CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY 1. TỔNG QUAN THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG. 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.
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 độ này. Đảm bảo khả năng chịu lực của cột: cột phải chịu được tác dụng của các lực như lực căng của dây dẫn, lực tác dụng của gió vào dây và cột.
Đảm bảo khoảng cách an toàn theo quy phạm từ đường dây đến đất hoặc các phương tiện qua lại trong mọi chế độ, cụ thể hơn là chế độ nhiệt độ nóng nhất. Tính toán khoảng cách an toàn phải đúng theo quy phạm để đảm bảo được tính kỹ thuật kinh tế của công trình. Nếu khoảng cách an toàn lớn thì sẽ phải nâng chiều cao của cột, gây tốn kém về kinh tế. Nếu khoảng cách này nhỏ gây ra mất an toàn cho người và phương tiện trong quá trình vân hành đường dây.
Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005 download by : skknchat@gmail. Đảm bảo khoảng cách pha trên đường dây sao cho đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật kinh tế. Nếu khoảng cách pha lớn sẽ gây tốn kém về kinh tế do phải tăng chiều dài xà, nếu khoảng cách pha nhỏ sẽ không đạt được yêu cầu về an toàn. Việc tính toán khoảng cách pha phụ thuộc vào 2 yếu tố: Điện áp của đường dây và độ võng của dây dẫn.
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. Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005 download by : skknchat@gmail. Các vấn đề cần lưu ý trong thiết kế đường dây tải điện trên không.
Chọn dây dẫn. - Vật liệu dây dẫn trước tiên phải có tính dẫn điện cao, điều kiện làm việc của đường dây trên không cũng yêu cầu đối với dây có độ bền cơ học cao, trọng lượng nhẹ. - Trị số ứng suất trong dây dẫn phụ thuộc vào trị số lực kéo bên ngoài. Lực này phụ thuộc vào tải trọng cơ học tác dụng lên dây kể cả trọng lượng bản thân dây và phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Ứng suất trong dây dẫn được tính toán tuân theo phương trình trạng thái của dây dẫn. Ứng suất 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. 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. Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005 download by : skknchat@gmail.com 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 110 D =1 + + 0,5.
f U 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 11 - TCN 19: 1984) Biết được khoảng cách pha, ta sẽ tính được chiều dài của xà, cũng như các khoảng cách treo sứ cho phù hợp. Độ võng f trong công thức tính khoảng cách pha ở trên có liên quan đến khoảng cột theo công thức sau: 2 f = g. 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. Kết luận Như vậy trong quá trình thiết kế đường dây trên không ta phải thiết kế dây dẫn điện treo trên cột với các yêu cầu: truyền tải công suất lớn, an toàn và có độ võng cụ thể trên các khoảng cột, các ứng suất trong dây dẫn không được vượt quá các ứng suất giới hạn của chúng.
Mục đích của 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 Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005 download by : skknchat@gmail.com 11 ở Việt Nam” nhằm nâng cao khả năng tải điện của đường dây, vận hành có độ tin cậy cao. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY. Thông số vật lý và thông số tính toán của dây dẫn. 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.
(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). Ở đây: - W0 là giá trị của áp lực gió lấytheo phân vùng ở phụ lục D và E của tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995. - k là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực giói theo độ cao và dạng địa hình lấy theo bảng 2. + 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.21 quy phạm trang bị điện 11 TCN 19: 1984) được tính theo công thức: 2 hqđ = htb - .f Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005 download by : skknchat@gmail.com 12 Trong đó: htb: Độ cao trung bình mắc dây dẫn và dây chống sét vào cách điện.
f: Độ võng dây dẫn, quy ước lấy giá trị lớn nhất (khi nhiệt độ cao nhất), m Đối với các khoảng vượt có một khoảng cột hqđ được tính như sau: h + h 2 htb = 1 2 − .f 2 3 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: h .1 h = qd1 1 qd2 2 qdn n qđ 11 +12 +. + 1n Trong đó: hqd1, hqd2…, hqdn là độ cao trọng tâm quy đổi các khoảng cột.,1n cấu thành khoảng cách đó. Hệ số k tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình.
Dạng địa hình A B C Độ cao, m 3 1 0,8 0,47 10 1,18 1,00 0,66 15 1,24 1,08 0,74 20 1,29 1,13 0,80 30 1,37 1,22 0,89 40 1,43 1,28 0,97 50 1,47 1,34 1,03 60 1,51 1,38 1,08 Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005 download by : skknchat@gmail.com 13 80 1,57 1,45 100 1,62 1,51 - là hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định của công trình là khác nhau, tuân theo bảng 2. Häc viªn: §ç §øc T©n – Líp cao häc HT§ 2003-2005 download by : skknchat@gmail.