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 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 a

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

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG DÂY DẪN NHÔM LÕI COMPOSITE TRONG THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY

TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG Ở VIỆT NAM

1

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 ư 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

công nghệ của nó

1

3

6

6

6

7

7

9

10

10

14

16

22

25

27

35

35

35

36

37

42

42

42

2

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 lưí 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

3

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

4

LỜI MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài

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

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

- 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 môi trường sinh thái, cảnh quan

Hiện nay ở nước ta phần lớn đường dây truyền tải điện là đường dây trên không Việc thiết kế đường dây tải điện trên không là sự phối hợp của nhiều 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 đến điều kiện vận hành sau này của hệ thống điện về các mặt: bảo đảm liên tục cung cấp điện, an toàn cho người, cho các ngành công nghiệp khác như giao thông vận tải, bưu điện, quốc phòng

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

5

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 dẫn nhôm lõi composite, nêu lên được sự ưu việt của nó trong thiết kế đường dây tải điện trên không về các mặt: tăng khả năng tải điện của đường dây, giảm độ võng và tăng khoảng cách của khoảng cột so với việc dùng dây nhôm lõi thép thông 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 cụ thể 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 Việt Nam sử dụng dây dẫn nhôm lõi thép Khả năng truyền tải công suất của dây nhôm lõi thép không nhiều nhưng trọng lượng bản thân lại lớn do đó rất tốn kém về kết cấu xây dựng, không kinh tế khi xây dựng một đường dây tải điện với công suất chuyên tải lớn

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

5 Kết cấu của đề tài

6

Tên đề tài: “Nghiên cứu áp dụng dây dẫn nhôm lõi composite trong

thiết 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

7

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 được đường dây vận hành an toàn, người thiết kế phải thiết kế đường dây đảm bảo được 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 căng dây để đảm bảo được ứng suất lực cho phép trong các chế độ đặc biệt của đường 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 dây dẫn, ứng suất trong dây dẫn phải đảm bảo nhỏ hơn ứng suất cho phép của chế

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 cầu phụ tải trong tương lai Tính toán chế độ lưới điện khu vực để lựa chọn tiết diện dây dẫn và loại dây dẫn cho phù hợp

- Khảo sát tuyến đường dây: thể hiện tuyến đường dây lên mặt bằng và mặt cắt dọc Mặt bằng và mặt cắt thường được thể hiện theo một tỷ lệ nhất định cho phù hợp với công việc thiết kế, quá trình thi công và thuận tiện lưu trữ 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 chế tạo 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 độ võng, công suất và an toàn cơ học

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

- 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  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 giá 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 cao của hai điểm dây dẫn) đến đất

10

+ 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 bảo độ an oàn cho con người và đường dây

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

f 5 , 0 U

110 1

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

8

l

g 2

(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 phải tính được giá trị của ứng suất dây dẫn 

11

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 TCVN 2737-1995

+ Q = W0.k. (giá trị Q ở đây đã được tính để đảm bảo điều 1.6 của tiêu chuẩn 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 các dây (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 -

32

f

h1 2

−+

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

+ + +

+ + +

14

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)

15

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

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 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, 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

16

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 hợp của 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 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 tải trọng riêng của dây dẫn g1 = P/S, áp lực gió Q = 0

17

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

g4 =

S

10.d)

Q.1,0(C

(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

TT Trạng thái làm việc của dây dẫn

Điều kiện tính toán Tải trọng đơn

vị tác động lên dây dẫn

Nhiệt độ ( o C)

Áp lực gió (daN/m 2 )

18

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

Xét dây dẫn treo trên hai điểm A, B (Hình vẽ), chịu tác động của trọng lượng 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

19

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

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

Hình 1.2 Bố trí hai điểm treo dây bằng nhau

Ta có biểu thức trong trường hợp tổng quát là:

x.S.gT

Ptgdx

dy

(1.10)

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

2 2

dydx

Trong đó:

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

+ : 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

l.g0

2/1.2

x.gdxx.gy

2 2

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

2

2 2x.g

3x.g.8

1x.g.2

11x.g

8 8 4

4 4 2

2 2 2

2 2

=

+

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

l.g10

2/1.6

x.gx.2dx 2

x.g1.2

L

l3

f.8124

lg1

L

2 2

3 2

+

=

+

Phương trình (1.13) chính là phương trình treo dây tại giữa hai điểm treo dây có độ cao bằng nhau

21

Kết quả tại công thức (2.12) 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 (1/2 - 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 yxcó giá trị là:

x.l.g.2

x.g.8

l.g

2

x2

1.gY

2 2

l.gh

x.g.2

x gyh

f

2 E

B

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

22

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

1 Thành lập phương trình treo dây

a.ghY

2 A

b.ghY

2 B

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

)ab(.2

gtg

.1h

l.g

h1

h2

.l

h

8

lg

2

a.g

2 2

2 A



−



+

hl

h.g

.h2

1l

h.bdl

bh

2

hh

g

.1

ha2

.h

2

x.g

2 2

C C

.h

8

l.g

2 2

C



+



Tính chiều dài dây dẫn L: (Hình 1.4)

24

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.2

(1.33)

g

.1

h.21b.2

(1.34)

2

3 1 2 1 1

.24

lglL

+

2

3 2 2 2 2

.24

lglL

+

l2

h

24

lg1)ll(.48

g2

ll2

LL

L

2 2

3 2 3

1

3 1 2

2 2

1 2

+

=+

+

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 (b-x), khoảng cách tới trục Oy là yE (hình 1.3)

efy

E=x.tg

l

h

2

x g2

h

2

x.gg.l2

.h

8

lg

2

)xb.(

gy

2 2

2 2

2 E

+



+

x.gg.l.2

.h

2

x.l.geyy

f

2 2

2 E

B

25

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 , độ võng của dây dẫn f theo nhiệt độ môi trường t0C và tải 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 môi trường khác nhau:

Trạng thái thứ nhất: Trạng thái ban đầu hay trạng thái cơ sơ của dây dẫn, đây là trạng thái đã biết toàn bộ các yếu tố của đường dây bao gồm: ứng suất trong dây dẫn  , độ võng của dây dẫn fCS CS, nhiệt độ môi trường tCS0 C

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 ta chưa 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 TT f , nhiệt độ môi TTtrường t0TTC và tải trọng đơn vị tổng hợp g tác dụng lên dây dẫn TT

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.81L



+

=+

2 TT

3 2 TT

2 TT TT

.24

1.g11.3

f.81L

+

=+

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

f.8

24

lg

24

lgL

L

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  − vì quá nhỏ ta được:

)(

E

1)tt.(

.1

L =  TT − CS + TT −CS

Từ (2.43), (2.40) biến đổi ta được phương trình:

)tt.(

E

24

lE.g

24

lE.g

CS TT 2

cs

2 2 TT CS 2

TT

2 2 TT

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)

27

Bỏ qua các thành phần (t t )

1.3

f.8

TT CS

2

E

1.1.3

f.8

CS TT

2

CS  − vì quá nhỏ ta được:

(E

12

tg1)tt.(

1

L

2 CS

TT

2 CS

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

tg2

2 24

l.E.gtg

2

2

24

l.E

g

CS TT 2

2 CS

2 2 CS CS 2

2 TT

2 2

TT

+

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

+





−

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 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 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

28

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 max 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  tb.

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 (1.24) 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

29

hơn hoặc nhỏ 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:

)tt.(

E

24

lE.g

24

lE.g

CS TT 2

CS

2 2 CS CS

2 TT

2 2 TT

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

2 =

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

B ) A ( TT

30

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

đồ thị của hàm =g(l)

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 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 max, ứng suất của trạng thái trung bình không được lớn hơn ứng suất cho phép trung bình tb

Từ phương trình trạng thái được tính như sau:

Từ phương trình trạng thái đã có:

) (

.

24

1

24

1

2

2 2

2

2 2

CS TT CS

CS CS

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)

f 8

l g

.1

2

max

E g

f

g A

CS

CS TT



+

) (

B

l tt

2

4

2 + +

33

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 xét trạng thái cơ sở chính thức của đường dây, từ đó tính lại chính xác khoảng cột tính toán

34

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:

3 i

1

1

(1.56)

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 như sau:

) t t (

E

24

1 E g

24

1 E g

CS TT 2

CS

2 db

2 CS CS

2 TT

2 db

2 TT

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)

 : ứng suất cho phép lớn nhất trong dây dẫn

S: Tiết diện của dây dẫn

36

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.5.82 - 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 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

d) Lực tổng hợp tác dụng lên cột néo góc

Cột néo một góc góc 

hướng thuyến

Pd = gio,day 2  + max 

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 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 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

38

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 Technology Corporation, là nhà cung cấp toàn cầu các giải pháp tiện ích về điện đặc trưng thông qua công nghệ composite Sự chuyển giao, phân phối và các sản phẩm dây dẫn công nghiệp của CTC gửi đi 50tỷ USD hàng năm tới thị trường toàn cầu, 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 như ACCC (Aluminum Conductor Composite Core – Dây dẫn nhôm lõi composite) Dây dẫn nhôm lõi composite có khả năng làm cuộc cách mạng về đường dẫn điện, đáp ứng được gấp hai lần điện năng của dây dẫn nhôm lõi thép 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 tải điện vượt dây dẫn phân phối hiện tại, đồng thời làm tăng độ tin cậy của hệ thống 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 hơn các phương pháp thông thường (chi phí trung bình của CTC là 90.000USD/hải lý, tiết kiện hơn được 550.0000USD đối với các giải pháp thông thường) Sự tiết kiện này được thu từ việc do dây dẫn nhẹ, không cần đòi hỏi phải xây dựng các hệ thống cột có khả năng chịu lực lớn so với việc dùng dây nhôm lõi thép thông thường khi thiết kế cho đường dây có yêu cầu truyền tải công suất lớn

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

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

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

- Khả năng chịu tác động của môi trường cao: không bị gỉ, ăn mòn hoặc tạo 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 áp dụng trong phạm vi trải rộng của ngành hàng không, trong thị trường chuyên chở tác động cơ bản hàng ngày của nhiều người tiêu dùng Mọi phạm vi này đều 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