Đồ án lưới điện khu vưc (gồm 4 chương)

Đồ án thiết kế lưới điện khu vực , Hệ thống điện cung cấp năng lượng cho tất cả các ngành kinh tế quốc dân và sinh hoạt của nhân dân, vì thế sự phát triển của hệ thống điện phải kịp thời đáp ứng năng lượng ngày càng tăng của đất nước. Muốn vậy sự phát triển của hệ thống điện phải vượt trước một bước so với sự phát triển của các ngành kinh tế khác. Các đặc điểm trên đây cần được quán triệt đầy đủ trong công tác quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện

Chương 4 THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI SỐ 2

I Các yêu cầu kinh tế kỹ thuật khi thiết kế.

Trên cơ sở đã biết trước loại dây dẫn và tiết diện, mặt bằng và mặt cắt củatuyến đường dây với mọi chi tiết cần thiết, thiết kế đường dây trên không là làmcác công việc sau: Chọn loại cột, vị trí cột, độ cao cột, cách bố trí dây dẫn trêncột, độ võng căng dây, khoảng các giữa các pha, dây pha và dây chống sét nếu

có, khoảng cách giữa dây dẫn với đất và các phần không dẫn điện của cột … saocho thoả mãn được các yêu cầu về kinh tế – kỹ thuật sau:

I.1 Yêu cầu kỹ thuật

Đường dây trên không phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau :

- Không được để xảy ra các tình huống làm ảnh hưởng đến chế độ tải điệncủa đường dây

- Không được để ảnh hưởng đến các hoạt động bình thường của các côngtrình ở dưới hoặc lân cận đường dây trên không, như: giao thông bên dướiđường dây ( đường sắt, bộ, sông,…), đường dây điện hay dây thông tin cắt chéođường dây hay chạy song song với đường dây

- Đảm bảo khoảng cách an toàn giữa đường dây và đất, giữa dây dẫn vàcác vật xung quanh đường dây

- Điện trường dưới đường dây 500 kV ảnh hưởng đến người và gia súc ởdưới đường dây, vì vậy phải có biện pháp hạn chế sự ảnh hưởng này

I.2 Yêu cầu kinh tế

Yêu cầu về kinh tế đó là: Chi phí thấp nhất, trong đó có vốn đầu tư và chi

phí vận hành Có nhiều phương án thực hiện đường dây thoả mãn các yêu cầu

kỹ thuật nêu trên, phải chọn phương án tối ưu về mặt kinh tế từ các phương ánđảm bảo về mặt kỹ thuật

Thường thì một đường dây, khi đã xác định loại cột và phụ kiện, có thể cónhiều phương án dải cột Các phương án này coi như có chi phí vận hành nhưnhau Vậy phương án kinh tế nhất là phương án có vốn đầu tư nhỏ nhất

Như vậy là có 2 bài toán kinh tế:

1- Bài toán tổng quát: xác định nguyên liệu, kích thước cột và phụ kiệnsao cho đường dây tối ưu về kinh tế Ta biết rằng giá thành của cột phụ thuộcvào nguyên liệu và độ cao cột Nếu cột thấp thì giá rẻ nhưng phải dùng nhiềucột, ngược lại nếu cột cao thì sẽ đắt hơn song chỉ phải dùng ít cột Như vậy sẽ cókích thước cột tối ưu làm cho đường dây đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Bài toánnày được giải quyết ở cấp hệ thống điện, định ra các cột tiêu chuẩn và chỉ dẫn sửdụng cho các khu vực khác nhau của hệ thống điện Đối với phụ kiện cũng đượcchuẩn hoá như vậy

2- Bài toán riêng biệt cho từng đường dây cụ thể Bài toán này do kỹ sưthiết kế thực hiện Họ cần phải tìm phương án rải cột và tìm các giải pháp kỹthuật sử lý các tình huống cụ thể một cách hiệu quả nhất về kinh tế

II Thiết kế đường dây trên không

Việc truyền tải và phân phối điện năng ở nước ta hiện nay chủ yếu sửdụng đường dây trên không, do vậy thiết kế các tuyến đường dây trên không làmột việc làm rất cấp thiết và quan trọng, cần phải tính toán sao cho phương ánđưa ra vừa đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật vừa tối ưu về kinh tế

Điều kiện làm việc của đường dây trên không luôn thay đổi do phụ thuộcvào nhiều yếu tố (dòng công suất, điện áp, trọng lượng, sức căng, tác động củamôi trường.v.v ) nên ngoài việc tính toán lựa chọn theo yêu cầu kỹ thuật điệncòn phải tính toán kiểm tra phần cơ khí đường dây như cột, xà, sức căng, độvõng…

1 Các số liệu ban đầu khi thiết kế.

1.1 Vùng khí hậu đặt đường dây

Vùng khí hậu được chia thành 4 loại Mỗi vùng khí hậu có các thông sốkhác nhau về nhiệt độ, tốc độ gió lúc nhiệt độ không khí thấp nhất và khi bão.Tagiả thiết đường dây trên không thiết kế cho tỉnh Thái Nguyên là vùng khí hậuloại I có thông số trong bảng sau:

- Nhiệt độ θ (oC)

- Tốc độ gió v (m/s)

400Lúc bão

- Nhiệt độ θ (oC)

- Tốc độ gió v (m/s)

2525

1.2 Số liệu về đường dây.

- Đường dây thiết kế là đường dây đơn truyền tải công suất ở cấp điện áp

220 kV đi qua khu vực đông dân cư

- Loại dây dẫn: AC0 240

Do đường dây thiết kế có cấp điện áp 220 kV nên chọn cột cao 31,5 m

2 Tính toán các thông số của đường dây

2.1 Ứng suất của đường dây

Hệ số an toàn là tỷ số giữa ứng suất giới hạn và ứng suất cho phép chịukéo của dây dẫn

gh cp

cp: Ứng suất cho phép của vật liệu làm dây dẫn, DaN/mm2

Theo đầu bài ta phải thiết kế đường dây cao áp, loại dây AC0 240 Giảthiết đường dây được thiết kế đi qua nơi đông dân cư và dùng dây AC nên hệ số

-Ứng suất cho phép ở chế độ nhiệt độ lớn nhất:

2 ax

ax

117,5

47 / 2,5

gh m

m

DaN mm n



nmax = 2,5 : hệ số an toàn ở chế độ cực đại

-Ứng suất ở chế độ nhiệt độ trung bình năm:

2

117,5

29,375 / 4

gh tb

tb

DaN mm n



ntb = 4 hệ số an toàn ở chế độ nhiệt độ trung bình năm

2.2 Tỷ tải của dây dẫn.

- Tỷ tải do trọng lượng bản thân dây dẫn gây ra:

2 1

.0,981 0,952.0,981

0,0034 / 274,6

g1: tải trọng bản thân dây dẫn, DaN/m.mm2

G: trọng lượng đơn vị dây, kg/m

F: tiết diện thực tế của dây ,mm2

- Tỷ tải của gió trên dây dẫn

2 2

1000.16.

C d v g

F





Trong đó:

g2: tỷ tải của gió trên dây dẫn

α: hệ số phân bố không đều của gió dọc theo khoảng vượt phụ thuộc tốc

0,85.1,1.21,6.25

1000.16.274,6

-Tỷ tải tổng hợp tác dụng lên dây dẫn:

3 Chọn dây cột, sứ, chống sét cho đường dây

3.1 Chọn cột cho đường dây

3.1.1.Chọn khoảng cột

Đường dây thiết kế dài 150km với cấp điện áp là 220 kV nên để đơn giảnchọn khoảng cột là ℓ = 400 m Việc lựa chọn khoảng cột có liên quan đến vấn đềứng suất của dây dẫn trong các chế độ vận hành khác nhau Khi thiết kế đườngdây ta chọn được khoảng cột ℓ Để với khoảng cột này ta chọn trạng thái nàolàm trạng thái xuất phát, tức là ứng suất lớn nhất sẽ xuất hiện trong trạng tháivận hành đó của dây dẫn Từ đó có thể tính toán được độ võng treo dây lúc thicông

Đối với dây trên không thì hai trạng thái có thể gây ra ứng suất lớn nhất chodây là trạng thái nhiệt độ thấp nhất và trạng thái bão Vì đoạn dường dây cầnthiết kế là dây hỗn hợp AC0 240 nên có ba khoảng cột tới hạn:

- Khoảng cột chuyển giữa chế độ θmin và θtb:

 

6

6.1902.10 25 5 2.47

E

E g

0, 0034 0, 0045 47

8250.

0, 0034 29,375 2.47

3.2.2.Chọn loại cột cho đường dây

Cột là bộ phận quan trọng nhất của đường dây, nó quyết định tính kinh tế củađường dây Tuỳ theo tình hình cụ thể của đường dây được thiết kế người thiết kếchọn trong các cột tiêu chuẩn, các loại cột thích hợp cho đường dây được thiết

kế Các cột tiêu chuẩn có thể là cột bê tông cốt thép hay cột thép với các chủngloại và độ cao khác nhau

Đường dây cần thiết kế có cấp điện áp 220 kV sử dụng loại dây nhôm lõi thép AC0 240 gồm 1 mạch, 1 dây chống sét TK70 thiết kế trên 1 hàng cột Tuyến đường dây dài 150 km với khoảng cột là 400 m nên có 375 khoảng cột

Do tải trọng tác dụng lớn nên toàn bộ cột trên đường dây phải sử dụng

cột thép khung Các cột đều là loại cột định hình về chiều cao và kích thước

cơ bản

Hình: 4.1

3.2.3 Chọn móng cột cho đường dây.

chống lún, chống lật

Hình: 4.2

- Tính toán nối đất dây chống sét:

+ Nối đất gồm hai cọc được bố trí hình tia+ Điện trở suất của đất sét trong điều kiện tự nhiên là ρ = 600 Ω.m+ Độ chôn sâu của cọc Hd = 5 m

+ Chiều dài cọc ℓc = 7m

+ Hệ số mùa K = 1,8+ Đường kính cọc d = 0,5 m+ Hệ số xung kích cọc αxkc = 0,53+ Hệ số sử dụng của cọc η = 0,65Điện trở suất tính toán của đất

ρtt = ρ.K = 600.1,8 = 1080 Ω.mĐiện trở của 1 cọc

Vậy hệ thống nối đất thỏa mãn yêu cầu

3.3 Chọn dây chống sét và kiểm tra khả năng chịu sét cho đường dây

Do đường dây cần thiết kế là đường dây 220 kV nên phải dùng dây chốngsét trên toàn tuyến Ta sử dụng 1 loại dây chống sét loại TK-70

Đặc tính kỹ thuật của dây chống sét loại TK–70 như sau:

3 6

tg   α = 26,50 < 300

Vậy dây chống sét bảo vệ được toàn bộ dây dẫn, chiều cao của cột đã chọnthỏa mãn

- Chỉ tiêu chịu sét của đường dây:

+ Số lần sét đánh vào đường dây:

N = 6h.ℓ.ms.nns.10-3 lần/năm

Trong đó:

h: độ cao cột m

ℓ: chiều dài đường dây xét trong một khoảng vượt km

ms = (0,1÷0,15) là mật độ sét đánh trên diện tích 1km2 trong 1 ngày sét,chọn ms = 0,1

nns : số ngày sét đánh trong 1 năm , vùng nhiệt đới ( 75 ÷ 100 ) ngày/năm,chọn nns = 75 ngày/năm

Thay vào ta được:

dây dẫn pha

3m

+ Số lần sét đánh trực tiếp vào dây chống sét

Số lần đánh vào đỉnh cột hay khu vực gần cột

Nc = N.(1 - να).h

l

h N

ncđ = 0,6.ms.h.nns.��h. pdC c   ��1 h      �� pd   pd.c��

Trong đó:

ηc = 0,5 là xác suất hình thành hồ quang trên cách điện ở cột

ηℓ= 0,2 là xác suất hình thành hồ quang trong khe hở S ở khoảng vượt

νpdC là xác suất phóng điện trên cách điệnkhi sét đánh trên dây chống sét ởkhu vực cột điện

νpdC = 26,1. 50%xkc . 

U

Đối với đường dây 220 kV thì U50% = 1140 kV

δ = 0,3 khi đường dây treo một dây chống sét

Rxkc = 17,7 Ω là điện trở xung kích của hệ thống nối đất gồm 2 cọc

h = 31,5 m là độ cao cộtThay số vào ta được

νpdC = 21,6 17,7 0,3.31,5  1140 

νpdℓ là xác suất phóng điện trong khoảng cách không khí giữa dây dẫn vàdây chống sét ở giữa khoảng vượt

νpdℓ =  1206.d

S k

να = 4,45.10-3 là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

νpdα: xác suất phóng điện trên cách điện ở cột khi sét đánh vào dây dẫn

Do khả năng sét đánh ở mỗi vùng là khác nhau và hàng năm thay đổi nên

ta chỉ tính toán các chỉ tiêu chịu sét

3.3 Chọn xà, sứ và số bát sứ cho đường dây

Các cột trung gian dùng xà đơn X1

Cột đầu và cuối dùng xà kép X2

Xà làm bằng thép góc L73 x73 x7, dài 2m

Kèm xà và chống xà dùng thép góc L60 x60 x6

Sứ được chọn là loại sứ treo UB70BS , có các thông số kỹ thuật như sau:

phá hoạidaN.103

Chiều dàiđường dòđiện, cm

Trọnglượng,kGCao

Đườngkínhngoài

Đườngkính tysứ

4 Kiểm tra đặc tính cơ khí của đường dây

4.1 Kiểm tra độ võng của đường dây trong khoảng vượt

Trong quá trình làm việc, dây bị võng xuống làm cho khoảng cách từ dâytới mặt đất bị thu nhỏ lại Khoảng cách an toàn nhỏ nhất là trong điều kiện nhiệt

độ cao nhất vì dây bị dãn nhiều nhất Vì vậy chỉ cần kiểm tra khoảng cách antoàn trong trạng thái nhiệt độ cao nhất.

l

x y

h o

h f

d

Hình 4.4Dựa vào phương trình trạng thái với trạng thái xuất phát là trạng thái nhiệt

độ nhỏ nhất, trạng thái tới là trạng thái nhiệt độ lớn nhất:

1113, 75

 

 

2 2 1

ax

6 2

.24

Giải phương trình ta được σn = 46,18 DaN/mm2

Độ võng treo dây trong trạng thái nhiệt độ lớn nhất

3 ax

35 kV trở lên còn phải treo tạ chống rung để giảm sự rung động dây dẫn do gió

Tạ chống rung được treo ở 2 đầu dây trong khoảng cột, mỗi bên tạ, chỉ khi

pha thì bản thân bộ căng dây cũng có tác dụng hạn chế rung, cho nên không cầnthiết phải đặt tạ chống rung ở dây phân pha Khoảng cách giữa các bộ căng dâycàng nhỏ, tác dụng chống rung càng lớn, ở dây phân đôi có thể đặt 1 tạ chốngrung ở đầu cột

Tạ chống rung cần đặt khi khoảng cột ℓ >120 m và khi ứng suất thực tếtrong dây dẫn và dây chống sét ở trạng thái nhiệt độ trung bình năm lớn hơn giátrị giới hạn gh Và khi ℓ > 500 m thì đều phải dùng tạ chống rung

Khoảng cách (m) giữa vị trí đặt tạ chống rung và điểm treo dây dẫn nhưsau:

g1 : tỷ tải của dây do trọng lượng (daN/m.mm2)

Thay số vào biểu thức trên ta được:

29,375

0, 0013.21, 6 2,61

0, 0034

Loại tạ chống rung phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn và dây chống sét

Đường dây thi công là đường dây AC-240 nên ta chọn tạ chống rung có thông

4.3.Kiểm tra độ lệch của chuỗi sứ

- Góc lệch  là do tổ hợp lực kéo xuống là trọng lượng dây G và 1/2 trọng lượng

chuỗi sứ) và lực nằm ngang là áp lực gió Qv

1/ 2.

v

k Q tg

cư k = 1,03 Tuổi thọ đường dây là 20 năm γsd = 0,83

thái quá điện áp khí quyển là 1m.Vậy chuỗi sứ kiểm tra cho cột thoả mãn yêucầu.

4.4 Kiểm tra chống lật móng cột

Công thức kiểm tra:

2 tt 3 0 1

1k.S (F E +F Q )

P 16

81,

C : Hệ số động lực của không khí phu thuộc vào bề mặt chịu gió của cột Với:

H: chiều cao cột (phần trên mặt đất)

Hd: chiều sâu chôn cột

Tra phụ lục PL VII.5 tìm được C = 0,295

Lần lượt tính các giá trị sau

2 1

2

31,5 31,5 1,5 1 0,839 0,5 17, 66

Bê tông có tỷ trọng là 24,5 kN/m3, thể tích móng là 0,44m3 nên

Qm = 24,5.0,44 = 10,78 kN+ Trọng lượng dây:

Qd = 4 g1 Fd.l = 4.0,0034.274,6.400 = 1,45 kN+ Trọng lượng xà sứ tính gần đúng bằng:

Qx = 45,5 kG = 0,455 kNVậy tổng trọng lượng đặt lên nền kể cả trọng lượng móng là:

Q0 = QC + Qm + Qd + Qx = 12,921 +10,78 +1,45 + 0,455 = 25,606 kN

2 3 0 1