nghiên cứu áp dụng dây dẫn nhôm lõi composite trong thiết kế đường dây tải điện trên không ở việt nam

Để đường dây được vận hành an toàn, chất lượng điện năng tốt cầnphải đảm bảo đầy đủ các yếu tố như: khả năng chuyên tải công suất củađường dây, khả năng chịu lực của cột, khoảng cách an

MỤC LỤC Mục

lục

Lời mở đầu

Chương 1: Tổng quan thiết kế đường dây tải điện trên không và cơ sở lý thuyết của cơ lý đường dây

1.1.Tổng quan thiết kế đường dây tải điện trên không

1.1.1 Các yêu cầu cần có đối với đường dây trên không

1.1.2 Các bước tiến hành thiết kế đường dây

1.1.3 Các vấn đề cần lưu ý trong thiết kế đường dây tải điện trên không

1.1.4 Kết luận

1.2 Cơ sở lý thuyết của cơ lý đường dây

1.2.1 Thông số vật lý và thông số tính toán của dây dẫn

1.2.2 các chế độ tính toán của đường dây trên không

1.2.3 Thành lập phương trình trạng thái của dây dẫn

1.2.4 Phương trình trạng thái của dây dẫn

1.2.5 Khoảng cột tới hạn của dây dẫn

1.2.6 Các lực tác động lên cột của đường dây trên không

Chương 2: Giới thiệu về dây dẫn công nghệ mới – Dây dẫn nhôm lõi composite

2.1 Sơ lược về công ty

2.2 Giải pháp của CTC

2.3 Tính đa dạng của Composite

2.4 Giới thiệu về dây dẫn nhôm lõi Composite (ACCC Linnet) và

3

6 6 6 7 7 9 10 10 14 16 22 25 27

35

35 35 36

37

42 42 42

công nghệ của

nó

Chương 3: Phương pháp tính và chương trình tính toán cơ lí đường dây

3.1 Phương pháp tính

3.1.1 Giải phương trình trạng thái

3.1.2 Tính khoảng cột tới hạn

3.1.3 Tính các trạng thái

3.2 Chương trình tính toán cơ lí đường dây

3.2.1 Giới thiệu chung về chương trình tính toán cơ lí đường dây

3.2.2 Sơ đồ khối của chương trình

3.2.3 Sử dung chương trình

Chương 4: áp dụng lýí thuyết và chương trình tính toán thiết kế cải tạo đường dây 110kV Bắc Ninh – Đông Anh

4.1 Khả năng tải điện của dây dẫn nhôm lõi composite

4.1.1 Khái niệm chung

4.1.2 Kết quả tính toán - đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số cos và công suất cho đường dây 110kV, 220kV với các chiều dài đường dây khác nhau

4.1.3 Từ kết quả tính toán và đồ thị đưa ra bảng tổng kết

4.2 Tính toán thiết kế cải tạo đường dây 110kV Bắc Ninh - Đông Anh 4.2.1 Tổng quan về đường dây 110kV Bắc Ninh - Đông Anh

43 48 53 53 55 57

61 61 61

62 85 87 87 93 97

103 110

115 116 119 120

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

dây

4.2.3 Tính toán so sánh lựa chọn dây dẫn

4.2.4 Tính toán kiểm tra điều kiện làm việc của dây dẫn về ứng suất và độ võng

4.2.5 Kiểm tra khoảng cách giao chéo an toàn từ đường dây 110kV đến các đường dây có điện áp thấp hơn và đường giao thông

4.3 Kết quả đạt được của việc thiết kế cải tạo đường dây 110kV Bắc Ninh - Đông Anh

Chương 5: Kết quả và kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

LỜI MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài

Trong hệ thống điện lưới điện đóng vai trò rất quan trọng, nó đảm nhậnchức năng truyền tải và phân phối điện năng từ nguồn đến các phụ tải, baogồm các đường dây truyền tải, phân phối Có nhiều tiêu chí để đánh giá lướiđiện, nhưng cơ bản có 4 tiêu chí sau:

- Đảm bảo cung cấp điện đủ cho các nhu cầu phụ tải, đảm bảo chấtlượng

- Cung cấp điện liên tục và an toàn

- Giảm tổn thất trong truyền tải, phân phối, giảm giá thành xây dựng

- Hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của lưới điện đối với môitrường sinh thái, cảnh quan

Hiện nay ở nước ta phần lớn đường dây truyền tải điện là đường dâytrên không Việc thiết kế đường dây tải điện trên không là sự phối hợp củanhiều loại cấu kiện, vật liệu: dây dẫn, cách điện, cột, móng

Việc tính toán trong lúc thiết kế đường dây sẽ ảnh hưởng trực tiếp đếnđiều kiện vận hành sau này của hệ thống điện về các mặt: bảo đảm liên tụccung cấp điện, an toàn cho người, cho các ngành công nghiệp khác như giaothông vận tải, bưu điện, quốc phòng

Để đường dây được vận hành an toàn, chất lượng điện năng tốt cầnphải đảm bảo đầy đủ các yếu tố như: khả năng chuyên tải công suất củađường dây, khả năng chịu lực của cột, khoảng cách an toàn của dây dẫn,khoảng cách giữa các pha đảm bảo

Trong các yếu tố trên dây dẫn đóng một vai trò hết sức quan trọng, nóquyết định đến khả năng mang tải của đường dây và kết cấu xây dựng chođường dây

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

Vì vây, luận văn cao học với đề tài “Nghiên cứu áp dụng dây dẫn nhôm lõi composite trong thiết kế đường dây tải điện trên không ở Việt Nam” sẽ phần nào giải quyết được các yếu tố trên.

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Đề tài nhằm nghiên cứu áp dụng dây dẫn công nghệ mới: dây dẫnnhôm lõi composite, nêu lên được sự ưu việt của nó trong thiết kế đường dâytải điện trên không về các mặt: tăng khả năng tải điện của đường dây, giảm độvõng và tăng khoảng cách của khoảng cột so với việc dùng dây nhôm lõi thépthông thường

3 Đối tượng và phạm vi của đề tài

Đề tài này nghiên cứu đưa dây dẫn nhôm lõi composite vào việc thiết

kế đường dây tải điện trên không ở Việt Nam

Đề tài có thể áp dụng trực tiếp vào các công trình thực tế

Luận văn bao gồm phần lý thuyết về cơ lý đường dây và tính toán cụthể về cơ lý đường dây cho một công trình thực tế

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Hiện nay hầu hết các công trình đường dây tải điện trên không ở ViệtNam sử dụng dây dẫn nhôm lõi thép Khả năng truyền tải công suất của dâynhôm lõi thép không nhiều nhưng trọng lượng bản thân lại lớn do đó rất tốnkém về kết cấu xây dựng, không kinh tế khi xây dựng một đường dây tải điệnvới công suất chuyên tải lớn

Là một kỹ sư thiết kế đường dây tải điện còn trẻ, với mục đích tập hợpcác tài liệu về công nghệ chế tạo dây dẫn và cơ lý đường dây của các thế hệ đitrước cũng như với sự nỗ lực nghiên cứu của bản thân, tác giả luận văn rấtmong luận văn sẽ đóng góp vào việc phát triển hệ thống lưới điện ở ViệtNam

5 Kết cấu của đề tài

Tên đề tài: “Nghiên cứu áp dụng dây dẫn nhôm lõi composite trongthiết kế đường dây tải điện trên không ở Việt Nam”.

Luận văn được lập bao gồm 5 chương chia rõ làm hai phần: Lý thuyết

và thực hành Nội dung của các chương thể hiện rõ ràng, dễ xem

Nội dung cụ thể của luận văn như sau:

Chương 1: Tổng quan về thiết kế đường dây tải điện trên không và

cơ sở lý thuyết của cơ lý đường dây.

Chương 2: Giới thiệu về dây dẫn công nghệ mới – dây dẫn nhôm lõi composite

Chương 3: Phương pháp tímh và chương trình tính toán

Chương 4: Áp dụng lý thuyết tính toán cho đường dây 110kV hai mạch Bắc Ninh - Đông Anh cải tạo thay dây dẫn.

Chương 5: Kết quả và kết luận.

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG VÀ

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY 1.1 TỔNG QUAN THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG. 1.1.1 Các yêu cầu cần có đối với thiết kế đường dây trên không

Để thiết kế được một công trình đường dây trên không, đảm bảo đượcđường dây vận hành an toàn, người thiết kế phải thiết kế đường dây đảm bảođược đầy đủ các yếu tố sau:

1 Lựa chọn dây dẫn đảm bảo khả năng mang tải của đường dây

2 Đảm bảo khả năng chịu lực của dây dẫn: Dây dẫn phải được căngdây để đảm bảo được ứng suất lực cho phép trong các chế độ đặc biệt củađường dây như:

+ Chế độ bão: gió lớn, tải trọng ngoài tác động dây dẫn lớn

+ Chế độ lạnh: nhiệt độ thấp, dây dẫn co lại, ứng suất lực trong dây dẫn lớn.+ Chế độ nhiệt độ trung bình: chế độ vận hành thường xuyên của dâydẫn, ứng suất trong dây dẫn phải đảm bảo nhỏ hơn ứng suất cho phép của chế

5 Đảm bảo khoảng cách pha trên đường dây sao cho đảm bảo các yêucầu về kỹ thuật kinh tế Nếu khoảng cách pha lớn sẽ gây tốn kém về kinh tế

do phải tăng chiều dài xà, nếu khoảng cách pha nhỏ sẽ không đạt được yêucầu về an toàn Việc tính toán khoảng cách pha phụ thuộc vào 2 yếu tố: Điện

áp của đường dây và độ võng của dây dẫn

1.1.2 Các bước tiến hành thiết kế đường dây

Thiết kế đường dây bao gồm các bước sau:

- Thu thập đầy đủ số liệu về phụ tải điện hiện tại, có dự báo nhu cầuphụ tải trong tương lai Tính toán chế độ lưới điện khu vực để lựa chọn tiếtdiện dây dẫn và loại dây dẫn cho phù hợp

- Khảo sát tuyến đường dây: thể hiện tuyến đường dây lên mặt bằng vàmặt cắt dọc Mặt bằng và mặt cắt thường được thể hiện theo một tỷ lệ nhấtđịnh cho phù hợp với công việc thiết kế, quá trình thi công và thuận tiện lưutrữ hồ sơ trong quá trình vận hành đường dây

- Lựa chọn dây chống sét

- Lựa chọn cách điện và phụ kiện cho phù hợp

- Chọn sơ đồ cột của tuyến đường dây

- Tính toán chọn cột, chọn móng: chọn cột sao cho lực tiêu chuẩn chếtạo của cột đó phải đảm bảo được các lực tác dụng lên cột

- Tính toán khoảng cách pha phụ thuộc vào điện áp đường dây và độvõng, công suất và an toàn cơ học

- Đưa các vị trí cột, chiều cao cột và độ võng của dây dẫn lên mặtcắt dọc

- Bóc tách khối lượng của đường dây bao gồm cột, móng, xà, dây dẫn

để ra khối lượng đưa vào tính toán vốn đầu tư của công trình

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

1.1.3 Các vấn đề cần lưu ý trong thiết kế đường dây tải điện trên không

1 Chọn dây dẫn.

- Vật liệu dây dẫn trước tiên phải có tính dẫn điện cao, điều kiệnlàm việc của đường dây trên không cũng yêu cầu đối với dây có độ bền cơhọc cao, trọng lượng nhẹ

- Trị số ứng suất trong dây dẫn phụ thuộc vào trị số lực kéo bênngoài Lực này phụ thuộc vào tải trọng cơ học tác dụng lên dây kể cảtrọng lượng bản thân dây và phụ thuộc vào nhiệt độ

- Ứng suất trong dây dẫn được tính toán tuân theo phương trìnhtrạng thái của dây dẫn Ứng suất  phụ thuộc vào chiều dài khoảng cột vàchế độ của đường dây tại thời điểm tính toán Cụ thể như sau:

- Mỗi một khảng néo (gồm một hay nhiều khoảng cột) khác nhau sẽ cómột ứng suất khác nhau

- Ứng suất của dây dẫn khác nhau trong chế độ gió bão, chế độ nhiệt độlạnh và chế độ nhiệt độ trung bình

Tuy nhiên theo chế tạo của dây dẫn, mỗi một loại dây dẫn có một lựcgiới hạn và tiết diện mặt cắt riêng của chúng Chính hai thông số này sẽ quyếtđịnh ứng suất tối đa trong từng chế độ, nếu vượt quá ứng suất này dây dẫn sẽgặp nguy hiểm trong từng chế độ vận hành của đường dây

2 Độ võng của dây dẫn.

Độ võng là khoảng cách giữa điểm thấp nhất của dây dẫn so với đườngnối hai điểm treo dây Đây là một thông số rất quan trọng của đường dây Từgiá trị của độ võng đã biết, ta có thể tính toán biết được:

+ Khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn (nếu biết được chiều caocủa hai điểm dây dẫn) đến đất

+ Nếu chưa biết được chiều cao của hai điểm treo dây, từ độ võng đãbiết cộng thêm độ cao an toàn trong quy phạm ta sẽ tính được chiều cao cộtcần thiết để đảm bảo độ an oàn cho con người và đường dây.

+ Kiểm tra khoảng cách pha giữa các pha của dây dẫn theo công thức

ở đây:

+ D là khoảng cách pha (m)

+ f: Độ võng của dây dẫn (m)

+ U: Điện áp của đường dây (kV)

(Công thức tính khoảng cách pha được lấy theo quy phạm trang bị điện

(Cụ thể được trình bày trong chương 2 của Luận văn)

Ở đây:  là giá trị của ứng suất dây dẫn

l: Khoảng cách giữa hai điểm treo dây

Do vậy ở đây tính toán được chính xác độ võng, ta đồng thời cũng phảitính được giá trị của ứng suất dây dẫn 

ở Việt Nam” nhằm nâng cao khả năng tải điện của đường dây, vận hành

có độ tin cậy cao.

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY.

1.2.1 Thông số vật lý và thông số tính toán của dây dẫn.

1.2.1.1 Thông số cơ bản cho tính toán đường dây trên không

- Tiết diện dây dẫn: S [mm2]

- Đường kính của dây dẫn: d [m]

- Khối lượng đơn vị của dây dẫn: P [kg/m] hay [daN/m]

- Lực đứt dây hay giới hạn bền của dây dẫn: Tđ [daN]

- Mô đun đàn hồi của dây dẫn: E [kg/mm2]

- Hệ số nở dài của dây dẫn:  (1/0C)

- Áp lực gió tác động vào dây dẫn: Q (daN/m2)

+ Giá trị của Q được tính theo tiêu chuẩn tải trọng và tác dụng TCVN2737-1995

+ Q = W0.k. (giá trị Q ở đây đã được tính để đảm bảo điều 1.6 của tiêuchuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995)

+ Độ cao ở đây được tính là độ cao của trọng tâm quy đổi của tất cả cácdây (dây dẫn và dây chống sét) (theo điều II.5.17 đến II.5.21 quy phạm trang

bị điện 11 TCN 19: 1984) được tính theo công thức:

hqđ = htb - f

Trong đó: htb: Độ cao trung bình mắc dây dẫn và dây chống sét vàocách điện.

f: Độ võng dây dẫn, quy ước lấy giá trị lớn nhất (khi nhiệt độ cao nhất),m

Đối với các khoảng vượt có một khoảng cột hqđ được tính như sau:

80 1,57 1,45 1,18

-  là hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định củacông trình là khác nhau, tuân theo bảng 2.2

Bảng 1.2: Hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định của công trình Thời gian sử dụng giả định, năm 5 10 20 30 40 50

Hệ số điều chỉnh tải trọng gió 0,61 0,72 0,83 0,91 0,96 1

* Hệ số khí động học của dây dẫn, xem xét theo cỡ dây: Cx

* Ứng suất của dây dẫn:  dây dẫn:  [daN/m2]

1.2.1.2 Thông số tính toán của dây dẫn:

1 Tải trọng đơn vị của dây dẫn

g1 = P/S [daN/m2]

P: khối lượng 1m dây dẫn [daN/m]

S: Tiết diện dây dẫn [mm2]

2 Tải trọng đơn vị do gió tác dụng lên dây dãn

g2 = Cy.Cx.Q.d.10-3/S [daN/m.mm2]

Cy: Hệ số điều chỉnh theo cấp độ tải trọng

Cx: Hệ số khí động học của dây dẫn (Hệ số xem xét theo cỡ dây)Q: Áp lực gió tác động lên dây dẫn (daN/m2)

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

d: đường kính của dây (mm)

10-3: hệ số quy đổi đơn vị đường kính mm thành m

3 Tải trọng đơn vị tổng hợp khi có gió

6 Ứng suất của dây dẫn: lực tác dụng lên 1mm 2 dây dẫn

đ = Tđ/S [daN/mm2]: ứng suất đứt của dây dẫn

Theo mục II.5.32 của quy phạm trang bị điện 11 TCN 19: 1984 quyđịnh về ứng suất cho phép lớn nhất của dây dẫn là dây nhôm lõi thép như sau:

+ Khi tải trọng ngoài lớn nhất và khi nhiệt độ thấp nhất ứng suất chophép tính theo % ứng lực kéo đứt của dây dẫn là 40%

+ Khi nhiệt độ trung bình hàng năm ứng suất cho phép tính theo % ứnglực kéo đứt của dây dẫn là 25%

Như vậy:

+ Tại chế độ bão (chế độ tải trọng ngoài lớn nhất) và chế độ nhiệt độthấp nhất, giá trị ứng suất cho phép lớn nhất là max

max = 0,4..đ [daN/mm2]: ứng suất lớn nhất của dây dẫn

+ Tại chế độ nhiệt độ trung bình hàng năm giá trị ứng suất cho phép là tb

tb: 0,25đ [daN/mm2]: ứng suất trung bình của dây dẫn

1.2.2 Các chế độ tính toán của đường dây trên không

1.2.2.1 Các chế độ làm việc của đường dây trên không

1 Trạng thái nhiệt độ thấp nhất (lạnh nhất):

+ Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái nhiệt độ thấp nhất là tải

+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t0C = 50C

+ Áp lực gió: Q = 0

2 Trạng thái bão: Trạng thái dây dẫn chịu tải trọng lớn nhất

+ Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái bão là tải trọng tổng hợpcủa gió và dây:

g2 = Cx.Cy..Qmax.d.10-3/S (1.3)

+ Áp lực gió Q = Qmax

+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t0C = 250C

3 Trạng thái nhiệt độ không khí trung bình

Trạng thái làm việc lâu dài của dây dẫn Dây dẫn chịu sự rung độngthường xuyên của gió gây mỏi dây

+ Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái nhiệt độ không khí trungbình là tải trọng riêng của dây dẫn g1 = P/S

+ Áp lực gió Q = 0

+ Nhiệt độ môi trường xung quanh : t0C = 250C

4 Trạng thái nhiệt độ không khí cao nhất

Trạng thái nhiệt độ cao, dây dẫn bị võng xuống nhiều nhất, nên trạngthái này còn được gọi là trạng thái độ võng lớn nhất

+ Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái nhiệt độ không khí trungbình là tải trọng riêng của dây dẫn g1 = P/S, áp lực gió Q = 0

+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t0C = 400C

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

5 Trạng thái quá điện áp khí quyển (trạng thái giông sét)

+ Tải trọng tác động lên dây dẫn trong trạng thái quá điện áp khíquyển là tải trọng tổng hợp của dây dẫn với tải trọng trong chế độ quáđiện áp khí quyển

+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t0C = 200C

Bảng 1.3: Tổng hợp thông số các trạng thái làm việc của dây dẫn

Trạng thái làm việc của dây dẫn

vị tác động lên dây dẫn

Nhiệt độ ( o C)

Áp lực gió (daN/m 2 )

5 Trạng thái quá điện áp khí

1.2.2.3 Trạng thái khi thi công đường dây

Trạng thái khi thi công đường dây là trạng thái đường dây đang thicông, bao gồm các công đoạn: làm móng, dựng cột, kéo dây dẫn, treodây lên cột

Trạng thái khi thi công không có trạng thái bão

1.2.3 Thành lập phương trình trạng thái của dây dẫn

1.2.3.1 Các lực cơ bản tác dụng lên dây dẫn

Xét dây dẫn treo trên hai điểm A, B (Hình vẽ), chịu tác động của trọnglượng riêng của dây và gió thổi tác động vuông góc với dây dẫn

Tác động của gió lên dây là: P2 = g2.S (1.7)

Tại thời điểm không có gió dây chịu tác động do trọng lượng của dây

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

Tại thời điểm có gió, dây chịu tác động của tổng hợp lực do gió vàtrọng lượng của dây là: P3 = g3.S (1.9).

1.2.3.2 Phương trình treo dây giữa hai điểm có độ cao bằng nhau.

Xét một đoạn dây dẫn có chiều dài L treo trên hai điểm treo dây A, B

có độ cao bằng nhau, A và B cách nhau một khoảng 1, được bố trí trên hệ trụctoạ độ xOy, O là điểm có độ võng thấp nhất (Hình 1.2)

1 Thành lập phương trình treo dây

Hình 1.2 Bố trí hai điểm treo dây bằng nhau

Ta có biểu thức trong trường hợp tổng quát là:

(1.10)

Ở đây để tạm thời giảm đi sự phức tạp của bài toán giá trị  được coinhư là một số đã biết do giá trị này sẽ được tính cụ thể tại một giá trị khoảngcột cụ thể trong chương trình tính toán ở chương III của luận văn

(1.11)Trong đó:

+P: Lực tác dụng lên dây dẫn (tuỳ trường hợp có thể là P1, P3, P5)

+ g: Tải trọng đơn vị tác dụng lên dây dẫn (tuỳ trường hợp có thể là g1,

g3, g5)

+ S: Tiết diện dây dẫn

+ T: Lực căng , T =  S

+ : Ứng suất của dây dẫn tại vị trí độ võng thấp nhất

+ : Góc tạo bởi giữa lực tác dụng lên dây dẫn (P) và lực căng dây T.+ x: Là biến của chiều dài dây có giá trị chạy từ 0  1/2

Cho x chạy từ 0 đến 1/2 ta được giá trị của y và chiều dài dây L là

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

Kết quả tại công thức (2.12) chính là độ võng của dây dẫn tại trườnghợp hai điểm treo dây cao bằng nhau cách nhau một khoảng cột có chiều dàil.

2 Tính độ võng của dây tại điểm bất kỳ

* Tính độ võng của dây dẫn tại điểm bất kỳ E cách cột B khoảng x,cách gốc toạ độ là (1/2 - x) (Hình 1.2)

Do điểm E nằm trên đường cong dây dẫn, tuân theo quy luật của côngthức (1.12), nên điểm E ta có yxcó giá trị là:

(1.14)

(1.15)(1.16)Thay (1.14), (1.16) vào (1.15) ta được:

(1.17)

1.2.3.3 Phương trình treo dây giữa hai điểm có độ cao không bằng nhau (Hình 1.3)

Hình 1.3 Bố trí 2 điểm treo dây có độ cao không bằng nhau.

1 Thành lập phương trình treo dây.

(1.22)Biến đổi (1.22) và (1.20) ta có:

(1.23)

(1.24)Theo (1.19) và (1.20) ta có:

(1.25)Trên hình 1.3 ta có tam giác ADB, sử dụng hệ thức tỉ lệ trong tam giác

ta được:

(1.27)

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

Độ võng thấp nhất của dây dẫn f là:

(1.28)

* Độ võng ở chính giữa khoảng cột là:

(1.29)(1.30)

Từ (2.12) và (2.19) ta có:

(1.31)

Từ (1.26), (1.29), (1.31) ta có:

(1.32)Tính chiều dài dây dẫn L: (Hình 1.4)

Hình 1.4: Tính chiều dài dây dẫn L

Theo (1.23) và (1.24) và (1.13) ta có được các công thức sau:

2 Tính khoảng cách tới đất tại điểm bất kỳ.

* Tính khoảng cách tới đất tại điểm E bất kỳ (thuộc dây dẫn) trongkhoảng cột, có khoảng cách cột B (cột có chiều cao cột cao hơn) là x, cáchtrục Oy một khoảng (b-x), khoảng cách tới trục Oy là yE (hình 1.3)

1.2.4 Phương trình trạng thái của dây dẫn.

Phương trình trạng thái của dây dẫn chính là quy luật biến đổi của ứngsuất trong dây dẫn , độ võng của dây dẫn f theo nhiệt độ môi trường t0C vàtải trọng gió Q tác dụng lên dây dẫn

Xét dây dẫn có khoảng cột l (m) có hai trạng thái ở hai nhiệt độ và môitrường khác nhau:

Trạng thái thứ nhất: Trạng thái ban đầu hay trạng thái cơ sơ của dâydẫn, đây là trạng thái đã biết toàn bộ các yếu tố của đường dây bao gồm: ứngsuất trong dây dẫn , độ võng của dây dẫn fCS, nhiệt độ môi trường

và tải trọng đơn vị tổng hợp gCS tác dụng lên dây dẫn

Trạng thái thứ hai: Trạng thái tiếp theo của dây dẫn, đây là trạng thái tachưa biết hay trạng thái cần phải tính toán được các yếu tố của đường dây,bao gồm: ứng suất trong dây dẫn , độ võng của dân dẫn , nhiệt độ môitrường và tải trọng đơn vị tổng hợp tác dụng lên dây dẫn

1.2.4.1 Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao bằng nhau.

Theo (1.13) ta lần lượt có các công thức của trạng thái thứ nhất và trạngthái thứ hai như sau:

(1.39)

Lcs, LTT: Chiều dài dây dẫn tại trạng thái cơ sở và trạng thái tính toán Việc thay đổi trạng thái của dây dẫn đến việc thay đổi chiều dài của dâymột đoạn Thay đổi chiều dài do 2 nguyên nhân sau:

+ Thay đổi do nhiệt độ dẫn đến chiều dài của dây thay đổi.

+ Thay đổi do tải trọng bên ngoài tác động vào dây dẫn thay đổi dâydẫn làm ứng suất trong dây thay đổi dẫn đến chiều dài của dây thay đổi

Phần thay đổi do nhiệt độ là , Phần thay đổi do ứng suất là Giátrị cụ thể của hai giá trị trên như sau:

(1.41)(1.42)Khi nhiệt độ và ứng suất đồng thời biến đổi, thay (2.41), (2.42), (2.38),(1.39) vào (1.40)

1.2.4.2 Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao không bằng nhau.

Thay các biểu thức (1.22), (1.37), (1.41), (1.42), (1.38), (1.39) và (1.40)

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

Bỏ qua các thành phần và vì quánhỏ ta được:

Từ (4.25) , (2.40) biến đổi ta được phương trình:

1.2.5 Khoảng cột tới hạn của dây dẫn.

Dây dẫn có nhiều trạng thái làm việc, mỗi một trạng thái của dây dẫn,

ta lại có một ứng suất cho phép khác nhau, khi ứng suất vượt quá giá trị nàythì không đảm bảo được sự an toàn của dây dẫn theo quy phạm trang bị điện

Từ phương trình trạng thái trên ta thấy: để tính được các thông số củadây dẫn trong các trạng thái khác nhau, ta phải biết được trạng thái thứ nhất,trạng thái cơ sở Từ đó ta mới tính được trạng thái tiếp theo, trạng thái cầntính toán

Căn cứ theo điều II 5 32 quy phạm trang bị điện 11 TCN 19 - 1984 có

3 trạng thái mà ta cần quan tâm

1 Trạng thái nhiệt độ thấp nhất (lạnh nhất)

2 Trạng thái bão

3 Trạng thái nhiệt độ trung bình

Để dây dẫn có thể làm việc được thì ứng suất trong dây dẫn ở trạngthái nào phải nhỏ hơn ứng suất cho phép của dây trong trạng thái đó Nếu biếtđược trạng thái làm việc nào của dây dẫn sẽ xuất hiện ứng suất lớn hơn ứngsuất cho phép thì trạng thái đó được lấy là trạng thái xuất phát hay trạng thái

cơ sở với ứng suất lúc nào được lấy bằng ứng suất cho phép Các trạng tháicòn lại của dây dẫn được tính theo trạng thái cơ sở này (căn cứ theo phươngtrình trạng thái) Trạng thái lạnh nhất và trạng thái bão có thể xuất hiện ứngsuất lớn hơn ứng suất cho phép và giá trị ứng suất ở đây được quy định vềứng suất cho phép lớn nhất Trạng thái nhiệt độ trung bình hàng năm cóthể xuất hiện ứng suất lớn hơn ứng suất cho phép và giá trị ứng suất ở đâyđược quy về ứng suất cho phép lớn nhất

Nếu bảo đảm được ứng suất trong 3 trạng thái trên sẽ xuất hiện ứngsuất lớn hơn ứng suất cho phép Ta quy ứng suất của trạng thái này bằng ứngsuất cho phép của trạng thái đó Ta gọi trạng thái này là trạng thái thứ nhất,trạng thái cơ sở

+ Từ trạng thái cơ sở ta sẽ tính được ứng suất của hai trạng thái còn lạitheo ứng suất cho phép của trạng thái cơ sở

* Từ phương trình trạng thái của dây dẫn (1.24) ta thấy ứng suất trongdây dẫn phụ thuộc vào khoảng cột Do đó khoảng cột chính là một giá trịquyết định ứng suất ở trạng thái nhất định sẽ xuất hiện một giá trị cho phép ởtrạng thái đó

Vậy đối với mỗi trạng thái nhất định sẽ xuất hiện một giá trị củakhoảng cột tới hạn, mà khi chiều dài khoảng cột lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị

đó thì giá trị ứng suất lớn hơn giá trị cho phép sẽ xuất hiện

Khoảng cột tới hạn là giá trị của một khoảng cột liên quan đến 2 trạngthái dây dẫn trong phương trình trạng thái, mà tại giá trị đó, ứng suất lớn hơngiá trị cho phép của một trong hai trạng thái sẽ xuất hiện, cụ thể hơn tại giá trịkhoảng cột này ứng suất trong dây dẫn sẽ chuyển từ giá trị an toàn cho phépsang ứng suất lớn hơn có thể gây nguy hiểm cho đường dây và ngược lại

Tương ứng với 3 trạng thái điển hình của dây dẫn ta có khoảng 3 cột tớihạn là một sự so sánh giữa một cặp hai trạng thái Khi khoảng cột thực tế lớn

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

hơn hoặc nhỏ hơn khoảng cột tới hạn thì ứng suất lớn hơn giá trị cho phép sẽxuất hiện ở một trạng thái tuỳ theo tính chất trạng thái đó Ta sẽ chọn trạngthái đó làm trạng thái xuất phát hay trạng thái cơ sở để tính các thông số ởtrạng thái còn lại.

Ta cùng tìm hiểu cách tính các khoảng cột tới hạn và ứng dụng củachúng Ta ký hiệu các khoảng cột tới hạn như sau:

: Khoảng cột tới hạn giữa trạng thái lạnh nhất và trạng thái bão hoà.: Khoảng cột tới hạn giữa trạng thái bão và trạng thái nhiệt độ trungbình

1 3k: Khoảng cột tới hạn giữa trạng thái bão và trạng thái nhiệt độ trungbình

Ta có phương trình trạng thái của dây dẫn, ở đây trạng thái cơ sở làtrạng thái xuất phát, trạng thái đã biết và trạng thái cần tìm là trạng thái tínhtoán, trạng thái chưa biết

Đặt:

(1.48)

(1.49)Như vậy phương trình trạng thái sẽ được biến đổi thành:

Đây là phương trình bậc 3 không đầy đủ Từ các thông số đã biết ta tínhđược các tham số M, N, K Cho giá trị khoảng cột l ta tính được A, B Giải

phương trình trạng thái đã được biến đổi trên mặt bằng phương pháp lặp tađược giá trị cần tìm Với giá trị khoảng cột thay đổi liên tục ta sẽ vẽ được

đồ thị của hàm

1.2.6 Các lực tác động lên cột của đường dây trên không

Cột của đường dây trên không phải chịu các lực sau:

a, Lực tác dụng của trọng lượng dây dẫn và trọng lượng sứ lên cột,

b, Lực tác dụng của gió vào cột và của gió vào dây

c, Lực tác dụng của lực căng bản thân dây dẫn (ứng suất trong dây dẫn)

1.2.6.1 Các khái niệm cần biết trong tín toán lực tác động lên cột

* Khoảng cột tính toán l tt là khoảng cột dài nhất giữa hai cột kề nhauđảm bảo được các điều kiện sau:

+ Khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn trong trạng thái nhiệt độkhông khí cao nhất phải đảm bảo được khoảng cách an toàn trong quy phạmtrang bị điện

+ Đảm bảo khoảng cách pha an toàn giữa các pha và từ dây dẫn đến các

bộ phận của cột

+ Ứng suất xảy ra trong 3 trạng thái: lạnh nhất, bão, nhiệt độ trung bìnhphải đảm bảo nhỏ hơn ứng suất cho phép trong các trạng thái đó Ứng suấtcủa trạng thái lạnh nhất và trạng thái bão không được lớn hơn ứng suất lớnnhất của dây dẫn , ứng suất của trạng thái trung bình không được lớn hơnứng suất cho phép trung bình

Từ phương trình trạng thái được tính như sau:

Từ phương trình trạng thái đã có:

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

Ta tính giá trị 1tt tại trạng thái nóng nhất và trạng thái xuất phát (trạngthái cơ sở) lấy tạm thời một trạng thái bất kỳ

Do khoảng cột tính toán là khoảng cột dài nhất nên độ võng cũng là độvõng lớn nhất fmax Độ võng lớn nhất phải đảm bảo khoảng cách an toàn nhỏnhất từ đây dẫn tới mặt đất Với đường dây 110 KV phải đảm bảo khoảngcách như bảng 1.2

fmax = h - hmin

ở đây + h: là khoảng cách từ pha cuối cùng đến đất

+ hmin : là khoảng cách an toàn nhỏ nhất từ dây đến đất

Bảng 1.4: Khoảng cách an toàn nhỏ nhất h min của dây dẫn tới mặt đất.

(Theo quy phạm trang bị điện 11TCN 19:1984 tại các mục: II.5.93, II.5.97, II.5.103, II.5.107)

Thay giá trị của ứng suất tại giá trị độ võng lớn nhất ta được:

Thay giá trị ứng suất này vào phương trình trạng thái, biến đổi ta đượcphương trình sau:

(1.51)(1.52)+ ở đây tTT = 400C; tcs: nhiệt độ trạng thái cơ sở (trạng thái cơ sở đượcgiả định là một trạng thái bất kỳ)

Giải phương trình trên ta được giá trị như 1tt như sau:

(1.53)

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

Sau khi tính được khoảng cột tính toán tạm thời ta còn phải:

+ So sánh với giá trị của các khoảng cột tới hạn 12k, 11k, 13k để xem xéttrạng thái cơ sở chính thức của đường dây, từ đó tính lại chính xác khoảng cộttính toán

Hình 1.6 Khoảng cột trọng lượng

* Khoảng cột đại biểu

Khoảng cột đại biểu là khoảng cột đại diện cho một khoảng néo

Khoảng cột đại biểu là 1đb được tính như sau:

Trong đó:

n: Số khoảng cột trong khoảng néo

11, 12, 13….: Các khoảng cột trong khoảng néo

Từ khoảng cột 1đb ta có phương trình trạng thái của khoảng néo nhưsau:

Giải phương trình trạng thái với giá trị khoảng cột đại biểu đã biết tađược ứng suất của một khoảng néo

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

Cy Hệ số điều chỉnh theo cấp độ tải trọng tác động

Ss Diện tích đón gió của cột

k: Hệ số tính đến tính chất tác động của gió lên từng loạicột, k có giá trị như bảng sau: (Tính theo bảng 6 trong tiêuchuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737 - 1995)

: ứng suất cho phép lớn nhất trong dây dẫn

S: Tiết diện của dây dẫn

d, Lực tổng hợp tác dụng lên cột đỡ

Lực tác dụng lên cột đỡ gồm có:

- Lực do gió tác động và cột tác động vào dây

+ Chế độ vận hành bình thường tại các vị trí cột đỡ, cột chỉ phải đỡ dâynên không phải chịu lực tác dụng căng của bản thân dây dẫn Tmax

+ Chế độ sự cố (đứt dây) có tính đến lực căng của bản thân dây dẫn.Lực này căng dây Tsc = k Tmax Hệ số K được cho như sau:

(Theo quy phạm trang bị điện mục II.5.82 - 11 TCN 19:1984)

Tiết diện dây > 240mm2:

k = 0,4 đối với cột thép

k = 0,25 đối với cột bê tông cốt thép

Tiết diện dây < 180mm2:

+ Lực tác động của gió lên dây được xác định tại vị trí treo dây

Do vậy tuỳ từng sơ đồ cột mà ta có các lực gió tác động khác nhau Các cột hiện nay được chế tạo quy theo lực đầu cột tiêu chuẩn Nên saukhi tính toán được lực tổng hợp do gió tác động lên cột ta phải quy lên lựcđầu cột để xem xét tính toán, cột điện được lựa chọn có đảm bảo được cácyêu cầu chịu uốn, nén cần thiết

Tại vị trí cột néo: Cột phải chịu tác dụng của gió vào dây, của gió vàocột, chịu tác dụng của lực căng dây

Lực tác dụng của gió lên một dây tại vị trí cột néo là:

Tương tự như đã trình bày trong phần tính cột dỡ thẳng, các lực tácdụng lên cột được xác định tại vị trí treo dây lên quy lên đầu cột để so sánhvới lực đầu cột quy chuẩn

ở chế độ sự cố lực căng dây T = Tsc = Tmax,

Để thiết kế được ta phải tính được các lực tác dụng lên cột, để kiểm tracột có đủ chịu lực không Nếu không đủ ta phải tăng độ chịu lực của cột hoặcgiảm lực của dây tác dụng lên cột

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ DÂY DẪN CÔNG NGHỆ MỚI - DÂY DẪN NHÔM

LÕI COMPOSITE 2.1 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TY.

CTC là chữ viết tắt tên của công ty: Composite TechnologyCorporation, là nhà cung cấp toàn cầu các giải pháp tiện ích về điện đặc trưngthông qua công nghệ composite Sự chuyển giao, phân phối và các sản phẩmdây dẫn công nghiệp của CTC gửi đi 50tỷ USD hàng năm tới thị trường toàncầu, được dự tính sẽ tăng lên 80 tỷ USD trong vòng 10 năm

Sản phẩm đầu tiên của CTC là hợp chất cường dẫn được biết tới nhưACCC (Aluminum Conductor Composite Core – Dây dẫn nhôm lõicomposite) Dây dẫn nhôm lõi composite có khả năng làm cuộc cách mạng vềđường dẫn điện, đáp ứng được gấp hai lần điện năng của dây dẫn nhôm lõithép thông thường, vật liệu khỏ hơn 25% và đạt độ tin tưởng đầy ấn tượng

2.2 GIẢI PHÁP CỦA CTC.

Dây dẫn nhôm lõi composite của CTC hiện thời có khả năng truyền tảiđiện vượt dây dẫn phân phối hiện tại, đồng thời làm tăng độ tin cậy của hệthống điện do loại trừ được độ võng dây thực tế do nhiệt độ cao

Dây dẫn của CTC đưa ra được sự tiết kiệm chi phí cho đường dây hơncác phương pháp thông thường (chi phí trung bình của CTC là90.000USD/hải lý, tiết kiện hơn được 550.0000USD đối với các giải phápthông thường) Sự tiết kiện này được thu từ việc do dây dẫn nhẹ, không cầnđòi hỏi phải xây dựng các hệ thống cột có khả năng chịu lực lớn so với việcdùng dây nhôm lõi thép thông thường khi thiết kế cho đường dây có yêu cầutruyền tải công suất lớn

- Khả năng truyền tải điện tăng gấp hai lần so với dây nhôm lõi thépcùng kích thước và trọng lượng Điều này cho phép cải tạo các đường dây tải

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005

điện để tăng khả năng truyền tải điện bằng cách thay dây dẫn mà không phảithay cột.

- Loại bỏ hầu hết hiệu ứng tăng độ võng khi nhiệt độ tăng cao Độ võngcuối cùng không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng dãn nở theo nhiệt độ trong thờigian dài của nhôm Điều này đạt được là do lõi composite có độ dãn nở nhiệtrất nhỏ so với lõi thép

- Sử dụng các phương pháp, dụng cụ kéo, căng dây và phụ kiện thôngthường: không cần các dụng cụ đặc biệt hoặc công nhân lắp đặt được đào tạođặc biệt

- Giảm giá thành xây dựng đường dây nhờ sử dụng ít cột đỡ hơn: khảnăng chịu ứng suất kéo cao hơn, khoảng cách cho phép lớn hơn do độ võngdây trong khoảng cột ít, tăng khoảng cách giữa các cột làm giảm số cột đỡphải sử dụng tới hơn 16%

- Khả năng chịu tác động của môi trường cao: không bị gỉ, ăn mòn hoặctạo hiện tượng điện phân với dây nhôm hoặc các phần tử khác

- Giảm thiểu sự hỏng hóc đường dây

- Có thể hoạt động dưới nhiệt độ cao 200oC

- Sự tiện ích đặt lên trước tiên

- Sản xuất lắp đặt theo tiêu chuẩn

- Hiệu suất vận hành cao hơn cho phép giảm chi phí sản xuất điện và đáp ứng các tiêu chuẩn về phát xạ nhiệt

2.3 TÍNH ĐA DẠNG CỦA COMPOSITE.

Composite là chất đã được thử thách và được chấp nhận rộng rãi ápdụng trong phạm vi trải rộng của ngành hàng không, trong thị trường chuyênchở tác động cơ bản hàng ngày của nhiều người tiêu dùng Mọi phạm vi nàyđều đòi hỏi những giải pháp mạnh mẽ Trước hết nâng cao sản phẩm an toàn

và đáng tin cậy Công nghệ và sản phẩm tân tiến của CTC là lợi nhuận của

composite cho các nhu cầu khác nhau của thị trường điện năng CTC đã xâydựng chiến lược, quan hệ các sản phẩm dây dẫn để mở rộng nhanh chóng sảnxuất và các ích lợi hỗ trợ cùng sự thống trị trong việc có ngay được hệ thốngđầy tiềm năng và sự tin tưởng trên toàn cầu.

2.4 GIỚI THIỆU VỀ DÂY DẪN NHÔM LÕI COMPOSITE (ACCC LINNET) VÀ CÔNG NGHỆ CỦA NÓ.

2.4.1 Các lợi thế:

- Dây dẫn ACCC Linnet ( AluminumConductor Composite Core –Dây dẫn nhôm lõi composite ) có những lợi thế quan trọng hơn dây nhôm lõithép truyền thống về các mặt:

+ Có khả năng truyền tải điện gấp hai lần so với dây nhôm lõi thép ACcùng kích thước và trọng lượng

+ Có trọng lượng, đường kính và áp lực tương đương với dây nhôm lõithép AC

+ Công nghệ giảm về vấn đề võng của dây

+ Có thể vận hành ở nhiệt độ cao 200oC

+ Có thể giảm chi phí dự án với khoảng cách giữa các cột lớn hơn lớn.+ Làm giảm nếp lượn của bề mặt dây

+ Dễ dàng thay thế dây nhôm lõi thép AC

+ Khử lõi thép, làm giảm lực điện động

+ Khử sự ăn mòn do điện cực

+ Sử dụng thủ tục lắp đặt tiêu chuẩn

2.4.2 Cấu tạo và đặc tính kỹ thuật của dây nhôm lõi composite :

- Cấu tạo:

Bao gồm 2 phần: phần dẫn điện (lớp nhôm bọc bên ngoài) và phần chịu

độ bền cơ học (lõi composite)

Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005