Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu Hệ thống điện (Tập 3) tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Tính toán cơ học đường dây tải điện trên không; Phương trình cơ bản của dây dẫn treo trên hai điểm có độ cao bằng nhau; Phương trình trạng thái của dây dẫn; Đường dây trên không trong vận hành. Mời các bạn cùng tham khảo.
Chương TÍNH TỐN Cơ HỌC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỂ ĐVỜNG DÂY TRÊN KHƠNG 3.1.1 Đường dây khơng 3.1.1.1 Cấu tạo chung Trên hình 3.1 sơ đồ đường dây khơng Đường dây không bao gồm dãy cột điện, có xà dây dẫn treo vào xà qua sứ cách điện Cột điện chơn xuống đất móng vững chắc, làm nhiêm vụ đỡ dây cao so với mặt đất, gọi đường dây khơng Trên cột cịn treo dây chống sét đê sét khơng đánh trực tiếp vào dây dẫn fcs độ võng dây f đô võng dây ? / dây chống sét Ị i III III CN CN đường dây cán vượt III llf \\ III CN CĐ khoảng I I khoảng cách cột néo / đến đất H móng cột vượt dây dẫn (dây pha) I khoảng C0t j I —Ỵ-^\ khoảng néo CĐ CN Ị khoảng I ! cột vượt I CN = cột néo; CĐ = cột đỡ Hlnh 3.1 Trên cột đơn cùa đường dây kV trở lên có treo ba dây pha, cột kép treo dây pha cho hai lộ song song Trên hình 3.1 vẽ hai dây pha dây thứ ba nằm mặt phẳng với dây Cũng có loại cột treo pha, đường dây cần có ba cột loại này, cột néo góc đường dây 500 kV Đường dây hạ áp treo hay dây cho ba pha, trung tính dây pha cho chiếu sáng Đường dây trung áp có dây trung tính treo dây cột, dây pha dây trung tính Trên cột có treo hai đường dây điên 160 áp khác trung áp hạ áp Người ta quan tâm đến dây pha Dây pha hay dây thấp dùng để xác định khoảng cách an toàn cúa dẳy dân với đất Dây pha để xác định khoảng cách an tồn đến dây chơng sét Trên đường dây điện áp 110 kV trớ lên phải treo dây chống sét toàn tuyến Trên đường dây trung áp 22 -ỉ- 35 kV chi cần treo đến km tính từ trạm biến áp Khoảng cách hai điểm treo dây hai cột kề gọi khoáng cột, khoảng cột có độ dài ký hiệu I (m), gọi tắt khoảng cột Nêu hai cột kề cột néo gọi khoảng cột néo Khoảng hai cột néo gồm nhiều cột đỡ liên tiếp gọi khoảng néo Khoảng néo bao gồm nhiều khoảng cột thường Khi đường dây vượt qua chướng ngại đường dây điên, đường dây thông tin hay sông rộng ta có khoang vượt, khoảng vượt có nhiều khoảng cột Các cột cịn có thiết bị nối đất đặt chống sét ống 3.1.1.2 Dáy dấn a) Vật liệu Dây dẫn điện làm bằng: - Đồng - M; - Nhôm - A; - Nhôm có lõi thép - AC; - Thép - nc, TK Các ký hiệu ký hiệu Nga quen dùng Việt Nam, ký hiệu số liệu nước khác tra catalog, tài liệu [17], Dây chống sét làm thép hay nhơm lõi thép lĩ) Cấn tạo Có loại dây sau (hình 3.2): - Dây đơn chi có sợi (hình 3.2aV thường dây thép có đường kính mm dùng cho đường dây hạ áp Nêu dây dần vào nhà cho phép đường kính mm Đường kính nhỏ q khơng đú đô bền, lớn dễ bị uốn gẫy Cịn có dây lưỡng kim tiết diện đến 10 mm2 Dây có lõi thép phủ đồng ngồi, lượng đồng chiếm 45 đến 50% khối lượng dây - Dây vặn xoắn đồng nhất: nhiều sợi nhỏ vặn xoăn lại với (hình 3.2b), dây vặn xoắn dây đồng, nhôm hay thép 161 a) b) c) d) e) Hình 3.2 nc’7°) (ACY 120-240) Hình 3.3 162 (A 300-500, nC-95) ACY-400 (ACY-300) - Dây vặn xoắn nhôm lõi thép (hình 3.2c), để tăng độ bền người ta làm thêm lõi thép giữa, sợi nhơm bên ngồi - Dây vặn xoắn nhơm lõi thép có thêm sợi phụ chất cách điện để tăng bán kính dùng cho điện áp 220 kV trở lên (hình 3.2d) Dây rỗng dùng trạm biến áp 220 kV trở lên (hình 3.2e) Trên hình 3.3 cấu tạo dây vặn xoắn, sơ đồ (a) dây kim loại: thép nc nhôm A Sơ đồ (b) dây AC, sơ đồ (c) dây ACO sơ đồ (d) dây ACY < ■) Dây thép vặn xoắn nc, TK: dùng cho khoảng vượt lớn sông rộng hay thung lũng rộng làm dây chống sét (bảng 3.1) Bảng 3.1 Dây thép F định mức (mm2) Tiết diện thực tế (mm2) Đường kính (mm) Trọng lượng riêng (kG/km) ứng suất phá hoại ơgh (daN/mm2) Dây nc 25 35 50 70 95 24,6 37 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 nc 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 íl) Dáy nhơm Bảng 3.2 Dáy nhôm Tiết diện định Tiết diện thực Đường kính d (mm) mức Fđm (mm2) tế F (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 Trọng lưựng riênq (kG/p) ứng suất phá hoại ơgh (daN/mm2) 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 16,8 163 Cịn có loại dây nhôm hợp kim cho độ bền cao nhiều dẫn điện hơn: - Nga: Dây AH A)K - Tây Âu: Dây AAAC (All Aluminium Aloy Conductor) - AMELEC e) Dáy lõi thép loại AC, ACO ACY (bảng 3.3) Bảng 3.3 Tiết diện Tỷ lệ Tiết diện định mức, — _2 mm Fa/Fc phẩn nhôm Dáy nhóm lõi thép Tiết diện Đường phần thép kính Fc, mm2 dây, mm Fa, mm2 (nhơm/thép) Trọng ứng suất kính lõi lượng phá hoại, thép, riêng, mm kG/m ®gh (daN/mm2) Đường AC10/1.8 5,98 10,6 1,77 4,5 1,5 0,043 33 AC16/2.7 5,99 16,1 2,69 5,6 1.9 0,065 33,1 AC25/4.2 6.0 24 15 6,9 2.3 100 32 AC35/6 6,0 36,9 6,16 8,4 2,8 0,148 31,4 AC50/8 6,0 48,2 9,6 3,2 0,195 29,6 AC70/11 6,0 68,0 11,3 11,4 0,276 29,6 AC95/16 6,0 95,4 15,9 13,5 4,5 0,385 29,1 AC120/19 6,28 118,0 18,8 15,2 5,5 471 30,4 8,04 AC150/24 16 149,0 24,2 17 6,3 0,559 302 AC185/29 6,24 181,0 29,0 188 6,9 0,728 284 AC240/39 6,11 236,0 38,6 21,6 8,0 0,952 28,6 AC300/48 6,17 295 47,8 24 8,9 1,186 28,5 63,5 27,7 10,2 1,572 27,6 - 15,4 - 0,755 34,7 1,132 26 390,0 AC400/64 6,14 AC70/72 0,972 AC0300/39 7,81 301 38,6 - - ACY300/66 3,39 288 65,8 - - 1,313 34,5 - - 428 54,6 ACY300/204 46 - 298 204 Cịn có loại dây khác sau: ACK: dây nhơm lõi thép chống ăn mịn, lõi thép bọc hai lớp màng nhựa polyetylen ACKC: dây nhôm lõi thép chống ăn mịn, phủ mỡ trung tính chịu nhiệt phần thép 164 AKFI: dây nhơm chống ăn mịn, phủ mỡ phần nhôm thép ACKH: dây nhôm lõi thép chống ăn mòn, dùng thay dây Trên đường dây 220 -ỉ- 500 kV hay dùng loại: ACKĨI 300/39, 330/43, 400/51, 500/64; ACY: dây nhôm lõi thép tăng cường phần thép FA/FC = 1,46 -ỉ- 4,39; ACO dây nhôm lõi thép tăng cường phần nhôm FA/FC = 7,7 -T 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 nhơm có chịu kéo cao gấp hai lần dây nhôm Dây chống sét dùng loại: - Dây thép vặn xoắn TK; - Dây nhôm lõi thép ACKFI 70/72, 95/146; - Dây nhôm lõi thép Tây Âu ACSR 80/47 3.1.1.3 Cột Cột điện làm gỗ, bêtông cốt thép hay thép Cột điện gồm có: - Cột néo néo góc: Cột néo để giữ đầu dây nối vào cột qua chuồi sứ néo; cột néo góc dùng đường dây đối hướng; - Cột đỡ đỡ góc (cịn gọi cột trung gian): Làm nhiệm vụ đỡ dây dẫn chuỗi sứ đỡ Cột đỡ chia cột đỡ thẳng cột đỡ góc Khi đường dây đổi hướng, góc đổi hướng từ 10 đến 20° dùng cột đỡ góc, góc lớn dùhg cột néo góc Nếu dùng cột đỡ góc thường treo thêm tạ cân để chuỗi sứ không bị lệch - Cột cuối dùng đầu cuối đường dây - Cột vượt: Là cột cao cao sử dụng đường dây qua chướng ngại cao rộng như: đường dây điện, đường dây thông tin, sông rộng Cột vượt cột néo hay đỡ - Cịn có cột dùng để chuyển vị dây pha (cột đảo pha) cột đê nối nhánh rẽ (cột rẽ) Cũng có cột đặc biệt đặt dao cách ]y, tụ bù 165 Trên hình 3.4 cho cách bố trí dây cột Trên hình 3.5 trình bày cấu tạo chung cột thép Cột có phần: - thân cột; - xà; - chóp - móng Có loại cột cịn dùng dây néo để tăng cường sức chịu đựng giảm giá thành cột K1 Hình 3.4 Hình 3.5 166 Trên hình 3.6 loại cột bêtông cốt thép Trên sơ đổ (a) cột đỡ 10 kV; sơ đồ (b) cột néo 10 kV; sơ đồ (c) cột đỡ 110 kV; sơ đổ (d) cột đỡ 220 kV; sơ đồ (e) cột đỡ 500 kV hai mạch; sơ đồ (f) cột néo góc 110 kV d) Trên hình 3.7 cột thép Sơ đồ (a) cột đỡ mạch 110 kV; sơ đồ (b) cột đỡ hai mạch 110 kV; sơ đồ (c) cột néo góc 110 kV; sơ đồ (d) cột đỡ 220 kV; sơ đồ (e) cột đỡ 500 kV; sơ đồ (f) cột néo góc 500 kv 167 Hình dáng cấu trúc cột thép bêtông cốt thép thực tẻ' phong phú, chi đưa làm ví dụ Kích thước quan trọng cột là: độ cao tổng, độ cao từ xà thấp đến đất, khoáng cách xà, kích thước xà, độ rộng cột b) Hình 3.7 Trên hình 3.8 loại móng: Sơ đổ (a) móng nguyên khối; sơ đồ (b) móng hình nấm; sơ đồ (c) móng kiểu cọc Các đặc trưng quan trọng cột bao gồm: a Khoảng cột tính tốn 1„: khoảng cách dài hai cột kề đường dây mặt đất phẳng, thoả mãn điều kiện: 168 1- Khoảng cách an toàn tới đất dây thấp trạng thái nóng vừa khoảng cách yêu cầu quy phạm; 2- úhg suất xảy trạng thái làm việc lạnh nhất, hão nhiệt độ trung hình năm phải nhỏ ứng suất cho phép trạng thái Mỗi kiểu cột có giá trị 1„ Cách tính khoảng cột tính tốn trình bày mục 3.8 h Khoảng cột trọng lượng-, chiều dài đoạn dây hai bên khoảng cột mà trọng lượng tác động lên cột Mỗi loại cột tính tốn cho khoảng cột trọng lượng tiêu chuẩn 1TLTC = l,25.1tt c Khoảng cột gió: chiều dài đoạn dây hai bên cột mà áp lực gió lên đoạn dây tác động lên cột Khoảng cột trọng lượng khoảng cột gió hai đại lượng quan trọng để kiểm tra cột chia cột - Các lực kéo quan trọng tác động lên cột chia cột phải tính kiểm tra 3.1.1.4 Sứ cách điện phụ kiện Sứ cách điện sứ đứng hay sứ treo Sứ đứng dùng cho điện áp trung trở xuống, dây pha dùng sứ cắm đứng cọc đỡ đặt xà cột Sứ treo gồm bát sứ treo nối tiếp thành chuỗi dùng cho điện áp trung đến siêu cao Có chuỗi sứ đỡ chuỗi sứ néo dùng cho cột đỡ cột néo Trên chuỗi sứ có kim khe hở chống sét thiết bị điều hoà phân bố điện chuỗi sứ Dây dẫn gắn vào chuỗi sứ nhờ kẹp dây Một số loại sứ cách điện treo thuỷ tinh Nga nước khác cho bảng 3.4 169 Lấy tổng L + Ah hiệu L - Ah, tức lấy (3.223) cộng trừ (3.224) ta được: L + Ah = h0 sh L - Ah = h0 sh X A t-XA , XA + XA - sh + h() ch 7—2 ch^ho h0 ho J ho (3.226a) + XA + XA -ch , — XA - sh - h0 ch h, h0 ho 0J h() (3.226b) Thay: l+XA e ho , + XA sh—- ho 1+XA _e" h0 XA _ÍA e h° -e ho — XA = sh ho 1+XA 1+XA ho e + XA ch, — ho XA e h(l +< XA ch, — = ho ho Thay vào công thức (3.226) giản ước ta được: Xạ L + Ah = h0 eh° -1 e ho _Ị_ L - Ah = h() 1-e h° _ỈB e h» Lập tích (L + Ah).( L - Ah): (L + Ah) ( L - Ah) = L2 - Ah2 = é J = hẫ eh° -e h° -2 = hg 2sh— ì2 L 2hoJ = R2 (3.227) 319 Vì: ■ _ Ị_ eho -e h -2 = 1_' e2h° -e 2h° Trong công thức (3.227) ta nhân thấy quan hệ L, Ah R quan ba cạnh tam giác vng, theo định lý Pitago ta tính L: "ì2 + Ah2 2h„ sinh-7— 2h0J 3.9.2.2 (3.228) Xác định thông số đường cong căng dây theo ứng suất điểm thấp ơ0 Các thông sô' xác định đường căng dây hai điểm treo dây không độ cao là: Khoảng cột 1; Ah; Tỷ tải trọng lượng g tiết diện dây; ứng suất điểm thấp độ dài dây khoảng cột Từ thông số cần tính XA, XB (a, b (hình 3.62)), sau tính độ cao treo dây cột hA, hB, tính độ võng điểm thấp nhất, độ võng lớn độ võng điểm Ta biết: h() = ơ()/ gT Từ (3.224) ta có: Ah , + XA , XA •7— = ch A -chy^- = h() h0 h0 = , XA , XA I , XA ch-—ch-7^- + sh-—sh-y^- -ch-70- = h0 h0 h0 h0 J h0 = ch-i ch^-4-sh-ỉ-sh^h0 J h0 h0 Đặt: * A=chẬ-l; h0 ta được: 320 (3.229a) h0 B=sh-Ỉ-;C=^ h0 h0 (3.229b) A.chịA + B sh^h() h0 =c (3.229c) Để giải phương trình (3.229c) tìm XA ta đặt: ch 7^- -1 họ tghs = j (3.230) sh-í- ho Ta có quan hệ sau: tghe she = Ị ; che = -tgh2e tgh2e Từ công thức rút ra: A _ A B she = A — Ib2 -a2 ~ Vb2 -a che = B = 1- ệ B’ N B ■ 7b2 -a2 B Chia hai vế (3.229c) cho 7b2 - A2 : c A XA B XA ——- ch A- + n — ,sh A = B2 - A2 h0 B2-A2 h() B2 -A2 được: c -1 XA XA • _ XA she ch + che.sh —— = sin + —— h0 h() ho B2 -A2 (3.231) Theo (3.229b): Ah c Vb2-a2 hp sh2 — - ch —-1 h0 Kết hợp với (3.231) rút ra: 321 Ah ho sh E + ặ^ho (3.232) -I sh2 — - ch—-1 ho ho Ah XA _ , + —— = arcsh h