Bài giảng cơ khí đường dây

Giáo trình được chia làm 5 chương: Chương 1: Khái niệm chung về đường dây trên không Chương 2: Tính toán đường dây trên không Chương 3: Phương trình trạng thái và khoảng cột tới hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

BÀI GIẢNG

CƠ KHÍ ĐƯỜNG DÂY

HƯNG YÊN – 2016

MỤC 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

3.2.1 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

MỞ 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 1: Khái niệm chung về đường dây trên không

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

CHƯƠNG 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

Khoảng 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

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)

Hình 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

c Dây thép vặn xoắn ПC, TK: dùng trong các khoảng vƣợt rất lớn nhƣ sông rộng hay thung

Trọng lƣợng riêng (kg/km)

Ứng suất phá hoại σgh(DaN/mm2) Dây ПC

94

5,6 7,8 9,7 11,5 12,6

194,3 295,7 396,0 631,6 754,8

7,6 8,1 8,6 9,1 10,0 11,0

0,291 0,330 0,373 0,418 0,515 0,623

Ứng suất phá hoại σgh(DaN/mm2) A16

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 nhƣng 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)

Bảng 1.3 Dây nhôm lõi thép

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)

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

- 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

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, 612/104;

AACSR: 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

- 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

Hình 1.4 Cột bê tông cốt thép

Hình 1.5 Cột thép kết cấu

Trên 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

a 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

t.â: Tây Âu, F: Pháp, còn lại là của Nga

Bảng 1 5 Một số loại sứ đứng của Nga

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

Hình 1.9

Hình 1.10

1.1.5 Thiết bị chống rung

Khi gió thổi vuông góc hoặc dưới một góc nào đó vào dây dẫn thì phía khuất gió sinh

ra các dòng khí xoáy Hiện tượng này làm cho tốc độ gió trên mặt dây phía dưới (điểm B) nhỏ hơn so với tốc độ tại điểm A(hình 1.11a),tạo ra lực đẩy lên trên Do gió không liên tục nên lực đẩy này có tần số nào đó Khi tần số này trùng với tần số dao động riêng của dây sẽ sinh ra rung dây trogn mặt phẳng đứng (hình 1.11b)

Khi tốc độ gió đạt 0.6 đến 0.8m/s bắt đầu có hiện tượng rung dây Sự rung dây có thể làm dây mỏi và dẫn đến đứt tại các chỗ kẹp dây Khi tốc độ gió đạt trên 5 đến 8m/h thì biên

độ rung rất nhỏ không nguy hiểm nữa

Hình 1.11 Thiết bị chống rung

Các đường 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 trên 500m vượt sông hay thung lũng Độ nguy hiểm do rung dây còn phụ thuộc vào ứng suất trong dây,ứng suất này càng lớn thì rung dây càng nguy hiểm Do đó phải hạn chế ứng suất trong dây trong trạng thái nhiệt độ trung bình là trạng thái hay xảy ra rung dây

Để chống rung người ta dùng tạ chống rung (hình 1.11c) treo trên hai đầu dây trong khoảng cột

1.1.6 Thiết bị chống quá điện áp

Để chống quá điện áp trên đường dây, người ta sử dụng các biện pháp sau:

Trên hình 1.12a trình bày cách nối dây chống sét ở đường dây qua khe hở phóng điện Trên hình 1.12b trình bày cách lắp các chống sét ống lên cột điện

Trên hình 1.12c trình bày cách thức nối đất cột Sơ đồ (c1) là cho loại móng nguyên khối, sơ đồ (c2) là cho móng hình nấm trong đó đường nét đứt là các tin nối thêm khi điện trở suất của đất lớn hơn 1.104Ω/km, sơ đồ (c3) là nối đất khi điện trở suất của đất thấp, sơ đồ (c4)

là cho điện trở suất cao

1.1.7 Thông số đặc trưng của các đường dây trên không

Thông số đặc trưng của các đường dây trên không cho ở bảng 1.6

Hình 1.12 Thiết bị chống quá điện áp

Bảng 1.6 Thông số đặc trưng của đường dây trên không

1.2 Các trạng thái làm việc của đường dây trên không

Đường dây trên không vận hành trong các trạng thái khác nhau Mỗi trạng thái được đặc trưng bởi tập hợp các thông số môi trường và tình trạng của dây dẫn và dây chống sét Trạng thái môi trường ở đây là thời tiết được cho bởi hai thông số đặc trưng:

1) Tốc độ gió, hướng gió lấy vuông góc với chiều dài đường dây hoặc xiên 450;

2) Nhiệt độ không khí

Các thông số môi trường khác như độ ô nhiễm của không khí, độ nhiễm mặn được

sử dụng để chọn sứ cách điện và vật liệu dây dẫn

1.2.1 Trạng thái bình thường

Dây dẫn bình thường + nhiệt độ không khí + tốc độ gió

Thông số nhiệt độ: Theo quy phạm lấy bằng nhiệt độ môi trường xung quanh dây dẫn,

có nghĩa là tính toán dây dẫn trong tình trạng không tải điện Chỉ khi tính toán cột vượt đường sắt hoặc trong trường hợp xét thấy cần thiết mới tính đến nhiệt độ thực của dây dẫn do dòng

điện sinh ra, thường lấy bằng 70 0

Khi quy định khoảng cách an toàn của dây dẫn đến đất (chỗ thấp nhất của dây dưới cùng) phải tính dự phòng cho tình trạng vận hành quá tải đường dây do sự cố trong lưới điện, khi đó do nhiệt độ trong dây dẫn cao nên độ võng sẽ lớn hơn

Điều kiện thời tiết ở các khu vực địa lý khác nhau có thể khác nhau, thể hiện ở tốc độ gió

Trong các trạng thái làm việc bình thường dây dẫn chịu các tác động cơ học sau:

- Trọng lượng riêng làm dây võng xuống và gây ra ứng suất trong dây Độ võng làm cho điểm thấp nhất của dây gần với mặt đất hơn so với điểm treo dây Độ võng luôn gắn liền với khoảng cột nhất định

- Gió bão gây ra ứng suất phụ thêm với trọng lượng dây và làm dây lệch khỏi mặt phẳng đứng, đẩy các dây pha và dây chống sét đến gần nhau, gần thân cột và các vật chung quanh có thể gây nguy hiểm Cột bị uốn mạnh có thể gãy đổ

- Gió nhẹ và luôn thay đổi tốc độ làm dây bị rung động, gây tác động làm mỏi dần đến đứt dây ở các chỗ kẹp dây Khi gió lớn và dây có tiết diện lớn, đây có thể rơi vào trạng thái đu đưa dẫn đến đứt dây hoặc đổ cột, làm cho khoảng cách an toàn hẹp lại có thể dẫn đến phóng điện

- Nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ khi chế tạo dây làm dây co lại, gây ứng suất cao trong dây, có thể gây lực nhổ cột hoặc kéo ngược chuỗi sứ, làm giảm khoảng cách an toàn

- Nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chế tạo dây làm dây võng xuống nhiều hơn, làm tăng khoảng cách với đất

Cột gồm thân cột và xà chịu các tác động sau:

- Trọng lượng dây dẫn, sứ và cột;

- Sức ép của gió lên dây, sứ, cột gây ra lực uốn;

- Lực kéo của dây dẫn ở cột néo, néo góc và cột cuối do ứng suất trong dây

Sứ đỡ và các chuỗi sứ néo chịu trọng lực của dây ở cột đỡ và lực kéo ở cột góc và cột néo

Các trạng thái thời tiết bình thường quan trọng dùng làm cơ sở để tính toán cơ lý đường dây trên không:

a - Trạng thái nhiệt độ thấp nhất (lạnh nhất): Dây dẫn bị co lại, gây ứng suất trong

dây lớn nhất Dây bị co lại có thể gây lực kéo ngược chuỗi sứ và nhổ cột Khoảng cách giữa các pha và dây chống sét bị thu hẹp

b - Trạng thái bão: Trong trạng thái này dây dẫn chịu tải trọng cơ học lớn nhất, ứng

suất trong dây dẫn lớn nhất và dây bị lệch khỏi mặt phẳng đứng Trạng thái bão còn gọi là trạng thái tải trọng cơ học lớn nhất

c - Trạng thái nhiệt độ trung bình: Đây là trạng thái làm việc lâu dài của dây dẫn Dây

dẫn chịu sự rung động thường xuyên do gió gây mỏi dây và gây nguy cơ đứt các sợi dây ở các chỗ kẹp dây

D - Trạng thía nhiệt độ cao nhất (nóng nhất): Dây dẫn bị giãn ra nhiều nhất làm cho

khoảng cách từ dây dẫn thấp nhất đến đất lớn nhất Độ võng trong trạng thái này là độ võng

lớn nhất của dây dẫn trong thời gian vận hành Trạng thái nóng nhất cũng có thể gọi là trạng thái độ võng lớn nhất

Hai trạng thái đầu là hai trạng thái gây ra ứng suất cao nhất trong dây dẫn ứng với độ dài khoảng vượt 1 đã cho, ứng suất lớn nhất sẽ xảy ra trong một trong hai trạng thái này

Trạng thái có ứng suất lớn nhất sẽ xảy ra gọi là trạng thái ứng suất lớn nhất Trạng thái ứng

suất lớn nhất dùng để tính toán treo dây

Trạng thái c) để tính dây dẫn theo ứng suất cho phép chống rung

Trạng thái d) dùng để tính kiểm tra khoảng cách an toàn của dây dẫn với đất

Ngoài bốn trạng thái trên còn có thể tính đến trạng thái thứ 5: trạng thái giông sét, còn

gọi là trạng thái quá điện áp khí quyển, xảy ra trong những giờ giông sét Trong trạng thái

này nếu dây dẫn bị gió làm dao động đến gần nhau và gần cột thì khả năng gây phóng điện rất cao, do đó cũng phải kiểm tra khoảng cách an toàn

Trạng thái 5 dùng để tính dây chống sét và kiểm tra độ lệch chuỗi sứ

Điều kiện tính toán các trạng thái trên phụ thuộc các vùng khí hậu, được phân chia như ở bảng 1.7

5 Trạng thái quá điện áp khí quyển 20 0,1qvmax nhưng ≥

6,25daN/mm2

v  0,3 vmax

1kG lực = 0,98daN (deca Newton); có thể xem 1kG lực = 1daN

qvmax là áp lực gió lớn nhất trong khu vực đường dây đi qua

1.2.2 Trạng thái sự cố

Một dây hoặc hai bị đứt + nhiệt độ + tốc độ gió

Trong trạng thái sự cố, ngoài các tác động như trong chế độ bình thường, dây dẫn bị lôi về một phía làm tăng độ võng của dây đứt trong khoảng cột bên cạnh, làm lệch chuỗi sứ Cột, xà bị kéo vì bị uống

Ngoài ra còn phải tính các trạng thái khí hậu lúc thi công đường dây Để thực hiện treo

dây: lấy độ võng đúng yêu cầu kỹ thuật Khi thi công đường dây, độ võng lấy theo điều kiện

thực tế lúc thi công, độ võng này được tính toán sao cho khi dây dẫn rơi vào các trạng thái a) b) c) sẽ không gây ra ứng suất trong dây lớn hơn ứng suất cho phép, còn trong trạng thái nhiệt

độ cao nhất d), độ võng không lớn hơn độ võng yêu cầu

1.3 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật khi thiết kế đường dây trên không

Trên cơ sở đã biết trước loại dây dẫn và tiết diện, mặt bằng và mặt cắt tuyến đường

dây với mọi chi tiết cần thiết, thiết kế đường dây trên không cần thực hiện các công việc sau:

Chọn loại cột, vị trí cột, độ cao cột, sứ cách điện, cách bố trí dây dẫn trên cột, độ võng căng dây, khoảng cách giữa các pha, giữa dây pha và dây chống sét nếu có, khoảng cách giữa dây

dẫn với đất và phần không dẫn điện của cột sao cho đường dây thoả mãn các yêu cầu kỹ

thuật kinh tế dưới đây:

1.3.1 Yêu cầu kinh tế

1 – Các phần tử của đường dây trên không là dây dẫn, dây chống sét và cột không được hư hỏng làm cho đường dây phải ngừng công tác trong các trạng thái vận hành bình thường và sự cố

Dây dẫn có thể bị đứt khi bị các tác động làm cho ứng suất trong dây vượt quá khả năng chịu đựng của dây dẫn:

- Gió bão + trọng lượng riêng của dây dẫn;

- Nhiệt độ quá thấp làm dây co lại gây ứng suất lớn trong dây;

- Dây bị rung động hoặc bị bật làm dây đứt

Cột có thể bị uống hoặc bị nén do gió bão + trọng lượng dây + trọng lượng cột và chuỗi sứ Ở cột néo, néo góc có lực kéo không cân bằng của dây Khi sự cố đứt dây cột bị lực kéo

Không thể bảo đảm tuyệt đối dây không bao giờ hỏng, cột không bao giờ đổ vì nếu như vậy giá thành đường dây sẽ rất đắt Chỉ đảm bảo khả năng đó xảy ra ở mức chấp nhận được Điều này thể hiện ở các điều kiện tính toán: không tính các cơn bão quá lớn và có xác suất xuất hiện quá nhỏ, hoặc nhiệt độ quá thấp và ở sự lựa chọn các hệ số an toàn Không thể chọn các hệ số này quá lớn Độ bền của đường dây ở mức nào là bài toán kinh tế - kỹ thuật

2 - Không được để xảy ra các tình huống làm ảnh hưởng đến chế độ tải điện của đường dây Ví dụ dây dẫn tiến đến gần nhau hoặc chạm nhau hoặc chạm vào dây chống sét và các vật nối đất trong các trạng thái vận hành gây phóng điện hay ngắn mạch

3 – Không được ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các công trình dưới hoặc lân cận đường dây trên không, như giao thông dưới đường dây: đường sắt, ô tô, đường thuỷ, đường dây điện hay đường dây thông tin cắt chéo đường dây hoặc chạy song song với đường dây

Khoảng cách của đường dây trên không và đất nếu thấp quá sẽ không an toàn cho giao thông dưới đường dây Nếu dây dẫn bị đứt sẽ gây nguy hiểm cho giao thông và người

Điện áp trên đường dây trên không có thể cảm ứng sang các đường dây điện và thông tin nếu chúng đi gần nhau hoặc giao nhau với khoảng cách nhỏ Điện áp cảm ứng này nếu lớn

sẽ ảnh hưởng đến công tác của các đường dây Điện áp cảm ứng từ đường dây thiết kế sang đường dây điện đi gần nó có thể đạt mức nguy hiểm cho các đường dây

4 - Không được ảnh hưởng đến an toàn điện đối với người và gia súc hoạt động dưới hoặc lân cận đường dây trên không Phải có khoảng cách an toàn giữa dây dẫn và đất, giữa dây dẫn và các vật chung quanh đường dây

Điện trường dưới đường dây 500kV ảnh hưởng đến người và gia súc ở dưới đường dây, phải có các biện pháp hạn chế ảnh hưởng này

Bốn yêu cầu trên là các yêu cầu kỹ thỵât, được xét đến trong các trạng thái bình

thường và sự cố của đường dây

1.3.2 Yêu cầu về kỹ thuật

Chi phí thấp nhất, trong đó có vốn đầu tư và chi phí vận hành, tuổi thọ của đường dây

Có nhiều phương án thực hiện đường dây thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật nêu trên, phải chọn phương án tối ưu về kinh tế từ các phương án đảm bảo về kỹ thuật

Thường thì một đường dây khi đã xác định loại cột và phụ kiện, có thể có nhiều phương án rải cột Các phương án này coi như có chi phí vận hành như nhau Vậy phương án

kinh tế nhất là phương án có vốn đầu tư nhỏ nhất

Như vậy là có hai bài toán kinh tế:

1 – Bài toán tổng quát: Xác định vật liệu, kích thước cột và phụ kiện sao cho đường

dây tối ưu về kinh tế Ta biết rằng giá thành của cột phụ thuộc vào vật liệu và độ cao cột Nếu cột thấp thì giá rẻ nhưng phải dùng nhiều cột, ngược lại, nếu cột cao thì chi phí cao hơn như chỉ cần dùng ít cột Như vậy sẽ có kích thước cột tối ưu làm cho đường dây đạt hiệu quả kinh

tế cao nhất Bài toán này được giải quyết ở cấp hệ thống điện, định ra các loại cột tiêu chuẩn

và chỉ dẫn sử dụng cho các khu vực khác nhau của hệ thống điện Đối với phụ kiện cũng được chuẩn hoá như vậy

2 – Bài toán riêng biệt cho từng đường dây cụ thể: Bài toán này do kỹ sư thiết kế thực

hiện Họ cần phải tìm phương án rải cột và tìm các giải pháp kỹ thuật xử lý các tình huống cụ thể một cách hiệu quả nhất về kinh tế

1.4 Các tiêu chuẩn thiết kế cho đường dây trên không (ĐDK) trên 1kV (dưới 1kV xem QPTBĐ)

Các yêu cầu kỹ thuật được thể hiện qua các tiêu chuẩn thiết kế mà người thiết kế phải

áp dụng Còn tiêu chuẩn về kinh tế đạt được khi so sánh các phương án thiết kế khác nhau

Dưới đây là một số tiêu chuẩn kỹ thuật cơ bản, các tiêu chuẩn khác xem trong các TCVN hoặc Quy phạm trang bị điện (QPTBĐ) Việt Nam

1.4.1 Khoảng cách an toàn giữa ĐDK với đất và các công trình lân cận

1 Khoảng cách dọc an toàn nhỏ nhất của dây dẫn với mặt đất:

Khu vực đông dân cư

Khu vực

ít dân cư

Khu vực khó qua lại

Khu vực người khó đến

4 Khoảng cách giữa hai ĐDK giao chéo và đi gần:

Có thể dùng cột néo hoặc trung gian (cột đỡ) ở chỗ giao chéo

Đường dây đến 220kV khi giao chéo với nhau, chỗ giao chéo phải gần cột của đường dây phía trên, khoảng cách ngang từ cột đường dây trên đến dây dẫn của đường dây dưới

không nhỏ hơn 6m khi dây lệch nhiều nhất Từ cột của đường dây dưới đến dây dẫn đường dây trên không nhỏ hơn 5m Khoảng cách từ điểm giao chéo đến cột néo 500kV không nhỏ hơn 10m

Khoảng cách thẳng đứng giữa dây dẫn hoặc dây chống sét của những đường dây giao chéo nhau cho trong bảng 1 8

Tại chỗ giao chéo, nếu ĐDK phía trên đã có dây chống sét, các khoảng cách khi trong bảng trên tính cho ĐDK phía dưới

Khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét tính cho nhiệt độ chung quanh 200C không có gió

5 5,5

-

7

8 ĐDK 220kV giao chéo với nhau và giao chéo đường dây điện áp thấp hơn

4

-

5 5,5

- 5,5

7 ĐDK 110-22kV giao chéo với nhau và giao chéo đường dây điện áp thấp hơn

-

5

-

- ĐDK 6-10kV giao chéo với nhau và giao chéo đường dây điện áp thấp hơn

- 2,5

5 Khoảng cách giữa 2 ĐDK đi song song và đi gần:

Khoảng cách nằm ngang giữa các dây dẫn ngoài cùng khi dây không bị lệch không được nhỏ hơn khoảng cách an toàn của hành lang tuyến của ĐDK điện áp cao hơn

6 Khoảng cách giữa ĐDK giao chéo với đường dây thông tin và tín hiệu (TT & TH): Đường dây điện phải đi trên ĐDTT & TH Chỗ giao chéo phải gần cột ĐDK

Khoảng cách ngang từ cột ĐDK đến 220kV đến dây dẫn của ĐDTT & TH không được nhỏ hơn 6m; từ cột ĐDTT & TH đến dây dẫn ĐDK đến 220kV không nhỏ hơn 7m

Khoảng cách nhỏ nhất theo chiều thẳng đứng từ dây dẫn của ĐDK đến ĐDTT & TH cho trong bảng 1.9

Khi ĐDK và ĐDTT & TH đi song song, khoảng cách ngang giữa các dây dẫn ngoài cùng gần nhất căn cứ vào tính toán ảnh hưởng nhưng không nhỏ hơn chiều cao cột cao nhất của ĐDK Ở những chỗ hẹp khoảng cách này không được nhỏ hơn:

Khi đứt dây ở khoảng cột kề

của ĐDK dùng cách điện treo

Khi ĐDK 35kV trở lên tiết diện 120mm2, đường dây điện áp thấp hơn có tiết diện không nhỏ hơn 35mm2 dây AC và 70mm2 dây nhôm giao chéo với đường dây thông tin cấp I, đường dây thông tin tự động hoặc tự động bán tự động của đường sắt phải dùng cột néo Với các loại khác có thể dùng cột trung gian

Các khoảng cách khác lại xem Quy phạm trang bị điện (TBĐ)

7 ĐDK giao chéo với đường sắt:

Khoảng cách từ chân cột ĐDK đến biên hành lang của đường ắt không nhỏ hơn chiều cao cột cộng thêm 3m

Trên những đoạn hẹp cho phép lấy khoảng cách không nhỏ hơn:

Cột điện phải là kiểu néo, cách điện kép

8 ĐDK giao chéo với đường ô tô:

Khi giao chéo với đường ô tô cấp I (mặt đường rộng 15m, 2÷4 làn xe) phải dùng khoảng néo, cách điện kép Với đường ô tô các cấp khác có thể dùng cột đỡ mắc dây bằng khoá đỡ kiểu cố định, nếu dùng cách điện đứng thì phải mắc kép

Khoảng cách từ ĐDK đến mặt đường và khoảng cách ngang cho trong bảng 1 10

Bảng 1 10

Các trường hợp giao chéo hay đi gần

Khoảng cách nhỏ nhất theo điện áp

2-Khoảng cách ngang:

b- Như trên nhưng ở đoạn tuyến hẹp từ bộ phận bất

kỳ đến lề đường:

+ Khi giao chéo đường ô tô cấp I, II

+ Khi giao chéo đường ô tô cấp khác

+ Khi đi song song với đường ô tô khoảng cách lấy

từ dây ngoài cùng đề lề đường lúc dây bị gió làm

lệch nhiều nhất

5 1,5

2

5 2,5

4

5 2,5

6

U = 500kV: khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ đây đến mặt đường: 10m, đến phương tiện vận tải 4,5m Khoảng cách ngang từ chân cột đến mép đường bằng chiều cao cột + 5m, ở đoạn tuyến hẹp khi giao chéo và song song: 10m

Các trường hợp khác như ĐDK đi qua cầu, đường tầu điện, qua đê xem quy phạm TBĐ

1.4.2 Khoảng cách an toàn nhỏ nhất giữa các dây pha với nhau và với dây chống sét

Để tránh hiện tượng va chạm hoặc đến gần nhau quá giữa các dây dẫn và dây chống

sét ở điểm giữa khoảng cột khi có gió bão, cần phải đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa các

dây pha với nhau và với dây chống sét ở điểm định vị chúng trên cột Các khoảng cách này phụ thuộc vào cấp điện áp định mức của đường dây, cách thức bố trí dây dẫn trên cột, khả năng di động và chiều dài chuỗi sứ , độ võng lớn nhất f và nguy cơ chạm dây do gió Độ

võng f ở đây là độ võng ứng với khoảng cột tính toán của đường dây (x, mục 1.8) Các

khoảng cách này được cho dưới dạng bảng hoặc công thức kinh nghiệm Trong các công thức kinh nghiệm nếu khoảng cột thực tế lớn hơn khoảng cột tính toán thì phải dùng khoảng cột thực tế để tính

- U = 35kV trở lên dùng sứ treo, khoảng cách nhỏ nhất giữa các dây dẫn:

Khi bố trí trên mặt phẳng ngang (m):

f- độ võng lớn nhất, m; U - điện áp danh định, kV,  - chiều dài chuỗi cách điện, m Khi bố trí trên mặt phẳng đứng (m):

110 khi chênh lệch độ cao treo dây h < U/110

110 khi chênh lệch độ cao treo dây h ≥ U/110

- ĐDK điện áp 35kV dùng cách điện đứng và điện áp 22kV dùng loại cách điện bất

kỳ, khoảng cách giữa các dây dẫn theo điều kiện làm việc của dây trong khoảng cột không đƣợc nhỏ hơn trị số xác định theo công thức sau:

Khoảng cách thẳng đứng giữa dây dẫn và dây chống sét ở giữa khoảng cột, không tính đến độ lệch dây do gió, trong trạng thái quá tải điện áp khí quyển không nhỏ hơn số liệu trong bảng sau:

Độ võng của dây chống sét không đƣợc lớn hơn độ võng của dây dẫn

- Khi có 2 mạch trên một cột: khoảng cách tại cột giữa các dây dẫn gần nhất của 2 mạch cùng điện áp không đƣợc nhỏ hơn:

U ≤ 22kV:2m với dây trần cách điện đứng, 1m dây bọc cách điện đứng;

U = 35kV: 2,5m với cách điện đứng; 3m với cách điện treo;

- Khi mắc chung đường dây hạ thế và đường dây 22kV thì khoảng cách dây trung và

hạ thế ở nhiệt độ trung bình năm phải lớn hơn 1,2m

1 4 3 Khoảng cách nhỏ nhất trong không khí từ dây dẫn đến các bộ phận của cột (cm)

Điều kiện tính toán khi chọn cách

1.4.4 Khoảng cách nhỏ nhất giữa các pha tại cột

Điều kiện tính toán Khoảng cách nhỏ nhất tại cột theo điện áp, kV

a- Quá điện áp khí quyển

b- Quá điện áp nội bộ

1.4.5 Tiết diện dây tối thiểu (mm 2 ) cho các đường dây (bảng 1.11)

Cho điện áp 110kV trở lên: để hạn chế do tổn thất vầng quang, phải chọn dây tối thiểu 70mm2 cho điện áp 110kV, 240mm2 cho 220kV

2- Vượt sông, kênh có thuyền bè qua lại

 cho trong bảng số liệu dây dẫn

Ứng suất cho phép là ứng suất lớn nhất được phép xuất hiện trên đường dây trong vận hành

Bảng 1 12 Thông số của dây, ứng suất cho phép – theo QPTBĐ

Không đàn hồi

C

Giới hạn D

Khi bão

và khi nhiệt độ thấp nhất

Nhiệt độ trung bình năm + A16 A35

0,30 0,30 0,30 0,30 + AC16, AC25

Trạng thái kéo dây khi thi công: dây dẫn chịu lực kéo nhanh sẽ bị biến dạng, do đó dùng modul C để tính toán

Trạng thái vận hành ở ứng suất giới hạn: dùng modul D, phản ánh khả năng đàn hồi của dây giảm thấp

Trạng thái vận hành còn lại: dùng modul đàn hồi E để tính toán dây dẫn

Trong các phần tiếp theo sẽ sử dụng E để tính cho mọi tình huống

1.5 Tải trọng cơ học đối với đường dây trên không

Có hai tải trọng tác động lên dây dẫn là:

1- Tải trọng do trọng lượng dây gây ra

2- Tải trọng do áp lực gió tác động lên dây dẫn gây ra

1.5.1 Tải trọng cơ học do trọng lượng dây

Trọng lượng 1m dây là P [kG/m] được cho trong catalog hay bảng tra cứu (xem mục

1 1) Nếu trong bảng tra cứu cho P [kG/km] thì phải tính đổi ra daN/m

P [kG/m] = P [kG/km].10-3 (1 1a)

Trong tính toán thường dùng đơn vị daN/m:

P[daN/m] = P[kG/m]/0,981 Trong đó 1kG/m = 9,81N/m  1daN/m

Lấy trọng lượng của 1m dây chia cho tiết diện dây F [mm2] ta được tỷ tải g do trọng

lượng tá động lên dây dẫn:

./

/m mm haydaN m mm kG

 là hệ số không đều của áp lực gió, phụ thuộc vào áp lực gió (xem bảng sau)

Các giá trị trung gian tính theo nội suy

k1 là hệ số tính đến chiều dài khoảng cột: l ≤ 50m, k1 = 1,2; l = 100m: k1 = 1,1; l = 150m: k1 = 1,05; l = 250m: kl = 1; (khi tính cho lưới 110kV trở lên, k1 = 1)

Fv = 1.d 10-3 là diện tích chắn gió của 1m dây

D là đường kính dây (mm); 10-3

là hệ số quy đổi mm thành m

Là áp suất gió tính cho độ cao dưới 15m trên mặt đất

Nếu qv có thứ nguyên daN/m2 thì trong công thức trên không có hệ số 0,981

Áp suất gió được cho trong các quy phạm thiết kế phụ thuộc vào vùng khí hậu và vào điện áp của đường dây Chỉ khi không có giá trị của qv mới tính theo tốc độ gió

Ví dụ: TCVN 2737 – 1995 chia nước ta làm năm vùng gió với áp lực gió như ở bảng 1.14

Bảng 1.14 Áp suất gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995

Đối với các đường dây điện chi áp dụng đến cấp III trong bảng trên

Áp suất gió dùng để tính trong công thức (1 3) được tính từ q0 như sau:

Trong đó: sd là hệ số hiệu chỉnh theo thời gian sử dụng giả định của công trình Số liệu trong bảng trên là áp lực gió với tần suất 50 năm, do đó khi thời hạn sử dụng là 50 năm thì sd = 1, khi thời gian sử dụng thấp hơn thì sd sẽ nhỏ hơn:

5 năm: sd = 0,61;

10 năm: sd = 0,72;

20 năm: sd = 0,83;

30 năm: sd = 0,91;

40 năm: sd = 0,96

Các số ở giữa phải nội suy

k là hệ số hiệu chỉnh theo độ cao của công trình (bảng 1.15)

Địa hình để tính k được chia làm ba loại:

A - Trống trải, không có hoặc rất ít vật cản có độ cao không quá 1,5m (bờ biển, mặt sông, hồ lớn, cánh đồng không có cây cao );

B – Tương đối trống trải, có một số vật cản thưa cao không quá 10m (vùng ngoại ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng thưa );

C – Vùng bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản khác nhau cao từ 10m trở lên (trong thành phố, vùng rừng rậm)

Bảng 1.15 Trị số của k theo loại địa hình

1 1,08 1,13 1,22 1,28 1,34 1,38 1,45 1,51 1,63 1,71 1,78 1,84 1,84 1,84

0,66 0,74 0,80 0,89 0,97 1,03 1,08 1,18 1,25 1,40 1,52 1,62 1,70 1,78 1,84

Tiêu chuẩn trên đây còn được dùng chung cho mọi công trình xây dựng

Để dùng bảng này cần xác định độ cao hứng gió của dây dẫn so với mặt đất Độ cao này được lấy bằng độ cao trọng tâm của dây hT

Trường hợp đường dây làm trên mặt phẳng:

hT = (h1 + h2)/2-2 f/3 Trong đó h1 và h2 là độ cao của hai điểm treo dây; f là độ võng lớn nhất tính theo khoảng cột tính toán Chỉ khi khoảng vượt rất lớn mới phải dùng độ võng thực

hT tính cho từng dây, ở đây ta quan tâm đến dây thấp nhất

Nếu đường dây nằm trên địa hình không phẳng thì độ cao hứng gió của tất cả các dây bằng nhau và bằng giá trị trung bình đại số của độ cao hứng gió của tất cả các dây bằng nhau

và bằng giá trị trung bình đại số của độ cao trọng tâm của các dây

Nếu khoảng néo bao gồm nhiều khoảng cột thì tính hT như sau:

n

n Tn T

T T

l l l

l h l

h l h

h

2 1

2 2 1 1

Ta thấy nếu tính theo phương pháp tổng quát trên đây sẽ rất phức tạp Vì vậy người ta

đã lập ra bảng áp lực gió tiêu chuẩn riêng cho ngành điện lực, làm cho việc thiết kế được nhanh, chính xác

Ví dụ, tiêu chuẩn áp lực gió tính riêng cho đường dây điện của Nga (daN/m2) theo tài liệu [14] như ở bảng 1.16 Nếu dùng bảng này thì không cần phải tính hiệu chỉnh

Bảng 1.16 Áp lực gió q v (daN/m 2 ) cho hệ thống điện

40(25) 40(25) 50(29) 65(32) 80(36) 100(40) 125(45)

55(30) 55(30) 55(30) 80(36) 80(36) 100(40) 125(45)

Trong ngoặc là tốc độ gió (m/s)

- Tỷ tải do gió:

./

;daN m mm F

v

g P

C

Tỷ tải do trọng lƣợng daN/m mm2

Tỷ tải do gió daN/m

mm2

Tỷ tải tổng hợp daN/m

mm2

Ứng suất

 daN/m

mm2

Ứng suất cho phép daN/m

mm21- Nhiệt độ thấp

nhất

=2 2

vB g

vq

g

g 

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG

2.1 Phương trình cơ bản của dây dẫn treo trên hai điểm có độ cao bằng nhau

Xét dây dẫn treo trên hai điểm A, B cao bằng nhau Dây dẫn chịu tác động đồng thời của trọng lượng riêng và của gió giả thiết thổi vuông góc với dây dẫn sẽ võng xuống, đồng thời lệch về một bên so với chiều thẳng đứng Như vậy, dây dẫn nằm trên mặt phẳng i tạo với mặt phẳng thẳng đứng một góc i Khi không có gió, mặt phẳng i chính là mặt phẳng thẳng đứng

Xét mặt phẳng i (hình 2 1b), ta lập hệ trục toạ độ như sau: trục tung đi qua điểm giữa

C và cũng là điểm thấp nhất của dây, trục hoành đi qua điểm O cách điểm C một đoạn bằng

ho’, giá trị của ho’ sẽ được xác định ở phần sau

Khoảng cách giữa hai điểm treo dây A và B gọi là khoảng cột có độ dài l Khoảng cách từ đường nối AB đến điểm C gọi là độ võng f của dây dẫn

Xét phần tử dl (hình 2 1c), phần tử này chịu lực kéo TM và TN theo hướng tiếp tuyến với dây dẫn tại M và N và chịu lực thẳng đứng F dl (trong mặt phẳng i)

Ở trạng thái cân bằng, tổng các lực tác động lên dl bằng 0:

TM = Tx + Ty

F = Fx + FyCân bằng lực theo các trục x và y, lấy chiều dương là chiều hướng về phải và lên trên,

ta được:

Tx – Tx + dTx – Fx dl = 0

Ty – Ty + dTy – Fydl = 0 Hay là:

F dl

dT F

T

dl

dx T T

T

M M

y

M M

x

.sin

.cos

0

y M

x M

F dl

dy T dl d

F dl

dx T dl d

(2.5)

Lực F ép lên 1m dây F chính là tải trọng cơ học lên 1m dây PT

PT (daN/m) hoặc (kG/m) là tổng hợp của lực do gió Pv (daN/m) hoặc (kG/m) ép lên dây theo phương nằm ngang và trọng lực P (daN/m) hoặc (kG/m) theo phương thẳng đứng:

P

i v

M

P dl

dy T dl d

dl

dx T dl d

0

T P dl

dy dx

dl K dl

dx

dy K dl

dy dx

Thay dl theo (2.12) vào (2.11) ta được:

dx K

P y

K

x T

dx u

1ln

h

x x u

1ln

h

x x u

00

2 2

1

1

h x h x

e u u

e u u

Trừ hai phương trình của (2.16) cho nhau ta được:

0 0

2

x h

x

e e

dx

dy u

2

0 0

h

x ch h e

e

h y

x h x

Trong đó y là độ cao của dây

y0 được tính theo điều kiện biên:

2

1

x h

x

e e

x

e e

h x h x

L0 tính theo điều kiện biên:

Tại C: Lx = 0, x = 0 do đó vế phải của (2.21) bằng 0:

0 + L0 = 0, suy ra L0 = 0 Như vậy (2.21) trở thành:

Các phương trình (2.17) và (2.22) là phương trình căng dây dạng dây xích Phương

trình được dẫn xuất trên trục toạ độ có điều kiện: trục y đi qua điểm thấp nhất C, trục hoành