tia nối thêm khi điện trở suất của đất lớn hơn 3.104 n/km, sơ đồ (c3) là nối đất khi điện trở suất của đất thấp, sơ đồ (c4) là cho điện trở suất cao.

3.1.1.7 Thông số đặc trung của các đường dây trên không

Thông số đặc trưng của các đường dây trên không cho ở bảng 3.6.

Bàng 3.6 Điện áp

(kV)

(m)

Điện áp (kV)

3.1.2 Các trạng thái làm việc của đường dây trên không

Đường dây trên không vận hành trong các trạng thái khác nhau Mỗi trạng thái được đậc trưng bởi tập hợp các thông sô' môi trường và tình trạng cùa dây dẫn và dây chống sét Trạng thái môi trường ở đây là thời tiết được cho bởi hai thông số đặc trưng:

1) Tốc độ gió, hướng gió lấy vuông góc với chiéu dài đường dây hoặc xiên 45°;

của dây dưới cùng) phải tính dự phòng cho tình trạng vận hành quá tải đường dây do sự cố trong lưới điện, khi đó do nhiệt độ trong dây dẫn cao nên độ võng sẽ lớn hơn.

Điếu kiện thời tiết ở các khu vực địa lý khác nhau có thể khác nhau, thể hiện ở tốc độ gió.

Trong các trạng thái làm việc bình thường dây dẫn chịu các tác động cơ học sau:

- Trọng lượng riêng làm dây võng xuống và gây ra ứng suất trong dây

Độ võng làm cho điểm thấp nhất của dây gần với mặt đất hơn so với điểm treo dây Độ võng luôn gắn liền với khoảng cột nhất định.

- Gió bão gây ra ứng suất phụ thêm với trọng lượng dây và làm dây lệch khỏi mặt phẳng đứng, đẩy các dây pha và dây chống sét đến gần nhau, gần thân cột và các vật chung quanh có thể gây nguy hiểm.-Cột bị uốn mạnh có thể gãy, đổ.

- Gió nhẹ và luôn thay dổi tốc độ làm dây bị rung động, gây tác dông làm mỏi dẫn đến đứt dây ở các chỗ kẹp dây Khi gió lớn và dây có tiết diện lớn, dây có thể rơi vào trạng thái đu đưa dẫn đến đứt dây hoặc đổ cột, làm cho khoảng cách an toàn hẹp lại có thể dẫn đến phóng điện.

- Nhiệt độ thấp hơn nhiệt đô khi chế tạo dây làm dây co lại, gây ứng suất cao trong dây, có thể gây lực nhổ cột hoặc kéo ngược chuỗi sứ, làm giảm khoảng cách an toàn.

- Nhiệt đô cao hơn nhiệt độ chế tạo dây làm dây võng xuống nhiều hơn, làm tăng khoảng cách với đất.

Cột gồm thân cột và các xà chịu các tác động sau:

- Trọng lượng dây dẫn, sứ và cột;

- Sức ép của gió lên dây, sứ, cột gây ra lực uốn;

- Lực kéo của dây dẫn ở cột néo, néo góc và cột cuối do ứng suất trong dây.

Sứ đỡ và các chuỗi sứ néo chịu trọng lực của dây ở cột đỡ và lực kéo ở cột góc và cột néo.

Các trạng thái thời tiết bình thường quan trọng dùng làm cơ sở để tính toán cơ lý đường dây trên không:

a- Trạng thái nhiệt độ thấp nhất (lạnh nhất): Dây dẫn bị co lại, gây ứng suất trong dây lớn nhất Dây bị co lại có thể gây lực kéo ngược chuỗi sứ và nhổ cột Khoảng cách giữa các pha và dây chống sét bị thu hẹp.

b- Trạng thái bão: Trong trạng thái này dây dẫn chịu tải trọng cơ học

lớn nhất, ứng suất trong dây lớn nhất và dây bị lệch khỏi mặt phẳng đứng Trạng thái bão còn gọi là trạng thái tải trọng cơ học lớn nhất.

c- Trạng thái nhiệt độ trung bình: Đây là trạng thái làm việc lâu dài của

dây dẫn Dây dẫn chịu sự rung động thường xuyên do gió gây mỏi dây và gây nguy cơ đứt các sợi dây ở các chỗ kẹp dây

d- Trạng thái nhiệt độ cao nhất (nóng nhất): Dây dẫn bị giãn ra nhiều

nhất làm cho khoảng cách từ dây dẫn thấp nhất đến đất lớn nhất Độ võng trong trạng thái này là độ võng lớn nhất của dây dẫn trong thời gian vận hành Trạng thái nóng nhất cũng có thể gọi là trạng thái độ võng lớn nhất.Hai trạng thái đầu là hai trạng thái gây ra ứng suất cao nhất trong dây dẫn, ứng với độ dài khoảng vượt 1 đã cho, ứng suất lớn nhất sẽ xảy ra trong một

trong, hai trạng thái này Trạng thái có ứng suất lớn nhất xảy ra gọi là trạng thái ứng suất lớn nhất Trạng thái ứng suất lớn nhất dùng để tính toán treo dây.

Trạng thái c) để tính dây dẫn theo ứng suất cho phép chống rung

Trạng thái d) dùng để tính kiểm tra khoảng cách an toàn của dây dẫn với đất.Ngoài bốn trạng thái trên còn có thể tính đến trạng thái thứ 5: trạng thái giông sét, còn gọi là trạng thái quá điện áp khí quyển, xảy ra trong những giờ giông sét Trong trạng thái này nếu dây dẫn bị gió làm dao động đến gần nhau và gần cột thì khả năng gây phóng điện rất cao, do đó cũng phải kiểm tra khoảng cách an toàn

Trạng thái 5 dùng để tính dây chống sét và kiểm tra độ lệch chuồi sứ.Điều kiện tính toán các trạng thái trên phụ thuộc các vùng khí hâu, được phân chia như ở bảng 3.7

Bảng 3.7

Nhiệt độ (°C) Áp lực gió (daN) TỐCđôgió (m/s)

5 Trạng thái quá điện áp khí

quyển

20 0,1q vmax nhưng

> 6,25 daN/mm2

V « 0,3 v ma<

1 kG lực = 0,98 daN (deca Newton); cóthể xem 1 kG lực = 1 daN

qvmax là áp lực gió lớn nhất trong khu vưc đườngcày đi qua.

3 1.2.2 Trạng thái cự cố: Một dây hoặc hai bị đứt + nhiệt độ + tốc độ gióTrong trạng thái sự cố, ngoài các tác động như trong chế độ bình thường, dây dẫn bị lôi về một phía làm tâng đô võng của dây đứt trong khoảng cột bên cạnh, làm lệch chuỗi sứ Cột, xà bị kéo vì bị uốn.

Ngoài ra còn phải tính các trạng thái khí hậu lúc thi công đường dây Để thực hiên treo dây: lấy độ võng đúng yêu cầu kỹ thuật Khi thi công đường dây, độ võng lấy theo diều kiện thực tế lúc thi công, độ võng này được tính toán sao cho khi dây dẫn rơi vào các trạng thái a) b) c) sẽ không gây ra ứng suất trong dây lớn hơn ứng suất cho phép, còn trong trạng thái nhiệt độ cao nhất d), độ võng không lớn hơn độ võng yêu cầu

3.1.3 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật khi thiết kế đường dây

trên không

Trên cơ sở đã biết trước loại dây dẫn và tiết diện, mặt bằng và mặt cắt tuyến đường dây với mọi chi tiết cần thiết, thiết kế đường dây trên không cần

thực hiện các công việc saw Chọn loại cột, vị trí cột, độ cao cột, sứ cách

điện, cách bô' trí dây dẫn trên cột, độ võng căng dầy, khoảng cách giữa các pha, giữa dây pha và dây chống sét nếu có, khoảng cách giữa dây dẫn với đất

và các phần không dẫn điện của cột sao cho đường dây thoả mãn các yêu

cầu kỹ thuật và kinh tê'dưới đây:

3.1.3.1 Yêu cầu kỹ thuật

1- Các phần tử của đường dây trên không là dây dẫn, dây chống sét và cột không được hư hỏng làm cho đường dây phải ngừng công tác trong các trạng thái vân hành bình thường và sự cố

Dây dẫn có thể bị đứt khi bị các tác động làm cho ứng suất trong dây vượt quá khả năng chịu đựng của dây dẫn:

- gió bão + trọng lượng riêng của dây;

- nhiệt độ quá thấp làm dây co lại gây ứng suất lớn trong dây;

- dây bị rung đông hoặc bị bật làm dây đứt

Cột có thể bị uốn hoặc bị nén do gió bão + trọng lượng dây + trọng lượng cột và chuỗi sứ ở cột néo, néo góc có lực kéo không cân bằng của dây Khi sự cố đứt dây cột bị lực kéo

Không thể bảo đảm tuyệt đối dây không bao giờ hỏng, cột không bao giờ đổ vì nếu như vây giá thành đường dây sẽ rất đắt Chí đảm bảo khả năng

đó xảy ra ở mức chấp nhận được Điều này thể hiện ở các điều kiện tính toán: không tính các cơn bão quá lớn và có xác suất xuất hiện quá nhỏ, hoặc nhiệt độ quá thấp và ở sự lựa chọn các hệ sô' an toàn Không thể chọn các hệ sô' này quá lớn Đô bền của đường dây ở mức nào là bài toán kinh tê' - kỹ thuật.2- Không được để xảy ra các tình huống làm ảnh hưởng đến chê' độ tải điện của đường dây Ví dụ dây dẫn tiến đến gần nhau hoặc chạm nhau hoặc chạm vào dây chống sét và các vật nối đất trong các trạng thái vận hành gây phóng điện hay ngắn mạch.

3- Không được ảnh hưởng đến hoạt đông bình thường của các công trình dưới hoặc lân cận đường dây trên không, như giao thông dưới đường dây: đường sắt, ô tô, đường thuỷ, đường dây điện hay đường dây thông tin cắt chéo đường dây hoặc chạy song song với đường dây

Khoảng cách của đường dãy trên không và đâ't nếu thấp quá sẽ không an toàn cho giao thông dưới đường dây Nếu dây dẫn bị đứt sẽ gây nguy hiếm cho giao thông và người

Điện áp trẽn đường dây trên không có thể cảm ứng sang các đường dây điện và thông tin nếu chúng đi gần nhau hoặc giao nhau với khoảng cách nhỏ Điện áp cảm ứng này nếu lớn sẽ ảnh hưởng đến công tác của các đường dây Điện áp cảm ứng từ đường dây thiết kê' sang đường dây điện đi gần nó

có thể đạt mức nguy hiểm cho các đường dây

4- Không được ảnh hưởng đến an toàn điện đối với người và gia súc hoạt động dưới hoặc lân cận đường dây trên không Phải có khoảng cách an toàn giữa dây dẫn và đất, giữa dây dẫn và các vật chung quanh đường dây

Điện trường dưới đường dây 500 kV ảnh hưởng đến người và gia súc ở dưới đường dây, phải có các biện pháp hạn chê' ảnh hưởng này

Bốn yêu cầu trên là các yêu cầu kỹ thuật, được xét dến trong các trạng thái bình thường và sự cô' của đường dây

3.1.3.2 Yêu cầu về kinh tế

Chi phí thấp nhất, trong đó có vốn đầu tư và chi phí vận hành, tuổi thọ

của đường dây Có nhiều phương án thực hiện đường dây thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật nêu trên, phải chọn phương án tối ưu về kinh tế từ các phương

án đảm bảo về kỹ thuật

Thường thì một đường dây khi đã xác định loại cột và phụ kiện, có thể

có nhiều phương án rải cột Các phương án này coi như có chi phí vận hành như nhau Vậy phương án kinh tế nhất là phương án có vốn đầu tư nhò nhất.Như vậy là có hai bài toán kinh tế:

1- Bài toán tổng quát- Xác định vật liệu, kích thước cột và phụ kiện sao

cho đường dây tối ưu vể kinh tế Ta biết rằng giá thành của cột phụ thuộc vào vật liệu và đô cao cột Nếu cột thấp thì giá rẻ nhưng phải dùng nhiều cột, ngược lại, nếu cột cao thì chi phí cao hơn nhưng chi cẩn dùng ít cột Như vậy

sẽ có kích thước cột tối ưu làm cho đường dây đạt hiệu quả kinh tê' cao nhất Bài toán này được giải quyết ở cấp hệ thống điện, định ra các loại cột tiêu chuẩn và chỉ dẫn sử dụng cho các khu vực khác nhau cùa hệ thống điên Đới với phụ kiện cũng được chuẩn hoá như vậy

2- Bài toán riêng biệt cho từng đường dáỵ cụ thể: Bài toán này do kỹ sư

thiết kế thực hiện Họ cần phải tìm phương án rải cột và tìm các giải pháp kỹ thuật xử lý các tình huống cụ thể một cách hiệu quả nhất về kinh tê'

3.1.4 Các tiêu chuẩn thiết kế cho đường dãy trên không

(ĐĐDK) trên 1 kV (dưới 1kV xem QPTBĐ)

Các yêu cầu kỹ thuật được thể hiện qua các tiêu chuẩn thiết kê' mà người thiết kê' phải áp dụng Còn tiêu chuẩn về kinh tế đạt được khi so sánh các phương án thiết kế khác nhau

Dưới đây là một sô' tiêu chuẩn kỹ thuật cơ bản, các tiêu chuẩn khác xem trong các TCVN hoặc Quy phạm trang bị điện (QPTBBĐ) Việt nam

3.1.4.1 Khoảng cách an toàn giữa DDK với đất và các công trình lán cận:

1 Khoảng cách dọc an toàn nhỏ nhất cùa dây dẫn với mặt đất:

U-kV

Khu vực đông dân cư

Khoảng cách, mKhu vực

ít dân cư

Khu vực khó qua lại

Khu vực người khó đến

2 Khoảng cách ngang an toàn nhỏ nhất từ dây dẫn ngoài với phần nhô

ra của công trình, nhà cửa:

Khu vực ít dân cư

3 Khoảng cách dọc an toàn nhỏ nhất của dây dẫn với mặt nước:

4 Khoảng cách giữa hai DDK giao chéo và đi gần:

Có thể dùng cột néo hoặc trung gian (cột đỡ) ở chỗ giao chéo.

Đường dây đến 220 kV khi giao chéo với nhau, chỗ giao chéo phải gần cột của đường dây phía trên, khoảng cách ngang từ cột đường dây trên đến dây dẫn của đường dây dưới không nhỏ hơn 6 m khi dây lệch nhiều nhất Từ cột của đường dây dưới đến dây dẫn đường dây trên không nhỏ hơn 5 m Khoảng cách từ điểm giao chéo đến cột néo 500 kV không nhỏ hơn 10 m Khoảng cách thẳng đứng giữa dây dẫn hoặc dây chống sét của những đường dây giao chéo nhau cho trong bảng 3.8.

Tại chỗ giao chéo, nếu DDK phía trên đã có dây chống sét,các khoảng cách khi trong bảng trên tính cho DDK phía dưới.

Khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét tính cho nhiệt độ chung quanh 20°C không có gió.

Bảng 3.8

Chiêu dài

khoảng

cột,m

Khoảng cách nhỏ nhất từ chỗ giao chéo đến cột gần nhất

của đường dây trên không (ĐDK),m

-5 Khoảng cách giữa 2 DDK đi song song và đi gần:

Khoảng cách nằm ngang giữa các dây dẫn ngoài cùng khi dây không bị lệch không được nhỏ hơn khoảng cách an toàn của hành lang tuyến của DDK điên áp cao hơn

6 Khoảng cách giữa DDK giao chéo với đường dây thông tin và tín hiệu (TT & TH):

Đường dây điện phải đi trên ĐDTT & TH Chỗ giao chéo phải gần cột DDK

Khoảng cách ngang từ cột DDK đến 220 kV đến dây dẫn của ĐDTT &

TH không được nhỏ hơn 6 m; từ cột ĐDTT&TH đến dây dẫn DDK đến 220

kV không nhỏ hơn 7 m

Khoảng cách nhỏ nhất theo chiều thẳng đứng từ dây dẫn của DDK đến ĐDTT & TH cho trong bảng 3.9

U<22kV:2m; u = 35 4-110 kV: 4 m;

Ư = 220 kV: 6 m; u = 500 kv : 10 m;

Khi DDK 35 kV trở lên tiết diện 120 mm2, đường dây điện áp thấp hơn

có tiết diện không nhỏ hơn 35 mm2 dây AC và 70 mm2 dây nhôm giao chéo với đường dây thông tin cấp I, đường dây thông tin tự động hoặc bán tự động của đường sắt phải dùng cột néo Với các loại khác có thể dùng cột trung gian

Các khoảng cách khác lại xem Quy phạm trang bị điện (TBĐ)

7 DDK giao chéo với đường sắt:

Khoảng cách từ chân cột DDK đến biên hành lang của đường ắt không nhỏ hơn chiều cao cột công thêm 3 m

Trên những đoạn hẹp cho phép lấy khoảng cách không nhỏ hơn:

U<22kV: 3 m; u = 35 4- 110 kV: 6 m;

U = 220kV: 8 m; u = 500 kV: 10 mKhi giao chéo khoảng cách từ dây dẫn đến mặt ray:

u á 22 kV: 7,5 m; u = 35 4- 110 kV: 7,5 m;

u = 220 kV: 8,5 m; u = 500 kV: 12 m

Độ võng tính theo nhiệt độ dây dẫn do dòng điện Nếu không có sô' liệu lấy nhiệt độ tính toán bằng 70°C Trong trạng thái sự cô' khoảng cách trên được kiểm tra theo nhiệt độ trung bình năm, không có gió

Cột điện phải là kiểu néo, cách điện kép.

8 DDK giao chéo với đường ô tô:

Khi giao chéo với đường ô tô cấp I (mặt đường rộng 15 m, 2 -ỉ- 4 làn xe) phải dùng khoảng néo, cách điện kép Với đường ôtô các cấp khác có thể dùng cột đỡ mắc dây bằng khoá đỡ kiểu cô' định, nếu dùng cách điện đứng thi phải mắc kép

Khoảng cách từ DDK đên mặt đường và khoảng cách ngang cho trong bảng 3.10

Bảng 3.10

Các trường hợp giao chéo hay đi gần

Khoảng càch nhỏ nhất theo điện áp (kV)

<22 35-5-110 220 1- Khoảng cách thẳng đứng đến mặt đường

a- Trong trạng thái bình thường

b- Khi đứt một dây dẫn ở khcảng cột ké (đối

với dây nhỏ hơn 185 mm 2 )

a- Từ chân cột đến lé đường

b- Như trên nhưng à đoạntuyến hẹp từ bộ

phận bất kỳ đến lé đưởng:

+ khi giao chéo đường ô tô cấp I, II

+ khi giao chéo đường ô tô cấp khác

+ Khi đi song song với đường ô tô khoảng

cách lấy từ dây ngoài cùng đến lé đường

lúc dây bị gió làm lệch nhiéu nhất

bằ

5 1,5

2

ng chiéu cao

5 2,5

4

:ột

5 2,5

6

u = 500 kV: khoảng cách theo chiều thẳng dứng từ dây đến mặt đường:

10 m, đến phương tiện vân tải 4,5 m Khoảng cách ngang từ chân cột đến mép đường bằng chiều cao cột +5 m, ở đoạn tuyến hẹp khi giao chéo và song song: 10 m

Các trường hợp khác như DDK đi qua cầu, đường tầu điện, qua đê xem quy phạm TBĐ

3.1.4.2 Khoảng cách an toàn nhỏ nhất giữa các dây pha với nhau và

với dây chống sét

Để tránh hiện tượng va chạm hoặc đến gần nhau quá giữa các dây dẫn

và dây chống sét ở điểm giữa khoảng cột khi có gió bão, cần phải đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa các dây pha với nhau và với dây chống sét ở điểm định vị chúng trên cột Các khoảng cách này phụ thuộc vào cấp điên áp định mức của đường dây, cách thức bô' trí dây dẫn trên cột, khả năng di động và chiều dài chuỗi sứ X, độ võng lớn nhất f và nguy cơ chạm dây do gió Độ võng f ở đây là độ võng ứng với khoảng cột tính toán của đường dây (x mục 3.8) Các khoảng cách này được cho dưới dạng bảng hoặc công thức kinh nghiệm Trong các công thức kinh nghiệm nếu khoảng cột thực tế lớn hơn khoảng cột tính toán thì phải dùng khoảng cột thực.tế để tính.

- u = 35 kV trở lên dùng sứ treo, khoảng cách nhỏ nhất giữa các dây dẫn: Khi bô' trí trên mặt phẳng ngang (m):

Khi bô' trí không cùng mặt phẳng:

+ 0,65-ựf + À khi chênh lệch độ cao treo dây h < Ư/l 10

+ 0,43>/f + À khi chênh lệch độ cao treo dây h s u/l 10

- DDK điện áp 35 kV dùng cách điện đứng và điện áp đến 22 kV dùng loại cách điện bất kỳ, khoảng cách giữa các dây dân theo điều kiên làm việc của dây trong khoảng cột không được nhỏ hơn trị sô' xác định theo công thức sau:

0.457777

- Khoảng cách thẳng đứng giữa dây dẫn và dây chống sét ở giữa khoảng cột, không tính đến độ lệch dây do gió, trong trạng thái quá điên áp khí quyển không nhỏ hơn sô' liệu trong bảng sau:

Khoảng cột,m 100 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1500

Khoảng cách.m 2 3,2 4 5,5 7 8,5 10 11,5 13 14,5 16 18 21

Độ võng của dây chống sét không được lớn hơn độ võng của dây dẫn

- Khi có 2 mạch trên một cột:khoảng cách tại cột giữa các dây dẫn gần nhất của 2 mạch cùng điện áp không được nhỏ hơn:

Ư á 22 kV: 2 m với dây trần cách điện đứng, 1 m dây bọc cách điện đứng;

u = 35 kV: 2,5 m với cách diện đứng; 3 m với cách điện treo;

3.1.4.4 Khoảng cách nhỏ nhất giữa các pha tại cột

Điéu kiện tính toán

Khoảng cách nhỏ nhất tại cột theo điện áp,kV

3.1.4.5 Tiết diện dây tối thiểu (mm1) cho các đường dây (bảng 3.11)

Cho điện áp 110 kV trở lên: để hạn chế do tổn thất vầng quang, phải chọn dây tối thiểu 70 mm2 cho điện áp 110 kV, 240 mm2 cho 220 kV

2- Vượt sông, kênh có thuyên bè qua lại 70 35 95 25 3- Vượt công trình:

- ống dẫn nổi, cáp vận chuyển 70 35 Không cho 25

3.I.4.6 ứng suất cho phép

Cho bằng hệ sô' an toàn aat, đó là tỷ số phần trăm giữa ứng suất cho phép

để thiết kế đường dây và ứng độ bến giới hạn chịu kéo của dây dẫn (bảng 3.12)

aat = Ơcp/ƠGH

ƠGH cho trong bảng sô' liệu dây dẫn

Ưng suất cho phép là ứng suất lớn nhất được phép xuất hiện trên đường dây trong vận hành.

Bảng 3.12 Thông số của dây, ứng suất cho phép - theo QPTBĐ

Dây dán

Hê số dãn

nở nhiệt a.10~6 /°C

Mỗđun kéo daN/mm 2 (kG/mrn 2)

Hê số an toàn aat = Ơ CP^ ƠGH

dân hổi E

không đàn hói c

giới hạn D

khi bão và khi nhiệt đô thấp nhất

nhiệt độ trung binh năm + A16 A35

0,30 0,30 0,30 0,30 + AC16.AC25

+ 16-25

+ ằ 120

0,40 45

0,30 0,30 Dây thép các loại,

D để tính toán dây dẫn trong các trạng thái :

Trạng thái kéo dây khi thi công: dây dẫn chịu lực kéo nhanh sẽ bị biến dạng, do đó dùng môđun c để tính toán.

Trạng thái vận hành ở ứng suất giới hạn : dùng môđun D, phản ảnh khả năng đàn hổi của dây giảm thấp.

Trạng thái vận hành còn lại: dùng môđun đàn hồi E để tính toán dây dẫn Trong các phần tiếp theo sẽ sử dụng E để tính cho mọi tình huống.

3.1.5 Tải trọng cơ học đối với đường dây trên không

Có hai tải trọng tác động lên dây dẫn là:

1- Tải trọng do trọng lượng dây gây ra;

2- Tải trọng do áp lực gió tác động lên dây dẫn gây ra.

3.1.5.1 Tải trọng cơ học do trọng lượng dây

Trọng lượng 1 m dây là p [kG/m] được cho trong catalog hay bảng tra cứu (xem mục 3.1.1) Nếu trong bảng tra cứu cho p [kG/km] thì phải tính đổi

ra daN/m:

p [kG/m] = p [kG/km] 10"’ (3.la) Trong tính toán thường dùng đơn vị daN/m:

p [daN/m] = p [kG/m] /0,981 trong đó 1 kG/m = 9,81 N/m « 1 daN/m.

Lấy trọng lượng của 1 m dây chia cho tiết diện dây F [mm2] ta được tỳ tải g do trọng lượng tác động lẽn dây dản:

Cx là hê sô' khí động học của dây dẫn, phụ thuộc vào dường kính dây:

khi d < 20 mm: Cx = 1,2 khi d > 20 mm: Cx = 1,1

a là hê sô' không đểu của áp lực gió, phụ thuộc vào áp lực gió (xem bảng sau).

Các giá trị trung gian tính theo nội suy.

kị là hệ sô' tính đến chiều dài khoảng cột: 1 < 50 m: k| = 1,2; 1 = 100 m: k( = 1,1; 1 = 150 m: k, = 1,05; 1 = 250 m: kị = 1; (khi tính cho lưới 110 kV trở lên, k| = 1)

Fv = l.d.10”3 là diện tích chắn gió của 1 m dây

d là dường kính dây (mm); 10~ ’ là hệ sò' quy đổi mm thành m

là áp suất gió tính cho độ cao dưới 15 m trên mặt đất

Nếu qv có thứ nguyên daN/m2 thì trong công thức trên không có hệ sô' 0,981

Áp suất gió được cho trong các quy phạm thiết kế phụ thuộc vào vùng khí hậu và vào điện áp của đường dây Chỉ khi không có giá trị của qv mới tính theo tốc độ gió

Ví dụ, TCV2737-1995 chia nước ta làm năm vùng gió với áp lực gió như ở bảng 3.14

Bàng 3.14 Áp suất gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995

Đối với các đường đây điện chỉ áp dụng đến cấp III trong bảng trên

Áp suất gió dùng để tính trong công thức (3.3) được tính từ q(l như sau:

q> = q<>-ySd-k (3.4)trong đó: Ỵsd là hệ sô' hiệu chinh theo thời gian sử dụng giả định của công trình Sô' liệu trong bảng trên là áp lực gió với tần suất 50 nảm, do đó khi thời hạn sử dụng là 50 năm thì ysd = 1, khi thời gian sử dụng thấp hơn thì ysd

sẽ nhỏ hơn:

Các số ở giữa phải nội suy.

k là hệ số hiệu chỉnh theo độ cao của công trình (bảng 3.15)

Địa hình để tính k được chia làm ba loại:

A- Trống trải, không có hoặc rất ít vật cản có dộ cao không quá 1,5 m (bờ biển, mặt sông, hồ lớn, cánh đồng không có cây cao );

B- Tương đối trống trải, có một sô' vật cản thưa cao không quá 10 m (vùng ngoại ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng thưa );

C- Vùng bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản khác nhau cao từ 10 m trở lên (trong thành phô', vùng rừng rậm)

Bảng 3.15. Trị số của k theo loại địa hình

Tiêu chuẩn trên đây còn được dùng chung cho mọi công trình xây dựng

Để dùng bảng này cần xác định độ cao hứng gió của dây dẫn so với mặt đất Độ cao này được lấy bằng độ cao trọng tâm của dây hT

Trường hợp đường dây làm trên mặt phẳng:

hT = (h, + h2)/2-2.f/3 (3.5a)

trong đó hị và h2 là độ cao của hai điểm treo dây; f là độ võng lớn nhất tính theo khoáng cột tính toán Chỉ khi khoảng vượt rất lớn mới phái dùng độ võng thực.

hT tính cho từng dây, ở đây ta quan tâm đến dây thấp nhất

Nếu đường dây nằm trên địa hình không phẳng thì độ cao hứng gió của tất cả các dây bằng nhau và bằng giá trị trung bình đại số của độ cao trọng tàm của các dây

Nếu khoảng néo bao gồm nhiều khoảng cột thì tính hT như sau:

hT1l,+h.rJ,+ +hTnln (3.5b)l|+l2+ + ln

n là sô' khoáng cột trong khoảng néo; lị là khoảng cột thứ i; hTi là độ cao trọng tâm của dây trong khoảng cột i

Ta thấy nếu tính theo phương pháp tổng quát trên đây sẽ rất phức tạp Vì vậy người ta đã lập ra bảng áp lực gió tiêu chuẩn riêng cho ngành điện lực, làm cho việc thiết kế được nhanh, chính xác

Ví dụ, tiêu chuẩn áp lực gió tính riêng cho đường dây điện cùa Nga (daN/m2) theo tài liêu [14] như ở bảng 3.16 Nếu dùng bảng này thì không cán phải tính hiệu chỉnh

Bảng 3.16 Áp lực gió qv ịdaN/m2) cho hệ thống điện

3.1.5.3 Tỷ tải tổng hợp gT và góc (pị giữa tải trọng tổng hợp và mặt

Tỷ tải do gió

daN/m.mm2

Tỷ tải tổng hợp

daN/m.mm2

ứng suất ơ

daN/mm2

ứng suất cho phép daN/mm2

ĐIỂM CÓ ĐỘ CAO BẰNG NHAU

Xét dây dẫn treo trên hai diêm A, B cao bằng nhau Dây dẫn chịu tác động đồng thời của trọng lượng riêng và của gió giá thiết thổi vuông góc với dây dẫn sẽ võng xuống, đồng thời lệch về một bên so với chiều thẳng đứng Như vây, dây dẫn nằm trên mật phẳng i tạo với mặt phẳng thẳng đứng một góc <pị Khi không có gió, mặt phẳng i chính là mặt phẳng thẳng đứng

Xét mặt phẳng i (hình 3.13t>), ta lập hệ trục toạ độ như sau: trục tung đi qua điểm giữa c và cũng là điểm thấp nhất của dây, trục hoành đi qua điểm

0 cách điểm c một đoạn bằng h(ì, giá trị cùa hỏ sẽ được xác định ở phần sau

Khoáng cách giữa hai điểm treo dây A và B gọi là khoáng cột có độ dài 1 Khoáng cách từ đường nối AB đến điểm c gọi là độ võng f của dây dẫn.Xét phần tử dl (hình 3.13c), phần tử này chịu lực kéo TM và TN theo hướng tiếp tuyến với dây dẫn tại M và N và chịu lực thẳng đứng F.dl (trong mặt phẳng i).

Ớ trạng thái cân bằng, tổng các lực tác động lên dl bằng 0:

TN + T m + F.dl = 0 (3.8)Các lực trên được phân tích theo trục X và y như sau:

T m = Tx + Ty

TN = Tx - dĩ\ + Ty - dl\ (3.9)

F = Fx + Fy

Cân bằng lực theo các trục X và y, lấy chiều dương là chiều hướng về phải và lên trên, ta được:

Tx - Tx + dl\ - Fx.dl = 0

Ty - Ty + dTj - Fy.dl = 0hay là:

d dx

dl Tm ’ dl

A T dy dl|jM dl

- Fx = 0

>

- F.v = 0

(3.12)

Lực F ép lên 1 m dây F chính là tai trọiiỊỉ cơ học lên 1 m dây PT

PT ( daN/m) hoặc (kG/m) là tổng hợp cùa lực do gió Pv (daN/m) hoặc (kG/m)

ép lên dây theo phương nằm ngang và trọng lực p ( daN/m) hoặc (kG/m) theo phương thẳng đứng:

Theo phương trình trên của (3.15) thì TM.dx/dl phái là hằng số Ta đặt:

(3.22b)

In -u + 71 + u2 X-Xọ

hoHằng số x0 được xác định theo điều kiện biên:

• Tại điểm thấp nhất c, ta có:

xc = 0; uc = (dy/dx)c = 0, thay vào (3.22a) được:

0 = x° rút ra x0 - 0 h0

y - y0 = — eh" + e h" = h0.ch Ạ ị

2 t ì IM

(3.23)

trong đó y là độ cao của dây

y0 được tính theo điều kiện biên:

u - L,

h0

Lo tính theo điều kiện biên:

Tại C: Lx = 0 X = 0 do đó vế phải của (3.28) bằng 0:

0 + Lo = 0, suy ra Lo = 0

Như vậy (3.28) trở thành:

Các phương trình (3.24) và (3.29) là phương trình căng dây dạng dây

xích Phương trình được dẫn xuất trên trục toạ độ có điều kiện: trục y đi qua

điếm thấp nhất c, trục hoành cách điểm c một đoạn bằng h„, như vậy ta cộ h|, = h0 Nếu lấy trục hoành khác đi thì phương trình có dạng khác

Vậy h0 có giá trị bằng bao nhiêu?

Ta biết rằng, theo (3.16):

K = TM.dx/dlTại điểm c, giả thiết lực kéo là TM = To, dx/dl = 1, do đó:

K = To là lực kéo ở điểm thấp nhất và theo (3.20b):

PT PThay là:

To = h0.PT ; K = PT.h0 (3.31)Chia hai vế của (3.31) cho tiết diện F của dây dẫn ta được:

4=h0-4

F Fhay là:

gT=§- (3.34)F

là tỷ tải tổng hợp của dây dẫn có thứ nguyên kG/mm2 hay daN/mm2

Như vậy:

gTh0 chính là tỷ sô' giữa ứng suất tại điểm thấp nhất và tỷ tải tổng hợp, có thứ nguyên là m

Như vậy đồ thị trên hình 3.13 được vẽ có điều kiện, trục hoành cách điểm thấp nhất c đoạn h0 tính theo (3.35) Các phương trình treo dây (3.24)

và (3.29) cũng là các phương trình có điều kiện Nếu ta lấy trục hoành khác

đi thì các phương trình trên sẽ có thay đổi Hai phương trình này đủ để tính các thông sô' cần thiết khi thiết kê' đường dây

3.3 TÍNH TOÁN ĐỘ DÀI, ĐỘ VÕNG, ĐỘ CÀO, ỨNG SUẤT VÀ Lực CĂNG CỦA DÂY dẮn