Các đƣờng dây trên địa bàn hở và bằng phẳng dễ bị rung hơn là trên địa bàn bị che chắn. Sự rung dây xảy ra khi khoảng cột từ 120m trở lên và đặc biệt nguy hiểm ở các khoảng cột lớn tr[r]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
BÀI GIẢNG
CƠ KHÍ ĐƯỜNG DÂY
HƯNG YÊN – 2016
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 5
1.1 Đường dây trên không 5
1.1.1 Cấu tạo chung 5
1.1.2 Dây dẫn 6
1.1.3 Cột 10
1.1.4 Sứ cách điện và phụ kiện 14
1.1.5 Thiết bị chống rung 18
1.1.6 Thiết bị chống quá điện áp 18
1.1.7 Thông số đặc trưng của các đường dây trên không 19
1.2 Các trạng thái làm việc của đường dây trên không 20
1.2.1 Trạng thái bình thường 20
1.2.2 Trạng thái sự cố 22
1.3 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật khi thiết kế đường dây trên không 23
1.3.1 Yêu cầu kỹ thuật 23
1.3.2 Yêu cầu về kỹ thuật 24
1.4 Các tiêu chuẩn thiết kế cho đường dây trên không (ĐDK) trên 1kV (dưới 1kV xem QPTBĐ) 24
1.4.1 Khoảng cách an toàn giữa ĐDK với đất và các công trình lân cận 25
1.4.2 Khoảng cách an toàn nhỏ nhất giữa các dây pha với nhau và với dây chống sét 28
1.4.4 Khoảng cách nhỏ nhất giữa các pha tại cột 30
1.4.5 Tiết diện dây tối thiểu (mm2) cho các đường dây (bảng 1.11) 30
1.4.6 Ứng suất cho phép 31
1.5 Tải trọng cơ học đối với đường dây trên không 32
1.5.1 Tải trọng cơ học do trọng lượng dây 32
1.5.2 Tải trọng do gió 32
1.5.3 Tỷ tải tổng hợp gT và góc i giữa tải trọng tổng hợp và mặt thẳng đứng 35
CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 37
2.1 Phương trình cơ bản của dây dẫn treo trên hai điểm có độ cao bằng nhau 37
2.2 Tính toán độ dài, độ võng, độ cao, ứng suất và lực căng của dây dẫn 42
2.2.1 Tính theo hàm dây xích 42
2.2.2 Tính theo hàm parabol 45
2.3 Phương trình căng dây trong trường hợp hai điểm treo dây không cùng độ cao 46
2.3.1 Khoảng cột tương đương 46
2.3.2 Khoảng cách tới đất tại điểm bất kỳ trong khoảng cột 50
2.3.3 Lực căng tại điểm treo dây 52
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI VÀ KHOẢNG CỘT TỚI HẠN 55
3.1 Phương trình trạng thái của dây dẫn 55
3.2 Khoảng cột tới hạn của dây dẫn 59
Trang 33.2.1 Khái niệm chung 59
3.2.2 Khoảng cột tới hạn l2K 60
3.2.3 Khoảng cột tới hạn l1K và l3K 64
3.2.4 Tính toán dây AC 69
CHƯƠNG 4 ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG TRONG VẬN HÀNH 76
4.1 Chế độ làm việc bình thường 76
4.1.1 Sự lệch đi của các chuỗi sứ đỡ - Khoảng cột đại biểu 76
4.1.2 Sự lệch đi của dây dẫn và chuỗi sứ đỡ do gió 79
4.1.3 Độ lệch chuỗi sứ ở cột đỡ góc 81
4.1.4 Ảnh hưởng của chuỗi sứ đến độ võng của dây dẫn 84
4.2 Chế độ sự cố 85
4.2.1 Quan hệ giữa lực kéo trong dây và sự chuyển dịch ngang một 85
4.2.3 Trường hợp đứt dây ở khoảng cột thứ ba 88
4.3 Quan hệ điện áp trên đường dây 90
4.3.1 Điện áp cảm ứng giữa các mạch của đường dây hai mạch và giữa các đường dây 90
4.3.2 Ảnh hưởng của đường dây điện lực đến đường dây thông tin 99
CHƯƠNG 5 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY 104
PHỤ LỤC 105
1.10b Khoảng cách nhỏ nhất giữa các pha tại cột 109
TÀI LIỆU THAM KHẢO 113
Trang 4MỞ ĐẦU
Cơ khí đường dây là một môn học quan trọng đối với sinh viên chuyên ngành hệ thống cung cấp điện, nó cũng là tài liệu quan trọng cho cán bộ kỹ thuật và thi công công trình điện Nhằm mục đích cung cấp cho bạn đọc những kiến thức khá cơ bản về tình toán, vận hành và thi công đường dây tải điện, chúng tôi đã chú ý đến sự tỉ mỉ, dễ đọc, dễ hiểu và dễ vận dụng nhất
Giáo trình được chia làm 5 chương:
Chương 2: Tính toán đường dây trên không
Chương 3: Phương trình trạng thái và khoảng cột tới hạn
Chương 4: Đường dây trên không trong vận hành
Chương 5: Trình tự thiết kế đường dây
Trong giáo trình này trình bày lý thuyết cơ lý của đường dây trên không, phương pháp thiết kế đường dây Các thông số và các tiêu chuẩn thiết kế trong tài liệu này đủ để các bạn đọc làm các bài tập về tính toán và thiết kế đường dây, phục vụ sản xuất Đồng thời bạn đọc phải áp dụng các quy phạm và tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn ngành điện hiện hành
Tuy nhiên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong các bạn đọc đóng góp ý kiến để giao trình ngày càng hoàn thiện hơn
Trang 5CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 1.1 Đường dây trên không
1.1.1 Cấu tạo chung
Trên hình 1.1 là sơ đồ đường dây trên không Đường dây trên không bao gồm dãy các cột điện, trên đó có các xà và dây dẫn được treo vào các xà qua sứ cách điện Cột điện được chôn xuống đất bằng các móng vững chắc, làm nhiệm vụ đỡ dây ở trên cao so với mặt đất, do
đó gọi là đường dây trên không Trên cột còn có thể treo dây chống sét để sét không đánh trực tiếp vào dây dẫn
Hình 1.1 Cấu tạo của đường dây trên không
Trên cột đơn của đường dây 6kV trở lên có treo 3 dây pha, cột kép treo 6 dây pha cho
2 lộ song song Trên hình 1.1 chỉ vẽ 2 dây pha vì dây thứ 3 nằm trên cùng mặt phẳng với dây dưới
Cũng có loại cột trên đó chỉ treo một pha, đường dây cần có 3 cột loại này, đó là cột néo góc của đường dây 500kV
Đường dây hạ áp treo 4 hay 5 dây cho 3 pha, trung tính và dây pha cho chiếu sáng Đường dây trung áp có dây trung tính treo 4 dây trên một cột, 3 dây pha và dây trung tính Trên một cột cũng có khi treo 2 đường dây điện áp khác nhau như trung áp và hạ áp
Người ta quan tâm đến dây pha dưới cùng và trên cùng Dây pha dưới cùng hay dây thấp nhất dùng để xác định khoảng cách an toàn của dây dẫn với đất Dây pha trên cùng để xác định khoảng cách an toàn đến dây chống sét
Trên đường dây điện áp 110kV trở lên còn phải treo dây chống sét toàn tuyến Trên đường dây trung áp 22-35kV chỉ cần treo trên 1-2km tính từ trạm biến áp
Trang 6Khoảng cách giữa 2 điểm treo dây trên 2 cột kề nhau gọi là khoảng cột, khoảng cột có
độ dài ký hiệu là l(m), gọi tắt là khoảng cột Nếu 2 cột kề nhau là cột néo thì gọi là khoảng cột néo
Khoảng giữa 2 cột néo gồm nhiều cột đỡ liên tiếp gọi là khoảng néo, khoảng néo bao gồm nhiều khoảng cột thường
Khi đường dây vượt qua chướng ngại như đường dây điện, đường dây thông tin thì ta
có khoảng vượt, khoảng vượt có thể có 1 hoặc nhiều khoảng cột
Các cột còn có thiết bị nối đất hoặc chống sét ống
1.1.2 Dây dẫn
a Vật liệu
dây dẫn điện được làm bằng:
- đồng - M
- nhôm - A
- Nhôm có lõi thép - AC
- thép - ПC, TK
Các ký hiệu trên là ký hiệu Nga đã quen dùng ở VN, các ký hiệu và số liệu của các nước khác có thể tra trong catalog hoặc trong tài liệu [17]
Dây chống sét làm bằng thép hay nhôm lõi thép
b Cấu tạo
Có các loại dây sau (hình 1.2):
- Dây đơn chỉ có một sợi duy nhất (hình 1.2a): thường là dây thép có đường kính 4mm dùng cho đường dây hạ áp Nếu là dây dẫn vào nhà thì cho phép đường kính 3mm Đường kính nhỏ quá sẽ không đủ độ bền, lớn quá sẽ dễ bị uốn gãy Còn có dây lưỡng kim tiết diện 10mm2 Dây có lõi thép phủ đồng ở ngoài lượng đồng chiếm 45 đến 50 % khối lượng dây
- Dây vặn xoắn đồng nhất: nhiều sợi nhỏ vặn xoắn lại với nhau (hình 1.2b), dây vặn xoắn có thể là dây đồng nhôm hay thép
- Dây vặn xoằn nhôm lõi thép (hình1.2c), để tăng độ bền người ta làm thêm lõi thép ở giữa, các sợi nhôm ở bên ngoài
- Dây vặn xoắn nhôm lõi thép có thêm các sợi phụ bằng chất cách điện đê tăng bán kính dùng cho điện áp 220kV trở lên (hình1.2d)
- Dây rỗng dùng trong các trạm biến áp 220kV trở lên (hình 1.2e)
Trang 7Hình 1.2 Các loại dây dẫn
Hình 1.3 Cấu tạo các loại dây dẫn
Trên hình 1.3 là cấu tạo của dây vặn xoắn, sơ đồ a là dây một kim loại: thép – ПC và nhôm A
Sơ đồ b là dây AC, sơ đồ c là dây ACO, và sơ đồ d là dây ACY
Trang 8c Dây thép vặn xoắn ПC, TK: dùng trong các khoảng vượt rất lớn như sông rộng hay thung
lũng rộng và làm dây chống sét (bảng 1.1):
Bảng 1.1 Dây thép
F định mức (mm2
) Tiết diện thực
tế (mm2)
Đường kính (mm)
Trọng lượng riêng (kg/km)
Ứng suất phá hoại σgh (DaN/mm2) Dây ПC
25
35
50
70
95
24,6 37,2 49,8 78,9
94
5,6 7,8 9,7 11,5 12,6
194,3 295,7 396,0 631,6 754,8
62
62
62
62
62 Dây thép TK ПC
34TK
39TK
43TK
50TK
60TK
70TK
33,82 38,46 43,30 48,64 60,01 72,56
7,6 8,1 8,6 9,1 10,0 11,0
0,291 0,330 0,373 0,418 0,515 0,623
Lực kéo đứt, DaN
4255
4840
5465
6120
7560
7830
Bảng 1.2 Dây nhôm
Tiết diện định mức
Fđm(mm2)
Tiết diện thực
tế F (mm2)
Đường kính
d (mm)
Trọng lượng riêng (kg/km)
Ứng suất phá hoại σgh
(DaN/mm2) A16
A25
A35
A50
A70
A95
A120
15,9 24,9 34,3 49,5 69,2 92,3 117,0
5,1 6,4 7,5 9,0 10,7 12,3 14,0
0,043 0,068 0,094 0,135 0,189 0,252 0,321
17,2 16,5 16,4 15,7 14,6 14,1 16,8
Còn có các loại dây nhôm hợp kim cho độ bền cao hơn nhiều nhưng dẫn điện kém hơn:
- Nga: Dây AH và AҖ
- Tây Âu: Dây AAAC (All Aluminium Aloy Conductor) - AMELEC
e Dây lõi thép loại AC, ACO và ACY (bảng 1.3)
Trang 9Bảng 1.3 Dây nhôm lõi thép
Tiết diện định
mức, mm2
(nhôm/thép)
Tỷ lệ
FA/FC
Tiết diện phần nhôm
FA mm2
Tiết diện phần nhôm
FC mm2
Đường kính dây,mm
Đường kính lói thép,
mm
Trọng lượng riêng (kg/km)
Ứng suất phá hoại
σgh
(DaN/mm2)
AC10/1,8
AC16/2,7
AC25/4,2
AC35/6,2
AC50/8
AC70/11
AC95/16
AC120/19
AC150/24
AC185/29
AC240/39
AC300/48
AC400/64
AC70/72
AC300/39
ACY300/66
ACY300/204
5,98 5,99 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,28 6,16 6,24 6,11 6,17 6,14 0,972 7,81 3,39 1,46
10,6 16,1 24,9 36,9 48,2 68,0 95,4 118,0 149,0 181,0 236,0 295,0 390,0
-
301
288
298
1,77 2,69 4,15 6,16 8,04 11,3 15,9 18,8 24,2 29,0 38,6 47,8 63,5
- 38,6 65,8
204
4,5 5,6 6,9 8,4 9,6 11,4 13,5 15,2 17,1 18,8 21,6 24,1 27,7 15,4
-
-
-
1,5 1,9 2,3 2,8 3,2 3,8 4,5 5,5 6,3 6,9 8,0 8,9 10,2
-
-
-
-
0,043 0,065 0,100 0,148 0,195 0,276 0,385 0,471 0,559 0,728 0,952 1,186 1,572 0,755 1,132 1,313 2,428
33 33,1
32 31,4 29,6 29,6 29,1 30,1 30,2 28,4 28,6 28,5 27,6 34,7 26,3 34,5 54,6 Còn có các loại dây khác như sau:
ACK: Dây nhôm lõi thép chống ăn mòn,lõi thép được bọc hai lớp màng nhựa polyetylen
ACKC: Dây nhôm lõi thép chống ăn mòn, phủ mỡ trung tính chịu nhiệt phần thép AKII: Dây nhôm chống ăn mòn, phủ mỡ cả phần nhôm và thép
ACKII: Dây nhôm lõi thép chống ăn mòn,dùng thay dây đồng
Trên đường dây 220 ÷ 500 KV hay dùng các loại:
ACKII 300/39, 330/43, 400/51, 500/64;
ACY: Dây nhôm lõi thép tăng cường phần thép FA/FC =1,46 ÷ 4,39;
ACO: Dây nhôm lõi thép tăng cường phần nhôm FA/FC =7,71 ÷8,04;
ACSR: Dây nhôm lõi thép Tây Âu: 330/53, 410/53, 450/40, 490/65, 520/67,
Trang 10AACSR: Dây nhôm lõi thép Tây Âu, dây hợp kim nhôm có khả năng chịu kéo cao gấp hai lần dây nhôm
Dây chống sét dùng loại:
- Dây thép vặn xoắn TK;
- Dây nhôm lõi thép ACKII 70/72, 95/146;
- Dây nhôm lõi thép Tây Âu ACSR 80/47
1.1.3 Cột
Cột điện làm bằng gỗ, bê tông cốt thép hay bằng thép
Cột điện gồm có:
- Cột néo và néo góc: Cột néo để giữ chắc đầu dây nối vào cột qua chuỗi sứ néo;cột néo góc dùng khi đường dây đổi hướng;
- Cột đỡ và đỡ góc: Làm nhiệm vụ đỡ dây dẫn nối vào cột qua chuỗi sứ đỡ Cột đỡ cũng chia ra cột đỡ thẳng và cột đỡ góc Khi đường dây đổi hướng, nếu góc đổi hướng từ 10 đến 20º thì dùng cột đỡ góc, nếu góc lớn hơn thì dùng cột néo góc Nếu dùng cột đỡ góc thì thường treo thêm tạ cân bằng để chuỗi sứ không bị lệch quá
- Cột cuối cùng ở đầu và cuối đường dây
- Cột vượt: Là cột cao hoặc rất cao sử dụng khi đường dây qua chướng ngại cao hoặc rộng như: Đường dây điện, đường dây thông tin, sông rộng Cột vượt có thể là cột néo hay
đỡ
-Còn có các cột dùng để chuyển vị trí các dây pha(cột đảo pha) và cột để nối các nhánh rẽ (cột rẽ) Cũng có các cột đặc biệt trên đó đặt dao cách ly, tụ bù
Trên hình 1.4 cho các cách bố trí dây trên cột Trên hình 1.5 trình bày cấu tạo chung của cột thép Cột có 4 phần: 1 -thân cột;2 - xà; 3 -chóp và 4 - móng Có loại cột còn dùng dây néo để tăng cường sức chịu đựng hoặc giảm giá thành cột
Trang 11Hình 1.4 Cột bê tông cốt thép
Hình 1.5 Cột thép kết cấu
Trang 12Trên hình 1.6 là các loại cột bê tông cốt thép Trên sơ đồ a là cột đỡ 10kV, trên sơ đồ
b là cột néo 10kV, trên sơ đồ c là cột đỡ 110kV, trên sơ đồ d là cột đỡ 220kV, sơ đồ e là cột
đỡ 500kV hai mạch, sơ đồ f là cột néo góc 110kV
Trên hình 1.7 là cột thép Sơ đồ a là cột đỡ một mạch 110kV, sơ đồ b là cột đỡ 2 mạch
110kV, sơ đồ c là cột néo góc 110kV, sơ đồ d là cột đỡ 220kV, sơ đồ e là cột đỡ 500kV, sơ đồ
f là cột néo góc 500kV
Hình dáng và cấu trúc của các cột thép và bê tông cốt thép trong thực tế rất phong phú,
ở đây chỉ đưa ra làm ví dụ Kích thước quan trọng của các cột là: độ cao tổng, độ cao từ xà thấp nhất đến đất, khoảng cách giữa các xà, kích thước xà, độ rộng của cột
Hình 1.6 Các loại cột bê tông cốt thép
Trang 13Hình 1.7 Các loại cột điện
Trên hình 1.8 là các loại móng: Sơ đồ a là móng nguyên khối, sơ đồ b là móng hình
nấm, sơ đồ c là móng kiểu cọc
Hình 1.8 Các loại móng cột
Các đặc trưng quan trọng của cột bao gồm:
Trang 14a Khoảng cột tính toán ltt: là khoảng cách dài nhất giữa hai cột kề nhau khi đường dây
đi trên mặt đất phẳng, thỏa mãn các điều kiện:
1- Khoảng cách an toàn tới đất của dây thấp nhất trong trạng thái nóng nhất vừa bằng khoảng cách yêu cầu bởi quy phạm
2- Ứng suất xảy ra trong các trạng thái làm việc lạnh nhất, bão và nhiệt độ trung bình năm phải nhỏ hơn ứng suất cho phép trong trạng thái đó
Mỗi kiểu cột chỉ có một giá trị ltt duy nhất Cách tính khoảng cột tính toán trình bày trong mục 1.8
b Khoảng cột trọng lượng: Là chiều dài đoạn dây hai bên khoảng cột mà trọng lượng của nó tác động lên cột Mỗi loại cột đều được tính toán cho khoảng cột trọng lượng tiêu chuẩn lTLTC = 1,25 ltt
c Khoảng cột gió: Là chiều dai đoạn dây hai bên cột mà áp lực gió lên đoạn dây này tác động lên cột
Khoảng cột trọng lượng và khoảng cột gió là 2 đại lượng quan trọng để kiểm tra cột khi chia cột
- Các lực kéo quan trọng tác động lên cột khi chia cột phải tính kiểm tra
1.1.4 Sứ cách điện và phụ kiện
Sứ cách điện có thể là sứ đứng hay sứ treo Sứ đứng dùng cho điện áp trung trở xuống, mỗi dây pha dùng một sứ cắm đứng trên các cọc đỡ đặt trên xà cột Sứ treo gồm các bát sứ treo nối tiếp thành chuỗi dùng cho điện áp trung đến siêu cao Có chuỗi sứ đỡ và chuỗi sứ néo dùng cho cột đỡ và cột néo Trên chuỗi sứ có thể có các kim của khe hở chống sét và các thiết
bị điều hòa phân bố điện thế trên chuỗi sứ
Dây dẫn được gắn vào chuỗi sứ nhờ các kẹp dây
Một số loại sứ cách điện treo thủy tinh của Nga và các nước khác cho trong bảng 1.4 Bảng 1.4 Sứ treo
phá hoại daN.103
Hiều dài đường dò điện, cm
Trọng lượng,
kG
kính ngoài
Đường kính ty sứ
Trang 15C-120B 140-170 280 20 16 37,0 6,58-6,43
t.â: Tây Âu, F: Pháp, còn lại là của Nga
Bảng 1 5 Một số loại sứ đứng của Nga
hoại, daN
Trọng lƣợng,
kG
Trên hình 1.9 là các loại sứ và chuỗi sứ: Sơ đồ (a), (b) là sứ đỡ 10kV; sơ đồ (c) là sứ đỡ 35kV;sơ đồ (d) là bát sứ treo;sơ đồ (e) là chuỗi sứ đỡ; sơ đồ (f) là chuỗi sứ néo, trong đó: 1: dây dẫn, 2: khóa dây, 3: mắt nối, 4: các bát sứ; sơ đồ (g) là chuỗi sứ đỡ dây phân pha có thiết
bị cân bằng điện thế 2
Trên hình 1.10 là các loại kẹp dây và nối dây: Sơ đồ (a) là khóa dây cứng cho chuỗi sứ đỡ;sơ đồ (b): khóa dây sứ néo kiểu bắt ốc; (c): khóa dây sứ néo kiểu ép;(d): nối dây kiểu ống ép;(e): nối dây kiểu ép chặt