Nghiên cứu đặc tính cơ học của đường dây trên không và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế đường dây tải điện trên không ở việt nam

Mục đích của đề tài Đề tài nghiên cứu áp dụng các dây dẫn công nghệ mới, nêu lên được sự ưu việt của nó trong thiết kế đường dây tải điện trên không về các mặt như: tăng khả năng tải đi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Nguyễn Mạnh Dũng

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ

ÁP DỤNG DÂY DẪN CÔNG NGHỆ MỚI TRONG THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY

TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG Ở VIỆT NAM

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 8

VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY 8

1.1 Tổng quan về thiết kế đường dây tải điện trên không 8

1.1.1 Các yêu cầu cần có đối với thiết kế đường dây trên không 8

1.1.2 Các vấn đề cần lưu ý trong thiết kế đường dây tải điện trên không 9

1.1.3 Kết luận 10

1.2 Cơ sở lí thuyết của cơ lý đường dây 10

1.2.1 Thông số vật lý và thông số tính toán của dây dẫn 10

1.2.1.1 Thông số cơ bản cho tính toán đường dây trên không 10

1.2.1.2 Thông số tính toán của dây dẫn: 13

1.2.2 Các chế độ tính toán của đường dây trên không 14

1.2.2.1 Các chế độ làm việc của đường dây trên không 14

Trạng thái làm việc của dây dẫn 15

1.2.2.2 Trạng thái sự cố 15

1.2.2.3 Trạng thái khi thi công đường dây 16

1.2.3 Thành lập phương trình trạng thái của dây dẫn 16

1.2.3.1 Các lực cơ bản tác dụng lên dây dẫn 16

1.2.3.2 Phương trình treo dây giữa hai điểm có độ cao bằng nhau 17

1.2.3.3 Phương trình treo dây giữa hai điểm có độ cao khác nhau (Hình 1.3) 19

1.2.4 Phương trình trạng thái của dây dẫn 22

1.2.4.1 Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao bằng nhau 23

1.2.4.2 Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao khác nhau 24

1.2.5 Khoảng cột tới hạn của dây dẫn 24

3.1.2 2 Khoảng cột tới hạn 29

3.1.3 Tính các trạng thái 31

1.2.6 Các lực tác động lên cột của ĐDK 36

1.2.6.1 Các lực tác động lên cột 36

1.2.6.2 Các khái niệm cần biết trong tín toán lực tác động lên cột 39

CHƯƠNG 2 DÂY DẪN CÔNG NGHỆ MỚI 43

2.1.1 Dây dẫn truyền thống: 43

2.1.2 Dây dẫn công nghệ mới 43

2.3 Đặc tính kỹ thuật của dây công nghệ mới 50

CHƯƠNG 3 KHẢ NĂNG TẢI CỦA DÂY DẪN CÔNG NGHỆ MỚI 52

3.1.Khái niệm chung 52

3.2 Kết quả tính toán và lập đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất giới hạn PU và PI theo cosϕ của các loại dây dẫn CNM, cho ĐZ 110kV, 220kV với các chiều dài ĐZ khác nhau 54

3.2.1 Kết quả tính toán 54

3.2.2 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số cosϕ và công suất cho đường dây 110kV và 220kV với các chiều dài đường dây khác nhau 54

3.3 Từ kết quả tính toán và đồ thị lập bảng tổng kết: 74

CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH ÁP DỤNG DÂY DẪN CÔNG NGHỆ MỚI ĐỂ CẢI TẠO, NÂNG CẤP ĐDK 77

4.1 Hiện trạng đường dây được cải tạo 77

4.2 Phương án cải tạo của đường dây: 79

4.2.1 Sự cần thiết phải cải tạo: 79

4.2.2 Lí do lựa chọn dây CNM: 79

4.2.3 Phương án cải tạo: 79

4.3 Tính toán so sánh lựa chọn dây dẫn: 80

4.3.1 Các chế độ tính toán 80

4.3.2 Tính toán lực do dây dẫn tác dụng lên cột để lựa chọn dây dẫn về mặt cơ lí đường dây: 82

4.4.Tính toán kiểm tra điều kiện làm việc của dây dẫn về ứng suất và độ võng 88

4.5 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: 97

4.6 Kết luận: 101

KẾT LUẬN: 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu đặc tính cơ học của đường dây trên

không và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế đường dây tải điện trên không ở Việt Nam” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Nội dung trong luận văn có

tham khảo, sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và

các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn Các số liệu, kết quả trình bày trong

luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây./

Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Dũng

Lời cảm ơn

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, đồng nghiệp và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới:

Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học, Bộ môn Hệ thống điện trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học

tập và hoàn thành luận văn

PGS TS Trần Bách, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động

viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Ban Giám đốc cơ quan, các cán bộ Phòng tư vấn và thiết kế điện đã tạo điều

kiện và giúp đỡ tôi để tôi có thời gian thể hoàn thành được luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho tôi những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này

Xin chân thành cảm ơn bố mẹ anh chị em đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp

đỡ tôi học tập, làm việc và hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010

Tác giả

Nguyễn Mạnh Dũng

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài:

Trong hệ thống điện, lưới điện đảm nhận vai trò truyền tải và phân phối điện năng từ nguồn điện đến các phụ tải điện thông qua các loại đường dây và trạm biến áp Lưới điện cần thiết phải đảm bảo các chỉ tiêu cần thiết như sau:

1- An toàn điện;

2- Chất lượng điện năng;

3- Độ tin cậy cung cấp điện;

4- Hiệu quả kinh tế

Việc nghiên cứu lưới điện truyền tải, đặc biệt là hệ thống các đường dây tải điện trên không có cấp điện áp 110kV, 220kV đang là vấn đề được Ngành điện và các

Cơ quan chuyên ngành quan tâm nhất bởi các lý do sau:

- Tốc độ tăng trưởng phụ tải nhanh, mật độ phụ tải lớn nên bán kính cấp điện giữa các trạm 110kV ngày càng ngắn lại, theo tiêu chí của Tập đoàn điện lực Việt Nam, bán kính cấp điện giữa các trạm 110kV sẽ dao động từ 30-40km

- Số lượng lưới điện 110kV trong hệ thống truyền tải chiếm tỷ trọng lớn nhất, chi phí xây dựng cũng vì vậy mà rất được quan tâm do đầu tư lớn

- Lưới điện 110kV thường đi trong vùng gần dân cư nên khả năng đảm bảo hành lang tuyến là rất khó khăn Do lịch sử để lại, nhiều tuyến đường dây 110kV hiện

có vẫn đi trong khu vực dân cư tập trung như các đô thị lớn, các vùng dân cư tập trung

- Lịch sử phát triển của Ngành điện trước đây mang tính chắp vá như đường dây tiết diện nhỏ, còn nhiều mạch đơn cấp điện cho các phụ tải Với mức độ tăng trưởng phụ tải trên toàn quốc như thời gian qua (điện năng trung bình tăng trưởng 18%/năm) đã dẫn tới tình trạng bất cập đối với lưới điện 110kV: Tiết diện nhỏ, khả năng cải tạo bằng hình thức xây mới khó thực hiện vì khâu giải phóng mặt bằng, điều kiện giải toả hành lang tuyến

- Việc chiếm tỷ trọng vốn lớn trong lưới truyền tải nên cần cân nhắc việc giữ nguyên kết cấu xây dựng trong khi vẫn đảm bảo tăng khả năng cấp điện sau cải tạo là một

ưu tiên trong công tác cải tạo đường dây tải điện trên không

Để đường dây được vận hành an toàn, chất lượng điện năng tốt cần phải đảm bảo đầy đủ các yếu tố như: Khả năng chuyên tải công suất của đường 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, nó quyết định đến khả năng mang tải của đường dây và kết cấu xây dựng cho đường dây

Vì vây, đề tài “Nghiên cứu đặc tính cơ học của đường dây trên không và áp dụng dây dẫn công nghệ mới 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 của đề tài

Đề tài nghiên cứu áp dụng các dây dẫn công nghệ mới, nêu lên được sự ưu việt của nó trong thiết kế đường dây tải điện trên không về các mặt như: tăng khả năng tải điện của đường dây, giảm độ võng và tăng khoảng cách của khoảng cột so với dùng các dây dẫn thông thường

3 Đối tượng và phạm vi áp dụng của đề tài

Đề tài này tập trung nghiên cứu đặc tính cơ học của dây dẫn công nghệ mới và

áp dụng vào thiết kế đường dây tải điện trên không ở Việt Nam

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Hiện tại đường dây tải điện trên không ở Việt Nam hầu hết sử dụng dây dẫn nhôm lõi thép thông thường Khả năng truyền tải công suất của dây dẫn nhôm lõi thép không cao nhưng trọng lượng bản thân lớn, do đó kết cấu xây dựng kéo theo sẽ lớn và không kinh tế khi xây dựng đường dây tải điện với công suất chuyên tải lớn Dây dẫn công nghệ mới có một số tính năng ưu việt hơn hẳn dây dẫn thông thường, xong cũng

có nhược điểm so với dây nhôm lõi thép; không phải với chiều dài bao nhiêu cũng có thể sử dụng dây dẫn công nghệ mới, dây dẫn công nghệ mới chỉ phát huy ưu điểm trong những khoảng cách nhất định với từng cấp điện áp và số mạch đường dây Việc phân tích để tìm ra khoảng cách tối ưu của nó thay cho dây dẫn thông thường chính là

ý nghĩa của đề tài này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG

VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY

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

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

Thiết kế đường dây trên không phải đảm bảo đường dây vận hành an toàn, muốn vậy người thiết kế phải thiết kế đường dây đảm bảo các yêu cầu sau:

- Chọn dây dẫn đảm bảo khả năng mang tải của đường dây (trong chế độ bình thường cũng như sự cố)

- Chịu lực của dây dẫn: Dây dẫn được tính toán để đảm bảo ứng suất, lực cho phép trong mọi chế độ vận hành:

kỹ thuật, kinh tế của công trình Nếu khoảng cách an toàn lớn thì sẽ phải nâng chiều cao của cột, gây tốn kém về kinh tế Nếu khoảng cách này nhỏ gây ra mất an toàn cho người và phương tiện trong quá trình vân hành đường dây

- Đảm bảo khoảng cách pha, khoảng cách giao chéo với đường dây điện lực, đường dây thông tin, khoảng cách pha-đất, khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét trong chế độ nhiệt độ max và min Khoảng cách pha lớn sẽ gây tốn kém về kinh tế do phải tăng chiều dài xà, ngược lại khoảng cách pha nhỏ sẽ không đạt được yêu cầu về

an toàn Việc tính toán các yếu tố này phụ thuộc vào điện áp đường dây và độ võng của dây dẫn

Ngoài ra trong thiết kế phải tính toán cột, móng cột: Móng cột đảm bảo khả năng lún, lật và nhổ của móng cột; cột đảm bảo mọi trạng thái vận hành

1.1.2 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 kiện làm việc của đường dây trên không cũng yêu cầu đối với dây có độ bền cơ học cao, trọng lượng nhẹ

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

- Ứng suất trong dây dẫn được tính toán tuân theo phương trình trạng thái của dây dẫn Ứng suất σ phụ thuộc vào chiều dài khoảng cột và chế 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 có một ứng suất khác nhau

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

Tuy nhiên theo chế tạo của dây dẫn, mỗi một loại dây dẫn có một lực giới hạn

và tiết diện mặt cắt riêng của chúng Chính hai thông số này sẽ quyết định ứng suất tối

đa trong từng chế độ, nếu vượt quá ứng suất này dây dẫn sẽ gặp 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 đường nối hai điểm treo dây Đây là một thông số rất quan trọng của đường dây, từ độ võng ta có thể tính toán biết được:

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

+ Nếu chưa biết được chiều cao của hai điểm treo dây, từ độ võng đã biết cộng thêm độ cao an toàn trong Quy phạm ta sẽ tính được chiều cao cột cần thiết để đảm

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

λ+ +

+ U: Điện áp của đường dây (kV)

+ λ: Chiều dài chuỗi cách điện (m)

(Công thức tính khoảng cách pha được lấy theo Quy phạm trang bị điện 11 - TCN 19: 2006)

Biết được khoảng cách pha, ta sẽ tính được chiều dài của xà, cũng như các khoảng cách treo sứ cho phù hợp

1.1.3 Kết luận

Như vậy trong quá trình thiết kế đường dây trên không ta phải thiết kế dây dẫn điện treo trên cột với các yêu cầu: Truyền tải công suất lớn, an toàn và có độ võng cụ thể trên các khoảng cột, các ứng suất trong dây dẫn không được vượt quá các ứng suất giới hạn của chúng

1.2 Cơ sở lí 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 [mm];

- 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: α (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 động TCVN 1995;

2737-+ Q = Q0.k.γsd (giá trị Q ở đây đã được tính để đảm bảo Điều 1.6 của TCVN

+ Độ cao ở đây được tính là độ cao của trọng tâm quy đổi của tất cả các dây

(dây dẫn và dây chống sét) (theo điều II.5.21 đến II.5.22 Quy phạm trang bị điện 11

TCN 19: 2006) được tính theo công thức:

hqđ = htb -

3

2

f Trong đó: htb: Độ cao trung bình mắc dây dẫn và dây chống sét vào cách 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:

hqđ = f

3

22

h

h1, h2: độ cao điểm mắc dây tính từ mặt đất hoặc tính từ mặt nước bình thường

(nếu khu vực có nước)

Đối với khoảng vượt bao gồm nhiều khoảng cột, độ cao trọng tâm quy đổi của

dây dẫn và dây chống sét phải tính chung cho cả khoảng vượt (giới hạn bằng 2 cột néo

hãm) theo công thức:

hqđ =

n 2

1

n qdn 2

2 qd 1 1 qd

1

1 1

1 h

1 h 1 h

+ + +

+ + +

- γsd là hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định của công

trình là khác nhau, tuân theo bảng 1.2

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

1.2.1.2 Thông số tính toán của dây dẫn:

1 Tải trọng đơn vị của dây dẫn

g1 = P/S [daN/m.mm2];

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 =Cx.Cy.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);

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

] /

2 2

2 1

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

σđ = 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 quy định 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 cho phép tính theo % ứng lực kéo đứt của dây dẫn là 40%;

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

Như vậy:

+ Tại chế độ bão (chế độ tải trọng ngoài lớn nhất) và chế độ nhiệt độ thấp nhất,

σmax = 0,4.σđ [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 σtb

σtb= 0,25.σđ [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

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 hợp của gió

và dây:

g3 = 2

2 2

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 động thường xuyên của gió gây mỏi dây

+ Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái nhiệt độ không khí trung bình 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 trạng thái này còn được gọi là trạng thái độ võng lớn nhất

+ Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái nhiệt độ không khí trung bình là

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

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 khí quyển là tải trọng tổng hợp của dây dẫn với tải trọng trong chế độ quá điện áp khí quyển

g5 = 2

4 2

max ) 10

1 , 0 (

(1.5)

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

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

Điều kiện tính toán

TT Trạng thái làm việc của dây dẫn Nhiệt độ

( o C)

Áp lực gió (daN/m 2 )

Tải trọng đơn

vị tác động lên dây dẫn

5 Trạng thái quá điện áp khí

0,1Qmax(≥ 6,25) g5

1.2.2.2 Trạng thái sự cố

Một dây hoặc 2 dây bị đứt kết hợp với nhiệt độ, tốc độ gió Trong trạng thái sự

cố, ngoài tác động như trong chế độ bình thường, dây dẫn bị kéo về một phía làm tăng

độ võng của dây đứt trong khoảng cột bên cạnh, làm lệch chuỗi sứ Cột, xà bị kéo và

bị uốn Tính toán trong chế độ sự cố theo điều II.5.27 Quy phạm trang bị điện 11 TCN 19-2006

1.2.2.3 Trạng thái khi thi công đường dây

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

BA

d©y dÉn

Tx

TM

Tydy

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 là:

Tại thời điểm có gió, dây chịu tác động của tổng hợp lực do gió và trọng lượng

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 trục toạ độ xOy, O là điểm có độ võng thấp nhất (Hình 1.2)

1 Thành lập phương trình treo dây

O C

l

yB(h )B

yA

(h )A

l/2 -l/2

x

BA

Hình 1.2 Bố trí hai điểm treo dây bằng nhau

Ta có biểu thức trong trường hợp tổng quát là:

σσ

S

x S g T

P tg

dx

.

=

2 2

dydx

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 = σ S

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

+ α: 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 ÷ l/2

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

=σ

=σ

.8

lg0

2/1.2

x.gdxx.gy

2 2

=+

=

= 1/2

0

2 / 1

0

2

2 2 2

/ 1

0

2 2

2 2 2 2

/ 1

2 2

dx.xg1.2dxx.gdx

2dydx

2dL

!3

22

1.12

12

1u

!2

12

12

1u2

11)u1(x.g

+

=

−

=σ+

2

2 2

x.g

3x.g.8

1x.g.2

11x.g

8 8 4

4 4 2

2 2 2

2 2

σ

+σ

−σ+

=σ+

Ta xét với đường dây 110kV với các khoảng vượt không lớn ta xét hàm trên đến bậc 2

= 1/2

3 2 2

3 2 2

2 2

24

lg10

2/1.6

x.gx.2dx 2

x.g1

2

L

l3

f.8124

lg1

L

2 2

3 2

+

=σ+

Phương trình (1.13) chính là phương trình treo dây tại giữa hai điểm treo dây có

độ cao bằng nhau

Kết quả tại công thức (1.12) chính là độ võng của dây dẫn tại trường hợp hai

điểm treo dây cao bằng nhau cách nhau một khoảng cột có chiều dài l

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 (l/2 - x) (Hình 1.2)

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

−σ

+σ

=σ

x g.2

x.g.8

lg

2

x2

1.g

Y

2 2

lg

=

−

=

.2

x.g.2

x gyhf

2 E

B E

(1.17)

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

yA(h ) A

yB(h ) B

Hình 1.3 Bố trí 2 điểm treo dây có độ cao treo dây khác nhau

1 Thành lập phương trình treo dây

a.gh

Y

2 A

=

=

.2

b.gh

Y

2 B

Độ lệch giữa hai điểm treo dây A, B là ∆h

)ab(.2

gtg.1h

σ

=θ

lg

h1

h2

1

(1.24) Theo (1.19) và (1.20) ta có:

2

hg

.l

h

8

lg.2

a.g

2 2

2 A

∆

−σ

∆+σ

=σ

Trên hình 1.3 ta có tam giác ADB, sử dụng hệ thức tỉ lệ trong tam giác ta được:

g

.l

hl

h.g

.h2

1l

h.bdl

lgdy

2

hh

g

.1

ha2

.h

2

x.g

2 2

C C

σ

∆

=σ

Từ (1.26), (1.29), (1.31) ta có:

g.l2

.h

8

lg

2 2

C

σ

∆+σ

Tính chiều dài dây dẫn L: (Hình 1.4)

yA(h ) A

yB(h )BA

B D

1 2

x

y

A'

O

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:

g

.1

h.21a

h.21b.2

.24

lgl

L

σ+

3 2 2 2 2

.24

lgl

L

σ+

l2

h

24

lg1)ll(.48

g2

ll2

LL

L

2 2

3 2 3

1 3 1 2

2 2

1 2

σ+

=+σ+

2 Tính khoảng cách tới đất tại điểm bất kỳ

* Tính khoảng cách tới đất tại điểm E bất kỳ (thuộc dây dẫn) trong khoảng cột,

có khoảng cách cột B (cột có chiều cao cột cao hơn) là x, cách trục Oy một khoảng x), khoảng cách tới trục Oy là yE (hình 1.3)

(b-efy

E=x.tg

l

h

2

x.g2

h

2

x.gg.l2

.h

8

lg

2

)xb.(

g

y

2 2

2 2 2 E

∆

−σ

−

∆+σ+σ

∆+σ

=σ

∆+σ

x.gg.l2

.h

2

x.geyy

f

2 2

2 E

B

1.2.4 Phương trình trạng thái của dây dẫn

Phương trình trạng thái của dây dẫn chính là quy luật biến đổi của ứng suất trong dây dẫn σ , độ võng của dây dẫn f theo nhiệt độ môi trường t0C và tải trọng gió

Trạng thái thứ hai: Trạng thái tiếp theo của dây dẫn, đây là trạng thái ta chưa biết hay trạng thái cần phải tính toán được các yếu tố của đường dây, bao gồm: ứng suất trong dây dẫn σTT, độ võng của dân dẫn fTT, nhiệt độ môi trường t0TTC và tải trọng đơn vị tổng hợp gTT 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 trạng thái thứ hai như sau:

2 CS

3 2 CS 2

CS CS

.24

1g11.3

f.81

L

σ+

=+

2 TT

3 2 TT 2

TT TT

.24

1.g11.3

f.81

L

σ+

=+

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 dây một đoạn ∆L 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 dây dẫn làm ứng suất trong dây thay đổi dẫn đến chiều dài của dây thay đổi

σ

−σ

f.81.3

f.8

24

l.g

24

l.gLL

2 CS 2

TT 2

CS

3 2 CS 2

TT

3 2 TT CS

TT

E

11L

f.8

TT CS

2

E

1.1.3

f.8

CS TT

2

cs σ −σ vì quá nhỏ ta được:

E

1)tt.(

.1

Từ (1.43), (1.40) biến đổi ta được phương trình:

) (

.

24

.

24

.

2

2 2 2

2 2

CS TT CS

CS CS TT

TT

TT − g E l = − g E l −αE t −t

σ

σσ

Phương trình (1.44) chính là phương trình trạng thái của dây dẫn Từ phương trình trạng thái này ta có thể tính được ứng suất dây dẫn của trạng thái chưa biết đầy

đủ (trạng thái cần phải tính toán) theo một trạng thái ban đầu đã biết (trạng thái cơ sở)

1.2.4.2 Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao khác nhau

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

qua các thành phần . (t t )

1.3

f.8

TT CS

2

E

1.1.3

f.8

CS TT

tg1)tt

TT 2

2 24

lE.gtg

2

2

24

lE

g

CS TT 2

2 CS

2 2 CS CS 2

2

TT

2 2

TT

θ+σ

−σ

=θ+σ

−

cos2

cos.2 24

l.E.gcos

2

cos.2

24

l

E

g

CS TT 2

2 2

CS

2 2 CS CS 2

2 2

TT

2 2

TT

θ+

θσ

−σ

=θ+

θσ

−

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 này thì 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 của dây 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 cần tính toán

Căn cứ theo điều II.5.34 Quy phạm trang bị điện 11 TCN 19 - 2006 có 3 trạng thái mà ta cần quan tâm

1 Trạng thái nhiệt độ thấp nhất (lạnh nhất)

3 Trạng thái nhiệt độ trung bình

Để dây dẫn có thể làm việc được thì ứng suất σ trong dây dẫn ở trạng thái nào phải nhỏ hơn ứng suất cho phép của dây trong trạng thái đó Nếu biết được trạng thái làm việc nào của dây dẫn sẽ xuất hiện ứng suất lớn hơn ứng suất 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 thái còn lại của dây dẫn được tính theo trạng thái cơ sở này (căn cứ theo phương trình trạng thái) Trạng thái lạnh nhất và trạng thái bão có thể xuất hiện ứng suất lớn hơn ứng suất cho phép và giá trị ứng suất ở đây được quy định về ứng suất cho phép lớn nhất σmax Trạng thái nhiệt độ trung bình hàng năm

có thể xuất hiện ứng suất lớn hơn ứng suất cho phép và giá trị ứng suất ở đây được quy

về ứng suất cho phép lớn nhất σtb.

Nếu bảo đảm được ứng suất trong 3 trạng thái trên sẽ xuất hiện ứng suất lớn hơn ứng suất cho phép Ta quy ứng suất của trạng thái này bằng ứng suất 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 lại theo ứng suất cho phép của trạng thái cơ sở

* Từ phương trình trạng thái của dây dẫn (1.44) ta thấy ứng suất trong dây dẫn phụ thuộc vào khoảng cột Do đó khoảng cột chính là một giá trị quyết định ứng suất ở trạng thái nhất định sẽ xuất hiện một giá trị cho phép ở trạng thái đó

Vậy đối với mỗi trạng thái nhất định sẽ xuất hiện một giá trị của khoảng 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 trạng thái dây dẫn trong phương trình trạng thái, mà tại giá trị đó, ứng suất lớn hơn giá trị cho phép của một trong hai trạng thái sẽ xuất hiện, cụ thể hơn tại giá trị khoảng cột này ứng suất trong dây dẫn sẽ chuyển từ giá trị an toàn cho phép sang 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 tới hạn là

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

Ta cùng tìm hiểu cách tính các khoảng cột tới hạn và ứng dụng của chúng Ta

ký hiệu các khoảng cột tới hạn như sau:

k

l : Khoảng cột tới hạn giữa trạng thái lạnh nhất và trạng thái bão hoà

k

l : Khoảng cột tới hạn giữa trạng thái bão và trạng thái nhiệt độ trung bình

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

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

)tt.(

E

24

lE.g

24

lE.g

CS TT 2

CS

2 2 CS CS 2

TT

2 2 TT

σ

−σ

=σ

tt(E.N

;.24

E.gM

2 TT CS

TT CS

2 CS

E

24

l E g l M N

CS

2 2 CS

B

2 2 TT

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

B)A

- Lấy trạng thái lạnh nhất làm trạng thái xuất phát Ta lấy ứng suất trong dây dẫn ở trạng thái này bằng ứng suất cho phép Từ ứng suất của trạng thái lạnh nhất đã biết ta tính được ứng suất của trạng thái bão Cho giá trị khoảng cột biến đổi ta vẽ được đồ thị của hàm số của giá trị ứng suất bão, hàm σbão=f2(l)

Ta được đồ thị thực hiện trên hình 1.5 như sau:

Hình 1.5

Ta thấy hai đường σ lạnh và σ Bão cắt nhau tại điểm ứng với ứng suất σmax

Ta có thể hiểu l k như sau:

Từ phương trình trạng thái ta thấy:

Khi 1 → 0 thì phương trình trạng thái sẽ thành:

1 2 2

2

2 2 2

2

2

1

.g

g

24

E.g

24

σ

=σ

Ta thấy ứng suất chỉ phụ thuộc vào tải trọng đơn vị của các trạng thái mà không phụ thuộc nhiệt độ

Khoảng cột tới hạn l k là khoảng cột, ở đó ứng suất trong hai trạng thái nhiệt

độ thấp nhất và bão bằng nhau và bằng ứng suất cho phép σmax.

Tính khoảng cột tới hạn l2k như sau: Lấy trạng thái xuất phát là trạng thái lạnh nhất, thay giá trị l = l k và σ=σmax Vào phương trình trạng thái ta được:

) 5 25 (

E

24

l E g

24

l E g

2 max

2 k

2 1 max 2

max

2 k

2 3

σ

− σ

= σ

− σ

2 1 2 3 max

2 max

2 1 2

max

2 3

max max

k

gg

)525(24g

gE

)525(E.)[(

24l

−

−ασ

−α

−σ

−σ

Từ công thức tính l k ta thấy tử số và mẫu số trong căn luôn luôn dương (do g3luôn lớn hơn g1) nên khoảng cột l kluôn luôn có

Lấy khoảng cột thực tế so sánh với khoảng cột tới hạn l kta được:

- Nếu l >l k thì ứng suất lớn sẽ xảy ra trong trạng thái bão, do vậy ta sẽ lấy trạng thái xuất phát là trạng thái bão, với ứng suất trong trạng thái này là ứng suất cho phép σmax.

- Nếu l <l k thì ứng suất lớn nhất sẽ xảy ra trong trạng thái nhiệt độ thấp nhất,

do vậy ta sẽ lấy trạng thái xuất phát là trạng thái nhiệt độ thấp nhất, với ứng suất trong thại thái này là ứng suất cho phép σmax.

- Nếu l =l kthì có thể xuất phát từ trạng thái nào cũng được

Sau khi tính toán thì đồ thị của hai hàm σ lạnh= f1(1) và σ Bão= f2(1) sẽ như đồ thị hình 1.6:

Hình 1.6

Đây là đồ thị tổng hợp của cả hai trường hợp xuất phát từ cả hai trạng thái để tiện nghiên cứu, tuy nhiên khi tính cho từng từng trường hợp xuất phát cụ thể thì ứng suất lớn nhất của từng trường hợp trạng thái xuất phát sau khi đã tính tới ứng suất cho phép là khác nhau

* Vẽ đồ thị của đường ứng suất ở trạng thái nhiệt độ trung bình σt1 = f3( l ): Lấy trạng thái lạnh nhất làm trạng thái suất phát Ta lấy ứng suất trong dây dẫn ở trạng thái này lạnh là ứng suất cho phép lớn nhất σmax Từ ứng suất của trạng thái lạnh nhất

đã biết ta tính được ứng suất của trạng thái trung bình Cho giá trị khoảng cột biến đổi

ta vẽ được đồ thị của hàm số của giá trị ứng suất trung bình, hàm σ1l = f3 (l) Đường

max

2 1

max 1

]525(.)[(

241

tb

tb k

g g E

E

σ σ

α σ σ

(1.51)

Từ công thức tính 11k ta thấy mấu số trong căn của 11k luôn luôn < 0; vậy điều kiện để tồn tại giá trị 11k là (σmax −σtb)< α.E.20; Thay giá trị của σmaxvà σtb từ trên vào ta được

15,0

20 20

).25,04

,

0

Khi điều kiện này không đảm bảo thì giá trị 11k không tồn tại

- 1 3k là khoảng cột tới hạn giữa trạng thái bão và trạng thái nhiệt độ trung bình Trong đó ở trạng thái nào cũng có thể xảy ra ứng suất lớn nhất tại trạng thái của nó Trạng thái bão có thể xuất hiện ứng suất lớn nhất σ Bão. Trạng thái nhiệt độ trung bình

có thể xuất hiện ứng suất trung bình σt2,mà giá trị của nó có thể lớn hơn ứng suất cho phép trung bình của trạng thái nhiệt độ trung bình σtb

* Vẽ đồ thị của đường ứng suất ở trạng thái bão σ12 = f4 (l): Lấy trạng thái bão làm trạng thái xuất phát Ta lấy ứng suất trong dây dẫn ở trạng thái bão bằng ứng suất cho phép lớn nhất σmax Từ ứng suất của trạng thái bão đã biết ta tính được ứng suất của trạng thái trung bình Cho giá trị khoảng cột biến đổi ta vẽ được đồ thị của hàm số của giá trị ứng suất bão, hàm σt2 = f4 (l) Đường σt2 = f4(l)cắt đường thẳng σ

σ + tại điểm có trục hoành 1 = 1

13k được tính như sau: Thay ứng suất của trạng thái bão σmaxvà ứng suất của trạng thái trung bình σ vào phương trình trạng thái của 2 trạng thái lạnh và trạng thái tbbão ta được giá trị của khoảng cột tới hạn 13k là:

−α

−σ

−σ

=

2 tb

2 1 2

max

2 3

25 tb

max k

ggE

)]

25t(E.)[(

24

Từ công thức tính 13k ta thấy trong tử số căn luôn luôn > 0, trong khi của mẫu

số có khả năng âm hay dương Vậy điều kiện để tồn tại giá trị 13k là giá trị của mẫu số trong căn phải lớn hay không Thay thế các công thức tính của σmax, σtb, g1, g3 từ trên vào và quy về các giá trị đầu vào là σd và trọng lượng dây dẫn P, các hệ số Cx , Cyvà đường kính dây dẫn d ta có điều kiện sau:

P.25,11000

d.QC

+ Trạng thái xuất phát là trạng thái lạnh

+ Trạng thái xuất phát là trạng thái bão

+ Trạng thái xuất phát là trạng thái trung bình

- Khi trạng thái xuất phát là trạng thái lạnh ta phải thực hiện như sau: Từ trạng thái lạnh với ứng suất cho phép σmax và các thông số khác của trạng thái lạnh ta thay vào phương trình trạng thái để tính lại ứng suất của trạng thái nhiệt độ trung bình và ứng suất của trạng thái bão

- Khi trạng thái xuất phát là trạng thái bão ta phải thực hiện như sau: Từ trạng thái bão với ứng suất cho phép σmax và các thông số khác của trạng thái bão ta thay vào phương trình trạng thái để tính lại ứng suất của trạng thái nhiệt độ trung bình và ứng suất của trạng thái lạnh

- Khi trạng thái xuất phát là trạng thái nhiệt độ trung bình ta phải thực hiện như sau: từ trạng thái trung bình với ứng suất cho phép σtb và các thông số khác của trạng thái trung bình ta thay vào phương trình trạng thái để tính lại ứng suất của trạng thái lạnh nhất và ứng suất của trạng thái bão

So sánh với khoảng cột thực tế l ta thấy:

- Khi l < l1k ứng suất trong trạng thái trung bình nhỏ hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình σtl < σtb

- Khi l > l3k ứng suất trong trạng thái trung bình nhỏ hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình σt2 < σtb

- Khi l1k < 1 < l3k ứng suất trong trạng thái trung bình lớn hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình σtl > σtb ; σt2 > σtb

Kết luận:

- Khi l < llk trạng thái xuất phát là trạng thái lạnh nhất

- Khi l > l3k trạng thái xuất phát là trạng thái bão

- Khi l1k < l < l3k trạng thái xuất phát là trạng thái trung bình

So sánh với khoảng cột thực tế l ta thấy:

- Khi l > l1k ứng suất trong trạng thái trung bình nhỏ hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình σt1 < σtb

- Khi l < l3k ứng suất trong trạng thái trung bình nhỏ hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình: σt2 < σtb

- Khi l3k < l < l1k ta ta thấy ứng suất trong trạng thái trung bình nhỏ hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình: σt1 < σtb; σt2 < σtb

Kết luận:

+ Khi l < l2k: Trạng thái xuất phát là trạng thái lạnh nhất

+ Khi l > l2k: Trạng thái xuất phát là trạng thái bão

3 Trường hợp 3: Không có giá trị l1k, l3k > l2k

Ta được đồ thị hình 1.9 như sau:

Hình 1.9

Nhìn đồ thị hình 1.9 ta thấy đường σtl = f3(l) không cắt đường σ = σtb nên không có giá trị l = l1k, đường σt2 = f4(l) cắt đường σ = σtb tại điểm trục hoành có l =

l3k

So sánh với khoảng cột thực tế l ta thấy:

- Khi l > l3k ứng suất trong trạng thái trung bình nhỏ hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình σ < σtb

- Khi l < l3k ứng suất trong trạng thái trung bình lớn hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình: σt2 > σtb, σt2 > σtb

Kết luận:

- Khi l > l3k trạng thái xuất phát là trạng thái bão;

- Khi l < l3k trạng thái xuất phát là trạng thái trung bình

4 Trường hợp 4: Không có giá trị L3k, l1k < l2k

Ta được đồ thị hình 1.10 như sau:

Hình 1.10

Nhìn đồ thị hình 1.10 ta thấy đường σt1 = f3(l) cắt đường σ = σtb tại điểm trục hoành có l = l1k, đường σt2 = f4(l) không cắt đường σ = σtb nên không có giá trị l = l3k

So sánh với khoảng cột thực tế l ta thấy:

- Khi l < l1k ứng suất trong trạng thái trung bình nhỏ hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình σt1 < σtb

- Khi l > l1k ứng suất trong trạng thái trung bình lớn hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình σt2 > σtb; σt2 > σtb

Kết luận:

- Khi l < l1k trạng thái xuất phát là trạng thái lạnh nhất

- Khi l > l1k trạng thái xuất phát là trạng thái nhiệt độ trung bình

5 Trường hợp 5: Không có giá trị l3k, không có giá trị l1k, chỉ có l2k

Ta được đồ thị hình 1.11 như sau:

Hình 1.11

Nhìn đồ thị hình 1.11 ta thấy đường σt1=f3(1) không cắt đường σ =tb nên không có có l = llk, đường σ t2 = f4(1) không cắt đường σ = σ tb nên không có giá trị l

= l3k

So sánh với khoảng cột thực tế l ta thấy

- Với mọi giá trị của khoảng cột 1, ứng suất trong trạng thái trung bình luôn lớn hơn ứng suất cho phép của trạng thái trung bình: σ t1 > σtb, σ t2> σ tb

Kết luận:

- Với mọi khoảng cột 1, trạng thái xuất phát là trạng thái nhiệt độ trung bình

1.2.6 Các lực tác động lên cột của ĐDK

- Lực tác dụng của trọng lượng dây dẫn và trọng lượng sứ lên cột;

- Lực tác dụng của gió vào cột và của gió vào dây;

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

Lực do trọng lượng dây được dùng để tính móng cột (Trong phạm vi của luận

văn này chưa đề cập đến)

b) Tác dụng của gió vào cột và vào dây

Pgió, cột = Q.Sc.k

Pgió, dây = Cx.Cy.Q.d.1gió (Lực tác dụng của gió lên 1 dây)

Trong đó:

Cx Hệ số khí động học của dây

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 loại cột, k có giá trị như

bảng sau: (Tính theo bảng 6 trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737 - 1995)

σ : 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 dây nên

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.5.83 - 11 TCN 19:2006)

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 sau khi tính toán được lực tổng hợp do gió tác động lên cột ta phải quy lên lực đầu cột để xem xét tính toán, cột điện được lựa chọn có đảm bảo được các yêu cầu chịu uốn, nén cần thiết

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

α

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 tra cột có

đủ chịu lực không Nếu không đủ ta phải tăng độ chịu lực của cột hoặc giảm lực của dây tác dụng lên cột

1.2.6.2 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 nhau đảm bảo được các điều kiện sau:

+ Khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn trong trạng thái nhiệt độ không khí cao nhất phải đảm bảo được khoảng cách an toàn trong Quy phạm trang 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 bình phải đảm bảo nhỏ hơn ứng suất cho phép trong các trạng thái đó Ứng suất của trạng thái lạnh nhất và trạng thái bão không được lớn hơn ứng suất lớn nhất của dây dẫn σmax, ứng suất của trạng thái trung bình không được lớn hơn ứng suất cho phép trung bình

24

1

24

1

2

2 2 2

2 2

CS TT CS

CS CS TT

TT

σ

σσ

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 19:2006 tại các mục: II.5.95, II.5.99, II.5.103, II.5.107)

max

2 TT tt

f 8

l g

.1

2

max

E g

f

g A

CS

CS TT

σ

+

) (

l tt

2

4

2 + +