THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG CỦA MẠNG LƯỚI ĐIỆN

Trên cơ sở đã biết trước loại dây dẫn và tiết diện, mặt bằng và mặt cắt của tuyến đường dây với mọi chi tiết cần thiết, thiết kế đường dây trên không là làm các công việc sau: Chọn loại cột, vị trí cột, độ cao cột, cách bố trí dây dẫn trên cột, độ võng căng dây, khoảng các giữa các pha, dây pha và dây chống sét nếu có, khoảng cách giữa dây dẫn với đất và các phần không dẫn điện của cột … sao cho thoả mãn được các yêu cầu về kinh tế – kỹ thuật sau:

Chơng 1

các yêu cầu kinh tế kỹ thuật khi thiết kế

Trên cơ sở đã biết trớc loại dây dẫn và tiết diện, mặt bằng và mặt cắt củatuyến đờng dây với mọi chi tiết cần thiết, thiết kế đờng dây trên không là làm các công việc sau: Chọn loại cột, vị trí cột, độ cao cột, cách bố trí dây dẫn trên

cột, độ võng căng dây, khoảng các giữa các pha, dây pha và dây chống sét nếu

có, khoảng cách giữa dây dẫn với đất và các phần không dẫn điện của cột … saocho thoả mãn đợc các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật– sau:

1.1 Yêu cầu kỹ thuật:

1 Các phần tử của đờng dây trên không là dây dẫn, dây chống sét và cộtkhông đợc h hỏng, làm cho đờng dây phải ngừng công tác trong các trạng tháilàm việc bình thờng và sự cố

Dây dẫn có thể bị đứt khi bị tác động làm cho ứng suất trong dây vợt quákhả năng chịu đựng của dây dẫn: Gió bão + trọng lợng riêng của dây, nhiệt độquá thấp làm dây co lại gây ứng suất lớn trong dây, dây bị rung động hoặc bị bậtlàm dây đứt

Cột có thể bị uốn hoặc bị néo do gió bão + trọng lợng dây + trọng lợngcột 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 tác động

Không thể đảm bảo tuyệt đối dây không bao giờ bị bị hỏng, cột khôngbao giờ đổ vì làm nh vậy giá thành đờng dây sẽ rất đắt Chỉ đảm bảo khả năng đóxảy ra ở mức chấp nhận đợc Điều này thể hiện ở các điều kiện tính toán: khôngtính 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 đờng dây ở mức nào là bài toán kinh tế – kỹ thuật

2 Không đợc để sảy ra các tình huống làm ảnh hởg đến chế độ tải điệncủa đờng dây Ví dụ dây dẫn tiến đến gần nhau hoặc chạm nhau hoặc chạm vàodây chống sét và các vật nối đất trong các trạng thái vận hành gây nên phóng

điện hay ngắn mạch

3 Không đợc để ảnh hởng đến các hoạt động bình thờng của các côngtrình ở dới hoặc lân cận đờng dây trên không, nh: giao thông bên dới đờng dây( đờng sắt, bộ, sông,…), đờng dây điện hay dây thông tin cắt chéo đờng dây haychạy song song với đờng dây

Khoảng cách từ đờng dây trên không và đất nếu thấp quá sẽ gây không

an toàn cho giao thông dới đờng dây trên không Nếu dây bị đứt sẽ gây nguyhiểm cho giao thông và cho ngời

Điện áp trên đờng dây trên không có thể cảm ứng sang các đờng 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 hởng đến công tác của đờng dây này Điện

áp cảm ứng từ đờng dây thiết kế sang đờng dây điện đi gần nó có thể đạt tới mứcnguy hiểm cho các đờng dây này

4 Không đợc ảnh hởng đến an toàn điện của ngời và gia súc hoạt động

d-ới hoặc lân cận đờng dây trên không Phải có khoảng cách an toàn giữa dây dẫn

và đất, giữa dây dẫn và các vật chung quanh đờng dây

Điện trờng dới đờng dây 500kV ảnh hởng đến ngời và gia súc ở dới ờng dây, vì vậy phải có biện pháp hạn chế sự ảnh hởng này

đ-Bốn yêu cầu trên đây là các yêu cầu kỹ thuật, đợc xét đến trong các trạng

thái bình thờng và sự cố của đờng dây

1.2.Yêu cầu kinh tế:

Yêu cầu về kinh tế đó là: Chi phí thấp nhất, trong đó có vốn đầu t và chi phí

vận hành Có nhiều phơng án thực hiện đờng dây thoả mãn các yêu cầu kỹ thuậtnêu trên, phải chọn phơng án tối u về mặt kinh tế từ các phơng án đảm bảo vềmặt kỹ thuật

Thờng thì một đờng dây, khi đã xác định loại cột và phụ kiện, có thể có nhiềuphơng án rải cột Các phơng án này coi nh có chi phí vận hành nh nhau Vậy ph-

ơng án kinh tế nhất là phơng án có vốn đầu t nhỏ nhất

Nh vậy là có 2 bài toán kinh tế:

1- Bài toán tổng quát: xác định nguyên liệu, kích thớc cột và phụ kiện sao cho

đờng dây tối u về kinh tế Ta biết rằng giá thành của cột phụ thuộc vào nguyênliệu và độ cao cột Nếu cột thấp thì giá rẻ nhng phải dùng nhiều cột, ngợc lại nếucột cao thì sẽ đắt hơn song chỉ phải dùng ít cột Nh vậy sẽ có kích thớc cột tối ulàm cho đờng dây đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Bài toán này đợc giải quyết ởcấp hệ thống điện, định ra các cột tiêu chuẩn và chỉ dẫn sử dụng cho các khu vựckhác nhau của hệ thống điện Đối với phụ kiện cũng đợc chuẩn hoá nh vậy

2- Bài toán riêng biệt cho từng đờng dây cụ thể Bài toán này do kỹ s thiết kếthực hiện Họ cần phải tìm phơng án rải cột và tìm các giải pháp kỹ thuật sử lýcác tình huống cụ thể một cách hiệu quả nhất về kinh tế

Chơng 2

Trình tự thiết kế đờng dây trên không

iệc truyền tải và phân phối điện năng ở nớc ta hiện nay chủ yếu sử dụng ờng dây trên không, do vậy thiết kế các tuyến đờng dây trên không là mộtviệc làm rất cấp thiết và quan trọng, cần phải tính toán sao cho phơng án đa ravừa đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật vừa tối u về kinh tế

đ-V

Điều kiện làm việc của đờng dây trên không luôn thay đổi do phụ thuộc vàonhiều yếu tố (dòng công suất, điện áp, trọng lợng, sức căng, tác động của môi tr-ờng.v.v ) nên ngoài việc tính toán lựa chọn theo yêu cầu kỹ thuật điện còn phảitính toán kiểm tra phần cơ khí đờng dây nh cột, xà, sức căng, độ võng.v.v Việcthiết kế và thi công phải đợc thực hiện hết sức chặt chẽ, chính xác ví ảnh hởngtrực tiếp tới điều kiện vận hành của mạng điện

Quá trình tính toán thiết kế bao gồm các bớc sau:

1 Chuẩn bị mặt bằng và mặt cắt của tuyến đờng dây

2 Lựa chọn sứ cách điện

3 Lựa chọn cột

4 Tính tải trọng lên dây dẫn trong các trạng thái vận hành

5 Tính khoảng cột tính toán, ltt.

6 Chia cột:

- Căn cứ vào địa hình cho bởi mặt bằng và mặt cắt của tuyến đờng dây,xác định vị trí các cột, loại cột, móng và độ cao của chúng sao cho đảm bảokhoảng cách yêu cầu tối thiểu đối với đất và các công trình dới đờng dây vàcác điều kiện an toàn khác Sử dụng đờng cong mẫu để tính toán

- Tính kiểm tra lại ứng suất, độ võng, độ lệch ngang của dây và chuỗi sứ,khoảng cách an toàn giữa các dây dẫn trong các trạng thái khác nhau của điềukiện nhiệt độ, khí hậu, môi trờng,

- Nếu địa hình bằng phẳng thì dùng một độ cao của cột và khoảng cách ltt,nghĩa là các cột cách đều nhau một khoảng bằng ltt Nếu điạ hình không bằngphẳng thì độ cao cột và khoảng cột sẽ tuỳ theo địa hình

7 Chọn giải pháp chống sét, tính toán dây chống sét

8 Tính toán các khoảng vợt nếu có

9 Kiểm tra độ lệch của chuỗi sứ

Cho biết loại dây dẫn và tiết diện dây dẫn: A hoặc AC hay các dây khác,tiết diện định mức,loại dây chống sét.

Từ mã hiệu dây tra ra các thông số khác:

- Tiết diện dây Fd và tiết diện dây chống sét Fcs Tiết diện dây AC là tổngtiết diện phần nhôm và tiết diện phần thép

Fd = FAl + FFe (mm2)

- Đờng kính dây dd (mm)

- Trọng lợng riêng Pd (daN/m)

- ứng suất giới hạn σdgh, σCSgh, (daN/mm2)

- Môđun đàn hồi E và hệ số giãn nở nhiệt α

2.1.2 Công việc khảo sát:

Công việc do bộ phận khảo sát thực hiện Để có thể thiết kế đờng dây phảI

vẽ bản đồ chi tiết mặt bằng và mặt cắt dọc tuyến đờng dây sẽ đi qua với tỷ lệ xích: chiều cao 1cm = 5m (1:500), trên mặt bằng, chiều dài 1cm = 50m

(1:5000) Một số vị trí đặc biệt dùng tỷ lệ: 1cm = 2m (1:200) (cao) và 1cm = 20m (1:2000) (dài)

2.2 Lựa chọn các loại cột tiêu chuẩn sẽ sử dụng:

Cột là bộ phận quan trọng nhất của đờng dây, nó quyết định tính kinh tế của

đờng dây Tuỳ theo tình hình cụ thể của đờng dây đợc thiết kế ngời thiết kế chọntrong các cột tiêu chuẩn, các loại cột thích hợp cho đờng dây đợc thiết kế Cáccột tiêu chuẩn có thể là cột bê tông cốt thép hay cột thép với các chủng loại và

độ cao khác nhau

Sau khi đã chọn đợc cột, xác định đợc điểm treo dây thấp nhất của từng loạicột, độ rộng xà, các đặc tính kỹ thuật cần thiết kiểm tra khi chia cột.

Lựa chọn cột và sứ cách điện phụ thuộc vào nhau, muốn chọn đợc sứ phảibiết đợc cột và đặc tính của cột để tính sứ Ngợc lại phải biết sứ mới tính đợc độcao treo dây Cho nên 2 mục chọn cột và sứ phải làm đồng thời và hiệu chỉnh lẫnnhau

2.3 Lựa chọn sứ cách điện và phụ kiện:

Nếu đờng dây đến 35kV thì dùng sứ đứng, đờng dây 110kV trở lên dùng sứtreo

Số bát sứ cho điện áp 110 – 500 kV ở độ cao 1000m so với mặt nớc biển tính

nh sau:

n = dxU max

D

n : số bát sứ trong một chuỗi, là số nguyên lớn hơn gần nhất kết quả tính đợc

d : suất đờng rò lựa chọn

D : chiều dài đờng rò điện của bát sứ (theo catalog), cm

Đối với DDK đến 110kV: chuỗi néo có nhiều hơn 1 bát sứ so với chuỗi đỡ

P g Fd

= (daN/m.mm2)

cs cs cs

P g F

= (daN/m.mm2)

áp lực gió tính theo công thức sau:

qv= qo.γsd.k Lực gió tác động lên 1 m dây dẫn đợc tính nh sau:

Pvd= Cx.α.qv.d.10-3

Trong đó:

Cx: Là hệ số khí động học của dây dẫn, nó phụ thuộc vào đờng kính dây

α : Là hệ số không đều của áp lực gió, α phụ thuộc vào qv

Tỷ tải tác động lên dây dẫn do bão là:

2.5 Phơng trình trạng thái của dây dẫn:

Khi ta treo dây lên 2 cột có khoảng cột l(m), với độ võng là f khi nhiệt độ môi

trờng là θ và tốc độ gió là v thì tại điểm treo dây thấp nhất trong dây dẫn sẽ sảy

ra ứng suất σbđ ban đầu( ngay lúc treo dây song) Sau đó nhiệt độ thay đổi hoặctốc độ gió thay đổi, hoặc cả 2 đồng thời ứng suất σ cũng thay đổi σ sẽ lớn hơnhay nhỏ hơn σbđ đồng thời độ võng f cũng thay đổi theo.

Ngời thiết kế phải tính ra độ võng ban đầu sao cho:

- Trong mọi trờng hợp biến đổi của thời tiết thì σ không đợc vợt quá giá trịcho phép σcp, vì nh vậy sẽ làm hỏng dây dẫn

- Độ võng không đợc lớn quá, vì sẽ làm cho khoảng cách an toàn từ đờngdây tới đất bị vi phạm

Để làm đợc việc này ngời thiết kế phải biết đợc: Quy luật biến đổi của ứng suất σ, độ võng f theo nhiệt độ và tốc độ gió thể hiện qua tỷ tải g và gv. Quy

luật biến đổi này chính là phơng trình trạng thái của dây dẫn:

0

2 2 T0 0 2

2 2 2

σ 24.

.E.l g σ σ 24.

l.

E g

Trong đó:

- σo : ứng suất trong trạng thái xuất phát [kg/mm2]

- go : tỷ tải của dây dẫn trong trạng thái xuất phát [kg/m.mm2]

- θo : nhiệt độ môi trờng trong trạng thái xuất phát [oC]

- l : khoảng vợt của dây dẫn [m]

- E : là môdun đàn hồi của dây dẫn [kg/mm2, hay N/mm2]

- σ : ứng suất trong trạng đến [kg/mm2]

- go : tỷ tải của dây dẫn trong trạng thái đến [kg/m.mm2]

- θo : nhiệt độ môi trờng trong trạng thái đến [oC]

- α : Hệ số dãn nở đẳng trị

Nhờ phơng trình này mà ta có thể tính đợc ứng suất σ trong trạng thái có tỷtải gT và nhiệt độ θ đã biết xuất phát từ một trạng thái ban đầu (còn gọi là trạng

thái xuất phát hay trạng thái cơ sở) có tỷ tải go, θo và ứng suất σo đã biết

Nếu hai điểm treo dây không bằng nhau thì phơng trình trạng thái sẽ là:

2 0

2 2 2 T0 0 2

2 2 2 2

σ 24.

cos E.l g σ σ

24.

cos l.

E g

Đây là những phơng trình cơ bản để thiết kế đờng dây trên không

Để giải phơng trình (1.1) ta đặt:

24

l.

E g

0 o

2 0 T 2

σ

− σ

2 2 2 T

σ 24.

l.

E g

Ta có phơng trình trạng thái bậc 3 của σ nh sau:

A

B

2 = σ

− σ

Phơng trình trên đợc giải bằng phơng pháp gần đúng để tìm nghiệm σ

2.6 Khoảng cột tới hạn của dây dẫn:

Để tính ứng suất trong dây dẫn ở các trạng thái khác nhau cần xuất phát từ

một trạng thái nào đó, trong đó tỷ tải gto,θo, và ứng suất σo đã biết – trạng tháinày gọi là trạng thái ban đầu hay trạng thái xuất phát Từ trạng thái xuất phátnhờ phơng trình trạng thái ta tính đợc ứng suất các trạng thái khác khi biết tỷ tải

và nhiệt độ của chúng

Để dây dẫn có thể làm việc đợc thì ứng suất δ trong các trạng thái phải nhỏhơn ứng suất cho phép σCP của dây trong trạng thái tơng ứng Nếu nh biết đợctrạng thái có ứng suất vận hành lớn nhất, lấy trạng thái này làm trạng thái xuất

phát vơi σ = σcp thì ứng suất tính đợc của tất cả các trạng thái khác sẽ thoả mãn

điều kiện nhỏ hơn ứng xuất cho phép

Trong thực tế có 3 trạng thái trong đó cần đảm bảo ứng suất cho phép:

1- Trạng thái nhiệt độ thấp nhất

2- Trạng thái bão

3- Trạng thái nhiệt độ trung bình.

Trong đó 2 trạng thái 1 và 2 có thể xẩy ra ứng suất lớn nhất có thể làm đứtdây, trạng thái 3 có ứng suất không lớn nh 2 trạng thái trên nhng vì trong trạngthái này, để chống rung do gió ứng suất cho phép thấp hơn, nên cũng có nguy cơvợt ứng suất cho phép nh hai trạng thái trên Nếu đảm bảo ứng suất trong cáctrạng thái này thì cũng đảm bảo ứng suất cho phép trong tất cả các trạng thái cònlại Vậy cần phải lấy một trong 3 trạng thái này làm trạng thái xuất phát

Vì thế cần phải giải quyết trớc tiên bài toán : Trạng thái nào trong 3 trạng thái này có thể gây ra ứng suất vợt khung trong dây dẫn để chọn làm trạng thái xuất phát, điều này phụ thuộc vào độ dài khoảng cột của đờng dây.

Sự diễn biến của ứng suất trong một trạng thái nhất định phụ thuộc vàokhoảng cột Do đó chính khoảng cột là mốc giới để xác định xem ứng suất vợtkhung sẽ xảy ra trong trạng thái nào?

Khi thiết kế đờng dây ta chọn đợc khoảng cột l(m) Ta cần biết với khoảng cộtnày phải chọn trạng thái nào làm trạng thái xuất phát? Muốn vậy trớc hết phảixác định đợc khoảng cột tới hạn lk

Khoảng cột tới hạn lk xác định cho từng cặp trạng thái trong 3 trạng thái ứngsuất, ta có 3 khoảng cột tới hạn :

l1k- khoảng cột tới hạn giữa trạng thái nhiệt độ trung bình và lạnh nhất

l2k- khoảng cột tới hạn giữa trạng thái lạnh nhất và trạng thái bão

l3k- khoảng cột tới hạn giữa trạng thái nhiệt độ trung bình và trạng tháibão

2.6.1.Khoảng cột tới hạn l 2k :

l2k là khoảng cột tới hạn giữa trạng thái lạnh nhất và trạng thái bão, đây là

2 trạng thái có thể xảy ra ứng suất lớn nhất Để đảm bảo ứng suất cho phép trong

2 trạng thái này ta có thể làm một trong 2 cách: đó là lấy trạng thái bão làm

trạng thái xuất phát, cho ứng suất trạng thái này = σcp hoặc lấy trạng thái lạnhnhất làm trạng thái xuất phát, cho ứng suất trạng thái này = σcp

Kết quả là ta tính đợc khoảng cột tới hạn l2k nh sau:

2 min 0 B 2

min B CP

k

g g

) (

24 l

−

θ

− θ α σ

24 g

Sau khi tính đợc khoảng cột tới hạn ta lấy khoảng cột thực tế so với khoảngcột tới hạn :

- Nếu l > lth ứng suất lớn nhất trong dây dẫn sẽ xảy ra trong trạng thái bão,vậy ta phải lấy trạng thái bão làm trạng thái xuất phát, lấy ứng suất = ứngsuất cho phép để tính toán

- Nếu l < lth thì ứng suất lớn nhất xảy ra trong trạng thái nhiệt độ thấp nhất

và ta lấy trạng thái này làm trạng thái xuất phát để tính toán, ứng suất xảy

ra trong chế độ này là ứng suất cho phép

- Nếu l = lth thì xuất phát từ trạng thái nào cũng đợc

2.6.2.Khoảng cột tới hạn l 1k và l 3k

Nếu nh không có hạn chế về ứng suất trong trạng thái nhiệt độ trung bìnhnăm( gọi tắt là trạng thái trung bình) thì chỉ cần tính l2k là đợc vì ứng suất trongtrạng thái trung bình nhỏ hơn trong trạng thái bão và lạnh nhất

Tuy nhiên do ứng suất cho phép trong trạng thái trung bình nhỏ hơn cáctrạng thái lạnh nhất và bão nên ứng suất thực tế trong trạng thái trung bình có thể

lớn hơn ứng suất cho phép trong trạng thái này σcptb

Trong trờng hợp khoảng cột thực tế l nằm trong khoảng (l1k, l3k) thì dùngtrạng thái nhiệt độ trung bình làm trạng thái xuất phát

σ

− σ

− θ

− θ α σ

=

1 24

E

) (

) (

e g

CPtb CP

CPtb CP

min TB CP

σ

− σ

=

CPtb 2 tb 2

CP 2 B 2

CPtb CP

k

g g

E

) (

24 l

Trong đó:

- θmin, σθ min: nhiệt độ và ứng suất trong trạng thái nhiệt độ thấp nhất (5oC)

- θmax,δθ max: nhiệt độ và ứng suất trong trạng thái nhiệt độ cao nhất (40oC).

- θtb : Nhiệt độ trung bình năm

- σcp : ứng suất cho phép trong trạng thái lạnh nhất và bão

- σcptb: ứng suất cho phép trong trạng thái nhiệt độ trung bình năm

- g,gvb,gB: là tỷ tải do trọng lợng dây, do gió, và tỷ tải tổng hợp khi bão

2 2 CP 2

2 2 2

θ θ E σ

24.

.E.l g σ σ 24.

l.

E g

Nếu lấy trạng thái bão làm cơ sở:

( max min)

2 CP

2 2 B CP 2

2 2 2

θ θ E σ

24.

.E.l g σ σ 24.

l.

E g

Nếu lấy trạng thái nhiệt độ trung bình năm làm cơ sở:

( max min)

2 CPtb

2 2 CPtb 2

2 2 2

θ θ E σ

24.

.E.l g σ

σ 24.

l.

E g

Khoảng cột tính toán là khoảng cột dài nhất khi đờng dây đi qua trên mặtphẳng cho loại cột cơ sở đã chọn đảm bảo các điều kiện:

- Độ cao từ điểm thấp nhất của dây dới cùng đến mặt đất đúng bằng độ caoyêu cầu Hyc trong trạng thái nóng nhất.

- Trong trạng thái lạnh nhất, bão và nhiệt độ trung bình, ứng suất trong dâynhỏ hơn ứng suất cho phép đối với dây dẫn ở trạng thái đó Với mỗi loạicột, đúng hơn là với mỗi độ cao treo dây chỉ có một khoảng cột dài nhấtduy nhất, ký hiệu là ltt

-2.8.1.Tính khoảng cột tới hạn l 1k , l 2k ,l 3k

Tính theo các công thức (1.4.2 – 1.4.4)

) (

24 g

σ

− σ

− θ

− θ α σ

=

1 24

E

) (

) (

e g

l

2

CPtb CP

CPtb CP

min TB CP

σ

− σ

=

CPtb 2 tb 2

CP 2 B 2

CPtb CP

k

g g

E

) (

24 l

g l f

σ =

G là tỷ tải do trọng lợng

Lấy trạng thái xuất phát là trạng thái ký hiệu là “0”, trạng thái tới là trạng tháinóng nhất, ta có phơng trình trạng thái:

g l f

σ = vào công thức trên và thay l=ltt ta đợc:

A.l4

tt - B.l2

tt - C = 0trong đó :

A =

2 0 max

Căn cứ vào các khoảng cột tới hạn tính đợc,chọn trạng thái xuất phát

Trớc hết giải bài toán cho một trạng thái xuất phát,ta đợc l,

tt So sánh l,

tt với

các khoảng cột tới hạn, nếu l,

tt ứng với khoảng cột tới hạn nào thì ta tính lại với trạng thái xuất phát tơng ứng với lK đó

2.9 đờng cong mẫu sablon:

Để thực hiện treo dây theo cùng một đờng cong căng dây, ngời ta dùng đờngcong căng dây mẫu SABLON Đó là đờng cong căng dây đợc tính cho ứng suất

sử dụng σsd, ứng suất này đợc tính tơng ứng với một khoảng cột sử dụng lsd, sau

đó ta làm sao cho đờng cong này đợc áp dụng ở mọi khoảng cột, nghĩa là chọn vịtrí cột sao cho đờng cong căng dây mẫu luôn đợc bảo toàn Làm nh vậy thì dùcho các khoảng cột không bằng nhau, các cột có độ cao khác nhau nhng ứngsuất trong dây sẽ bằng nhau cho mọi khoảng cột.

SABLON là các đờng cong parabol song song với nhau, vẽ cho dây pha thấpnhất và ở nhiệt độ cao nhất

sd

4 2

100

x K 100

x 2

10 g 2

x g

= σ

10 g σCho x=50, 60, …, 400m rồi lập bảng tính:

Do độ không chính xác khi vẽ mặt cắt theo tỷ lệ nhỏ, cần dự trữ 0,3-0,5m chokhoảng cách đất: Khi vẽ đờng cong thứ 2 thì dịch xuống dới 0,3-0,5m Khi vẽ đ-ờng cong thứ 3 thì lấy bằng độ cao cột

Đờng 1: Đờng cong căng dây

Đờng 2: Lấy khoảng cách đất yêu cầu - đờng này phải tiếp xúc với mặt đấthoặc cao hơn, không đợc cắt

Đờng 3: Chân cột cách đờng 1 bằng độ cao treo dây

Đờng cong treo dây tính ở đây có ứng suất σsd, nếu thay đổi độ cao của cộtnhng vẫn giữ nguyên dạng đờng cong treo dây này thì σsd vẫn giữ nguyên giá trị.

Điều này rất quan trọng vì khi chia cột ngời ta muốn σsd ở mọi khoảng cột là nhnhau, dù khoảng cột có độ dài khác nhau Muốn vậy phải giữ nguyên dạng đờngcong treo dây này

Khoảng cột sử dụng có thể lấy bằng: lsd = ( 0,8 – 0,9).ltt

- Đặt SABLON sao cho đờng cong treo dây 1 đi qua điểm treo dây của cột 1 và

đờng cong số 3 đi qua điểm chân cột 1, sao cho điểm thấp nhất của đờng cong số

1

2

3

HYC+0.5m h

2 tiếp xúc với mặt đất hoặc điểm cao nhất của vật cản, trục vuông góc với mặtphẳng đất tức là song song với cột 1 Điểm cắt mặt đất của đờng cong số 3 chính

là điểm chân cột 2, vẽ đờng thẳng đứng ta có cột số 2 Tiếp tục nh vậy ta xác

định đợc các cột số 3 và số 4…

Trong quá trình xác định vị trí cột kế tiếp ta phải lu ý: Vị trí phải có khả năngthi công đợc, và phải đảm bảo khoảng cách yêu cầu của dây dẫn đến đất, đồngthời cũng đảm bảo mọi điều kiện kỹ thuật của dây

Nếu trong khoảng cột có vật cản cần phải giữ khoảng cách an toàn, ta phải xêdịch SABLON theo chiều dọc sao cho đờng cong treo dây số 1 cách điểm cảnnày độ cao an toàn đã biết, nếu không tìm đợc vị trí nh vậy ta phải xê dịch cột lạigần vật cản Nếu vẫn không đạt nghĩa là cột thấp quá, ta phải dùng cột cao hơn,

có thể chỉ cần nâng cao 1 trong 2 cột, hoặc phải nâng cả 2 cột

Ngoài các phơng án vợt vật cản trên ta còn có thể dùng biện pháp khác đó làhạ thấp độ cao vật cản, song trong phạm vi bản thiết kế ta không đề cập đến ph-

ơng án này

Sau khi xác định đơc vị trí cột theo SABLON ta phải kiểm tra ngay trên bản

đồ xem vị trí đó có khả thi không, nếu có thì xác định vị trí chính thức vị trí cột,nếu không phải xê dịch đến chỗ khả thi lân cận

2.11 Kiểm trasau khi chọn xong cột thứ k +1:

h l

θ θ

σ ∆ +

- Nếu điểm treo dây ở cột k nhỏ hơn ở cột k-1 thì :

2 .

h l

θ θ

l là khoảng cột trọng lợng tiêu chuẩn cho theo cột

2.11.2 Khoảng cột gió l G của cột k:

l là khoảng cột gió tiêu chuẩn cho theo cột

Nếu kết quả không đạt thì phải :

- Xê dịch cột nếu có thể

- Sử dụng cột tiêu chuẩn khác có khả năng chịu tải cao hơn, cũng

có thể dự kiến thiết kế cột mới nếu điều này làm tăng hiệu quả kinh tế của đờng dây

2.12 Kiểm tra ứng suất trong dây dẫn:

2.12.1.Tính khoảng cột đại biểu:

Khoảng cột đại biểu là khoảng cột đặc trng của một khoảng néo, ứng suấttính theo khoảng cột đại biểu là ứng suất xảy ra trong thực tế ở mọi khoảng cột.Bởi vì ứng suất trong mọi khoảng cột trong một khoảng néo là luôn bằng nhau,nếu nh chúng không bằng nhau thì sẽ gây ra lực làm lệch chuỗi sứ và chuỗi sứ sẽlệch đi đến vị trí sao cho các ứng suất này bằng nhau.

Khoảng cột đại biểu đợc tính nh sau: lđb=

∑

∑

n

1 i

n

1

3 i

l

l (m)

- Xây dựng đờng cong căng dây khi lạnh nhất để kiểm tra

- Nếu điểm thấp nhất của đờng cong treo dây trong trạng thái lạnhnhất cao hơn điểm treo dây của cột 2 thì có nghĩa là sứ bị kéo ngợc

- Nếu chuỗi sứ bị kéo ngợc theo kiểm tra thì phải tiến hành khắcphục: Nh, bỏ cột 2 và dùng cột 1 và 3 có khả năng chịu tải cao hơn, hoặc dùng tạcân bằng, dùng cột néo, dùng cột cao hơn hoặc thấp hơn, thêm cột (ít dùng), …

Cột 2

Đ ờng cong treo dây trong trạng thái lạnh nhất

2.14 Tính dây chống sét:

Xuất phát từ thông số thời tiết của trạng thái quá điện áp khí quyển: θ = 150, không có gió

Trong trạng thái nàykhoảng cách giữa dây dẫn cao nhất và dây chống sét ở

điểm giữa khoảng cột phải đạt giá trị cho phép Độ võng của dây chống sét trongtrạng thái quá điện áp khí quyển phải bằng hoặc nhỏ hơn:

,

cs d yc

f = f + −h h

Trong đó:

fd : độ võng của dây dẫn cao nhất

h : khoảng cách thẳng đứng giữa điểm treo dây chống sét và dây dẫn

h,

yc : khoảng cách yêu cầu tối thiểu giữa dây chống sét và dây dẫn có giá

trị khi không có gió nh sau:

σd, σcs: ứng suất trong dây dẫn và dây chống sét trong trạng thái quá điện

áp khí quyển

gd, gcs: tỷ tải của dây dẫn và dây chống sét do trọng lợng riêng

Thay fd và fcs theo các công thức trên ta rút ra ứng suất trong dây chống sét:

/ 8.( ) /

cs cs

Từ trạng thái xuất phát là trạng thái quá điện áp khí quyển với σcs trên, ta tính ra ứng suất trong các trạng thái bão, lạnh nhất và nhiệt độ trung bình, bằng

cách giảI phơng trình trạng thái tơng ứng So sánh các giá trị ứng suất tính đợc với các giá trị ứng suất cho phép trong các trạng thái tơng ứng, nếu các trạng thái

đều thoả mãn thì tính xong Nếu có trạng thái nào không thoả mãn thì tìm cách khắc phục Có 2 cách khắc phục:

- Tăng tiết diện dây chống sét

- Tăng độ cao treo dây chống sét

2.15 Kiểm tra độ lệch của chuỗi sứ trên cột đỡ:

Trên hình vẽ (a) là trạng thái chuỗi sứ bị gió thổi lệch về phía cột, khoảng cách

từ chuỗi s đến cột có thể gây nguy hiểm trong trạng thái bão( điện áp vận hành)

và trong trờng hợp quá điện áp khí quyển

Trên hình vẽ (b) là tình trạng chuỗi sứ và dây dẫn bị gió thổi ra phía ngoài,khoảng cách giữa dây dẫn và vật cản xung quanh có thể đạt đến giá trị nguyhiểm

2.15.1.Kiểm tra độ lệch vào trong của chuỗi sứ:

- Góc lệch ϕ là do tổ hợp lực kéo xuống là trọng lợng dây G và 1/2 trọng lợngchuỗi sứ Gs(lấy 1/2 vì trọng lợng chuỗi sứ phân bố đều trên chiều dọc của chuỗisứ) và lực nằm ngang là áp lực gió Qv.

s

v

G 2 / 1 G

Q k tg

+

= ϕ

Độ lệch của chuỗi sứ vào trong trong chế độ điện áp vận hành lớn nhất là :

r = λ.sinϕ

2.15.2.Kiểm tra độ lệch ra ngoài của chuỗi sứ:

Độ lệch chuỗi sứ ra ngoài của dây ở chính giữa khoảng cột đỡ : fx

Cx= (fx+ λ).sinϕ

2.16 tính tạ chống rung:

Để giảm tác hại của hiện tợng rung dây do gió ngoài biện pháp giảm ứng suấtcho phép trong dây dẫn trong trạng thái nhiệt độ trung bình năm, ở lới điện 35kV

trở lên còn phải treo tạ chống rung để giảm sự rung động dây dẫn do gió Tạchống rung đợc treo ở 2 đầu dây trong khoảng cột, mỗi bên tạ, chỉ khi khoảngcột rất lớn từ 600 đến 1500m mới treo 2-3 tạ mỗi bên, ở dây dẫn phân pha thìbản thân bộ căng dây cũng có tác dụng hạn chế rung, cho nên không cần thiếtphải đặt tạ chống rung ở dây phân pha Khoảng cách giữa các bộ căng dây càngnhỏ, tác dụng chống rung càng lớn, ở dây phân đôi có thể đặt 1 tạ chống rung ở

đầu cột

Tạ chống rung cần đặt khi khoảng cột l >120 m và khi ứng suất thực tế trongdây dẫn và dây chống sét ở trạng thái nhiệt độ trung bình năm lớn hơn giá trị

giới hạn σgh Và khi l > 500m thì đều phải dùng tạ chống rung

Khoảng cách (m) giữa vị trí đặt tạ chống rung và điểm treo dây dẫn nh sau:

c = 1,75

1

.

tb F g

Độ võng thi công là độ võng để thực hiện khi thi công đờng dây Nếu thi công

đúng vào trạng thái nhiệt độ cao nhất thì độ võng treo dây chính là độ võng đã cókhi chia cột Tuy nhiên điều kiện thời tiết khi thi công khác với điều kiện tínhtoán, do đó độ võng cần phải thực hiện cũng khác

Do thi công gặp phải mọi điều kiện thời tiết khác nhau cho nên cho nên taphải lập ra bảng độ võng thi công cho nhiều trạng thái thời tiết khác nhau Khi

thi công căn cứ vào trạng thái thời tiết thích hợp mà ta chọn độ võng thi côngthích hợp và phải tuân thủ tuyệt đối độ võng này.

Các b ớc tính nh sau:

1 Tính khoảng cột đại biểu cho tất cả các khoảng néo

2 Chọn mỗi khoảng cột đại biểu: Chọn trạng thái xuất phát căn cứ vàotơng qua giữa khoảng cột đại biểu và 3 khoảng cột tới hạn

3 Tính ứng suất σđb và fđb trong các trạng thái nhiệt độ khác nhau từ

15o đến 40oC (không tính bão vì lúc này không thể thi công, gióbình thờng không gây ảnh hởng), là các nhiệt độ có thể xảy ra lúcthi công bằng cách giải các phơng trình trạng thái trong đó trạngthái xuất phát đã chọn ở mục 2

4 Tính độ võng thi công cho mọi khoảng cột cho từng khoảng néo

5 Tính độ võng thi công cho từng khoảng cột đã chọn với từng nhiệt

độ

f = g.l2/(8.σđb)Hoặc là:

f = fđb.(l/lđb)2

fđb là độ võng tính theo khoảng cột đại biểu

l là chiều dài thực của khoảng cột

6 Xác định lực kéo : T = σđb.F

Chơng 3

Thiết kế đờng dây trên không

3.1.Giới thiệu chung về đờng dây.

Về cơ bản tuyến đờng dây đi gần với đờng quốc lộ 1A và quốc lộ 1 cũ, cách

đờng 1A trung bình 200m Do vậy có thể nói rằng điều kiện vận chuyển vật liệuthi công công trình này là rất thuận lợi

Các đặc điểm chính của tuyến đờng dây nh sau:

- Chiều dài : 4818,8 m

- Góc lái : 5 góc

- Tuyến đờng dây chủ yếu vợt qua đồi và thung lũng

3.1.2.Mô tả tuyến đờng dây.

Từ G6-G7 dài 706m, Tuyến lái phải 1045’ - qua thung lũng trồng lúa vàhoa màu khu Quán Hồ xã Hoàng Đồng, Đây là khu dân c ở tản mạn tuyến cắtqua nhà Ông Lê Chung, Bà Phạm thị Thu, hành lang tuyến ảnh hởng các hộ gia

đình ông Hoàng Thanh Liêm Tuyến cách đờng QL1cũ từ 150-200m

Từ G7-G8 dài 1218,6m, Tuyến lái trái 13039’ căt qua dải sờn đồi cao dốc độdốc từ 12-250 trồng cây tạp, qua thung lũng thuộc thôn Phai Cải xã Thuỵ Hùngsang G8 trên Yên đồi trồng thông và Keo từ 2-4 năm tuổi Tuyến cách QL1A từ200-300m

Từ G8-G9 dài 910,2m, Tuyến lái phải 3046’ qua các chỏm đồi đất cao trôngthông sen lẫn keo và cây tạp từ 3-4 năm tuổi cao10-13m thuộc thôn Bó Muồi xãThuỵ Hùng về G9 trên chỏm đồi thấp phía sau Trờng cấp 2 xã Thuỵ Hùng CáchQL1 cũ từ 100-200m

Từ G9-G10 dài 1264m, Tuyến lái phải 28017’ cắt qua các mom đồi đất khôngcao lắm trồng cây tạp nhỏ và trồng màu, qua sờn khu dân c Pò Mạch, qua cácchỏm đồi trọc cây hoang dại sim mua, cách đờng QL1Atừ 300-400m Từ đâytuýên chạy cách xa QL1 tránh khu trị xã Đồng Đăng và tránh cắt qua lại nhiềulần với tuyến Đờng sắt Liên vận

Từ G10-G11 dài 498,5m, Tuyến lái trái 14049’ cắt qua đồi trọc Sim mua sangchỏm đồi cao ít cây sờn trọc cách đờng liên xã từ 300-500m.

Mặt cắt dọc của đờng dây cho ở trang sau

3.2.điều kiện điạ lí khí hậu.

3.2.1.Điều kiện địa chất công trình.

Tuyến đờng dây 110kV Lạng Sơn – Cao Bằng, đoạn từ G6-G11 nằm trêndạng địa hình đồi núi uốn nếp.Dạng địa hình này có những đặc điểm sau :

Trên vùng đồ núi nhấp nhô thờng gặp các lớp đất sau :

- Trên cùng là lớp phủ thực vật dày từ 0,5m ữ 1,5m là á cát, á sét màu nâuvàng lẫn khoảng 18-30% sỏi sạn vụn thạch anh

- ở độ sâu đên 3,5m là sét dăm sạn, chủ yếu bột kết, sạn kết

- Từ 3m ữ >7m là cát kết, sét kết phong hoá, đất khô, vững chắc

- Cát kết, sét kết chứa sạn phong hóa khá mãnh liệt bề dày không xác

định phân bố ở dọc tuyến ở khá sâu Cờng độ chịu tải R0 > 3.5 daN/cm2

- Nền móng cột điện đặt trên lớp đất sa thạch, diệp thạch cuội kết, sét kết

phong hoá, cờng độ chịu tải tính toán từ 3,00 ữ 5,00kg/cm2

- Các mỏm đồi ở độ sâu 3m ữ 4m không có nớc các vị trí ở thung lũngmức nớc ổn định ở độ sâu 3m ữ 4m

Chỉ tiêu của các lớp đất nh sau :

3.2.2.Điều kiện khí hậu tính toán.

Đoạn đờng dây 110kV Cao Bằng-Lạng Sơn đợc tính toán thiết kế theo quyphạm trang bị điện 11TCN-1984 do Bộ Điện Lực ban hành năm 1984 Các tiêu

chuẩn dùng trong tính toán tải trọng tác động TCVN 2737-1995 do Bộ XâyDựng ban hành năm 1996 và có hiệu lực từ 19-12-1995.

Căn cứ vào bản đồ phân vùng gió ở Việt Nam và phụ lục E quy đinh trongTCVN 2737-1995 thì hầu hết tuyến đờng dây thiết kế từ G6-G11 đều nằm trongvùng gió cấp II, địa hình B(tơng đối trống trải), có áp lực tiêu chuẩn ở độ cao10m tính từ mặt đất là qo=95(daN/m2)

áp lực gió lớn nhất tác động lên dây dẫn, và dây chống sét sẽ đợc tính toántheo trọng tâm quy đổi

3.3.dây dẫn điện và dây chống sét.

3.3.1.Số liệu đờng dây.

Dây dẫn đợc chọn là AC185/29 trên toàn bộ tuyến đờng dây, đây là loại dâynhôm lõi thép nhiều sợi chế tạo theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5064-1994 hoặcdây ACSR của các nớc khác sản xuất có đặc tính kỹ thuật tơng đơng Khả năngtải một mạch của đờng dây đảm bảo chuyên chở trên 70 (MW)

Các đặc điểm kỹ thuật của dây:

2 Đờng kính ngoài phần lõi thép mm 6,9

6 ứng suất kéo đứt cho phép, δdgh DaN/mm2 28,4

Dây dẫn điện và dây chống sét đợc tính toán theo phơng pháp ứng suất chophép

Từ đó ta có ứng suất cho phép trong dây dẫn ở chế độ tới hạn nh sau:

- Chế độ nhiệt độ không khí thấp nhất : σcpmin=12,78(daN/mm2)

- Chế độ tải trọng ngoài lớn nhất (bão) : σcpb=12,78(daN/mm2)

- Chế độ nhiệt độ trung bình trong năm : σcptb=8,52 (daN/mm2).Vậy, σcp = σcpmin = σcpb =12,78(daN/mm2)

σcptb = 8,52(daN/mm2)

3.3.2.Số liệu dây chống sét.

Trên toàn tuyến đờng dây treo 1dây chống sét loại TK-70

Đặc tính kỹ thuật của dây chống sét loại TK–70 nh sau:

ứng suất lớn nhất trong chế độ tải trọng ngoài lớn nhất: 54 daN/mm2

ứng suất lớn nhất trong chế độ nhiệt độ thấp nhất : 54 daN/mm2

ứng suất lớn nhất trong chế độ nhiệt độ trung bình : 32,4 daN/mm2

3.4 lựa chọn cột và sứ cách điện.

3.4.1.Lựa chọn các loại cột tiêu chuẩn sẽ sử dụng.

Cột là bộ phận quan trọng nhất của đờng dây, nó quyết định tính kinh tế của

đờng dây Tuỳ theo tình hình cụ thể của đờng dây đợc thiết kế ngời thiết kế chọntrong các cột tiêu chuẩn, các loại cột thích hợp cho đờng dây đợc thiết kế Cáccột tiêu chuẩn có thể là cột bê tông cốt thép hay cột thép với các chủng loại và

Đờng dây 110kV Lạng Sơn – Cao Bằng sử dụng loại dây AC185 gồm 1mạch, 1 dây chống sét TK70 thiết kế trên 1 hàng cột Do tải trọng tác dụng lớnnên toàn bộ cột trên đờng dây phải sử dụng cột thép Các cột đều là loại cột địnhhình về chiều cao và kích thớc cơ bản

2- Cột đỡ trung gian dùng 2 loại sơ đồ cột cao 22,8 và 26,8m (có độ cao xàthấp nhất là 15m và 19m)

3- Các cột néo dùng sơ đồ cột cao 20,7m và 25,7m (độ cao xà thấp nhất là10,5m và 15,5m)

Các khoảng cách cách điện đợc tính toán kiểm tra theo những chế độ sau:

- Khoảng cách giữa các pha trong một mạch: các cột đều có khoảng

cách giữa các tầng xà là 4m, đảm bảo khoảng cách pha-pha theoquy phạm hiện hành

Cột Đ111-22A và Đ111-26A đợc dùng chủ yếu trong toàn bộ tuyến dây, cộtnéo N111-25A và N111-20A đợc dùng khi đờng dây đổi hớng Tất cả các cột đều

Chiềudài đờng

dò điện,cm

Trọng ợng, kGCao

l-Đờngkínhngoài

Đờngkính tysứ

Chiều dài phụ kiện đi kèm sứ là : 300mm

→ Chiều dài tổng của sứ và phụ kiện là: 127ì7 + 300 = 1189 mm

728 ,

0 =3,47.10-3(daN/m.mm2)

- áp suất gió tiêu chuẩn là : qo= 95(daN/m2 )

- Thời gian sử dụng đờng dây lấy T= 20năm → Hệ số hiệu chỉnh theo thờigian sử dụng công trình là : γsd= 0,83

- Độ cao hứng gió cho 2 dây thấp nhất :

- Hệ số hiệu chỉnh theo độ cao của công trình k phụ thuộc vào điạ hình và độcao công trình nh sau:

Địa

hình

Độ cao,m

ATrống trải

BTơng đối trống

trải

CVùng bị chechắn

Từ bảng số liệu trên, kết hợp với kết quả tính hT= 10,6m và điều kiện điạ hình

mà dây đi qua là loại B ta có thể tính đợc k = 1,03

- áp lực gió tính theo công thức sau:

24 g

σ

− σ

− θ

− θ α σ

=

1 24

E

) (

) (

e g

l

2

CPtb CP

CPtb CP

min TB CP

σ

− σ

=

CPtb 2 tb 2

CP 2 B 2

CPtb CP

k

g g

E

) (

24 l

- Nh÷ng sè liÖu cÇn thiÕt khi tÝnh c¸c kho¶ng cét tíi h¹n:

  =

2

0,00347 0, 00347 8250

8.6,8 8,52 24

+  ÷ = 0,0001208

B = σcptb+ α θ (E tb− θ max ) = 8,52 + 0,0000192 8250 (25 – 40 ) = 6,144

= 6,144 6,1442 4.0,0001208.1017280

2.0,0001208

Ta thấy l tt = 347,3501 m > l 3k = 302,232 m , do đó phải tính lại l tt từ trạng

thái xuất phát là trạng thái bão có :

B

θ = 25O cp