thiết kế và vận hành đường dây trên không và cáp ngầm

Nhìn về phương diện sản xuất và tiêu thụ điện năng thì công nghiệp là ngành tiêu thụ năng lượng nhiều nhất, vì vậy cung cấp điện và sử dụng điện năng một cách hợp lý trong lĩnh vực này s

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ CÁP NGẦM

S 0 9

S KC 0 0 2 4 8 9

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên phản biện

Lời cảm ơn

TỔNG QUAN 1

1.ĐẶT VẤN ĐỀ 7

2.NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 8

3.PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

4.GIÁ TRỊ THỰC TIỂN CỦA ĐỀ TÀI 9

5.NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 9

CHƯƠNG I THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 10

1.VÀI NÉT VỀ TRỞ, KHÁNG, DUNG CỦA ĐƯỜNG DÂY 10

1.1.Điện trở 10

1.2.Điện cảm đường dây đơn 10

1.2.1.Xét từ thông móc vòng bên ngoài: 11

1.2.2.Xét từ trong móc vòng bên trong: 11

1.3.Điện dung 12

2.THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN 14

2.1.Lựa chọn cấp điện thế cho đường dây điện thế cao 14

2.2.Tính toán các thông số của đường dây truyền tải 15

2.2.1.Đường dây truyền tải 15

2.2.2.Những biểu thức tổng quát phân tích đường dây truyền tải 16

2.2.3.Tải của tổng trở sóng của đường dây truyền tải 18

2.2.4.Lựa chọn tiết diện dây dẫn 19

2.2.5.Bố trí dây dẫn 24

2.2.6.Sứ cách điện 27

3.THIẾT KẾ PHẦN CƠ 29

3.1.Sức căng và độ võng 29

3.1.1.Trường hợp độ võng của hai trụ bằng nhau, khoảng vượt là 2l 29

3.1.2.Trường hợp chiều cao trụ không bằng nhau 30

3.2.Sức căng 30

3.2.1.ảnh hưởng của nhiệt độ lên chiều dài dây dẫn 30

3.3.Khoảng cách an toàn đến các công trình 31

3.4.Khoảng cách an toàn giữa các phần tử trên cột: 32

3.4.1.Khoảng cách an toàn nhỏ nhất giữa các dây pha và dây chống sét 32

3.5.Các loại cột được sử dụng trong mạng phân phối và cách chọn cột: 35

3.5.1.Cột bê tông cốt thép 35

3.5.2.Cột bê tông ly tâm: 35

3.5.3.Cột bê tông cốt thép vuông 37

3.6.Cột tháp sắt 39

3.7.Cột thép đơn 40

3.8.Lựa chọn cột và kích thước cột 40

3.8.1.Chọn loại cột: 40

3.8.2.Chọn kích thước cột: 41

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH CỦA CÁP NGẦM VÀ PHẦN MỀN ỨNG DỤNG 50

1.GIỚI THIỆU VỀ CÁP CÁCH ĐIỆN XLPE 50

2.GIỚI THIỆU VỀ KHẢ NĂNG MANG DÒNG CỦA CÁP VÀ CÁC TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN 51

3.PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG MANG DÒNG CỦA CÁP NGẦM 51

3.1.Phương trình truyền nhiệt của cáp 51

3.2.Tổn thất trong cáp ngầm 53

3.2.1.Tổn thất lõi dẫn 53

3.2.2.Tổn thất điện môi 54

3.2.3.Tổn thất Sheath và tổn thất Armor 55

3.3.Mô hình mạch nhiệt 60

3.3.2 Khả năng mang dòng của cáp ngầm trong trạng thái làm việc bình thường 65

Đối với cáp chôn trong đất khô, không có sự thay đổi độ ẩm, từ mô hình mạch nhiệt hình 3.6 ta có độ chênh nhiệt giữa lõi dẫn và môi trường xung quanh là: 65

4.GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CYMCAP 66

4.1.Tổng quan về CYMCAP 66

4.2.Giao diện của CYMCAP (GUI) 66

4.3.Các thư viện và tiện ích của CYMCAP 67

4.4.Khả năng phân tích, mô phỏng, tính toán của CYMCAP 68

5.ỨNG DỤNG CYMCAP TÍNH KHẢ NĂNG MANG DÒNG CỦA CÁP NGẦM CAO ÁP CÁCH ĐIỆN XLPE THEO THÔNG SỐ CỦA NHÀ SẢN XUẤT 70

5.1.Trường hợp 1 Ba pha chôn trực tiếp, bố trí cấu hình ngang 73

5.2.Trường hợp 2 Ba pha đặt trong ống, bố trí cấu hình ngang 75

6.TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG MANG DONG CỦA CÁP NGẦM CAO ÁP TRONG MỘT SỐ CẤU HÌNH LẮP ĐẶT KHÁC NHAU 77

6.1.Trường hợp 2.1: Ba pha chôn trực tiếp, bố trí cấu hình tam giác 77

6.2.Trường hợp 2.2: Cáp 3 pha vận hành hai mạch, chôn trực tiếp, bố trí cấu hình ngang78 6.3.Trường hợp 2.3: Cáp 3 pha vận hành hai mạch, chôn trực tiếp, bố trí cấu hình song song 79

6.4.Trường hợp 2.4: Cáp 3 pha vận hành hai mạch, chôn trực tiếp, bố trí cấu hình tam giác 80

7.KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG 81

7.1.Ảnh hưởng của nhiệt trở suất của đất đến khả năng mang dòng của cáp 81

7.2.Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường lắp đặt đến khả năng mang dòng của cáp 83

7.3.Ảnh hưởng của độ sâu chôn cáp đến khả năng mang dòng 84

7.4.Ảnh hưởng của khoảng cách pha đến khả năng mang dòng của cáp 86

8.PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA BACKFILL ĐẾN KHẢ NĂNG TẢI DÒNG CỦA CÁP NGẦM 87

8.1.Sự ảnh hưởng của Backfill đền khả năng mang dòng của cáp 87

8.2.Thay đổi chiều rộng và chiều sâu của Backfill 90

9.Phụ kiện của cáp 92

CHƯƠNG III VẬN HÀNH ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ CÁP NGẦM 98

1.VẬN HÀNH ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 98

2.VẬN HÀNH CÁP NGẦM 99

KẾT LUẬN 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

Xin chân thành cảm ơn các bạn lớp 061022, những người bạn đã động viên,giúp đỡ chúng tôi trong thời gian làm đề tài

TP, Ngày 15/03/2010

Sinh viên

Lê Thanh An Đặng Quang Vinh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TỔNG QUAN

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến và có tầm quan trọng không thể thiếu được trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi đất nước Vấn đề đặt ra cho chúng ta ở đây là đã sản xuất ra được điện năng, nhưng làm thế nào để vận chuyển,cung cấp điện cho các phụ tải điện cho hiệu quả và tin cậy Vì vậy việc vận chuyển và cung cấp điện cho các các phụ tải điện có một ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân

Nhìn về phương diện quốc gia thì việc đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục và tin cậy cho các ngành kinh tế tức là đảm bảo cho nền kinh tế của quốc gia phát triển liên tục và tiến kịp với sự phát triển của nền khoa học công nghệ thế giới

Nhìn về phương diện sản xuất và tiêu thụ điện năng thì công nghiệp là ngành tiêu thụ năng lượng nhiều nhất, vì vậy cung cấp điện và sử dụng điện năng một cách hợp lý trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác một cách hiệu quả công suất của các nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả lượng điện năng được sản xuất ra

Một phương án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hài hòa các yêu cầu về kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phải đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành , sửa chữa khi hỏng hóc hay sự cố về điện xảy ra và phải đảm bảo chất lượng điện năng nằm trong phạm vi cho phép Hơn nữa một phần không thể thiếu trong thiết kế hệ thốn điện là phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tương lai

Từ những yêu cầu trên và nhằm đơn giản hóa trong việc thiết kế một hệ thống phân phối điện năng, chúng em quyết định thực hiện đề tài:

“Thiết kế và vận hành đường dây trên không và cáp ngầm”

2 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài “thiết kế và vận hành đường dây trên không và cáp ngầm” vận dụng những kiến thức

về điện để giải quyết những vấn đề như sau:

 Những thông số cơ bản của đường dây trên không

 Cách thiết kế phần điện và phần cơ cho đường dây trên không Giới thiệu các phụ kiện kèm theo khi thiết kế đường dây

 Tìm hiểu về phương pháp tính toán khả năng mang dòng của cáp ngầm

 Ứng dụng Phần mềm CYMCAP tính toán khả năng mang tải của cáp ngầm

3 PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thu thập những tài liệu liên quan đến đề tài nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu

Giới thiệu các thông số cơ bản của đường dây trên không

Nêu ra các phương pháp lựa chọn cấp điện áp,tiết diện dây dẫn,cách bố trí dây trên không,

Giới thiệu một số phụ kiện di theo việc thiết kế đường dây như cách chọn cột điện,xà,móng,néo,sứ cách diện,

Nghiên cứu tổng quan về cáp ngầm, các phương pháp tính toán khả năng mang dòng của cáp ngầm,

Nghiên cứu về ứng dụng, thuật toán giải và cách sử dụng phần mềm CYMCAP

Xác định một số cấu hình lắp đặt cáp, điều kiện mang tải rồi ứng dụng phần mềm CYMCAP tính toán khả năng mang tải của cáp

4 GIÁ TRỊ THỰC TIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Kết quả nghiên cứu thành công sẽ giúp ích rất nhiều cho công tác thiết kế của những kỹ

sư thiết kế hệ thống điện,đặc biệt là những sinh viên mới ra trường với kinh nghiệm chưa

có Đối với những công ty thiết kế vừa và nhỏ thì đề tài này sẽ là một công cụ hữu dụng trong việc tính toán và thiết kế hệ thống điện cho khách hàng

Đề tài này cũng có thể là tài liệu tham khảo cho các sinh viên chuyên ngành điện công nghiệp,và là tài liệu cơ sở để phục vụ cho việc nghien cứu chuyên sâu hơn trong lỉnh vực này

5 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG I THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG

1 VÀI NÉT VỀ TRỞ, KHÁNG, DUNG CỦA ĐƯỜNG DÂY

Điện xoay chiều có dòng phân bố trên bề mặt nhiều hơn do đó điện trở suất tăng lên (hiệu ứng mặt ngoài)

Nhiều dây mang phụ tải lớn đặt gần nhau làm cho dòng phân bố không đều (hiệu ứng gần) Chiều dài thường dài hơn 2 † 3% vì thường là dây bện

Nhiệt độ thay đổi cũng làm cho điện trở thay đổi

Ta có quan hệ:R t R010.t

1 0

2 0 1

2

/1

/1

t

t R

R t

1.2 Điện cảm đường dây đơn

Đối với đường dây đơn có độ dài ab

Phương trình điện áp cảm ứng viết cho đường dây đơn là:

dt

N d dt

N d

Trong đó:

ψ: từ thông móc vòng Weber-vòng L: henry

 : weber Ψtr: từ thông móc vòng bên trong Ψng: từ thông móc vòng bên ngoài

1.2.1 Xét từ thông móc vòng bên ngoài:

Từ thông móc vòng từ bề mặt dây dẫn có bán kính r, cho đến khoảng cách D bên ngoài dây dẫn là:

1.2.2 Xét từ trong móc vòng bên trong:

Tổng từ thông từ tâm đến bề mặt dây dẫn:



tr

L (Henry/mét) Trong đó :

D L

Đối với dây cáp nhiều sợi, ảnh hưởng của từ thông móc vòng bên trong được xét đến bằng cách dùng bàn kính trung bình hình học hay bán kính trung bình nhân ký hiệu là GMR hay Ds

Để thuận tiện cho việc tính toán, bán kính trung bình nhân (GMR) hay GMD tự thân ds của một số dây cáp bện với số sợi khác nhau trong bảng 1:

Loại dây dẫn GMR (GMD tự thân, ds) Dây tròn đặc ruột

Dây bện nhiều sợi

R: bán kính ngoài của toàn bộ dây dẫn

Xét trường hợp phân pha của đường dây một pha, mỗi pha gồm có 4 dây dẫn bện

)2

Ds

ds: bán kính trung bình nhân của chính nó

D, 2D: khoảng cách giữa các dây dẫn

1.3 Điện dung

Điện trường giữa hai bản cực liên hệ với mật độ điện thông qua hệ thức:

A

Q D E



Điện thế từ r1 đến r2 ngoài trụ:

1 2 1

2

r Q Edr U

r

 

U12 = U1 – U2

Xét đến điện dung của đường dây một pha như hình vẽ:

Hình 1.3: xét điện trường giữa hai dây dẫn song song

Điện thế giữa hai dây a và b:

a ab

r

D Q

U ln2

'





b ba

r

D Q

D U

Q C

2ln

2

(Farad/m)

1085,8



or



Khi hai dây bằng nhau: ra = rb

r

D r

D

C

ln10.36

1ln

r D C

C an ab

ln10.18

12

19



2 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN

2.1 Lựa chọn cấp điện thế cho đường dây điện thế cao

Khi tải công suất càng lớn trên đường dây càng dài thì điện thế đường dây truyền tải phải càng cao Tuy nhiên việc lựa chọn cấp điện thế chuẩn của từng quốc gia Điện thế được chọn phải kinh tế, tùy thuộc vào giá cả đường dây, trang thiết bị như, máy cắt, máy biến áp, sứ cách điện… giá cả các thiết bị này cũng tăng theo từng cấp điện áp 230kV trở lên Để chuyển tải công suất lớn có thể dùng cấp điện thế 230 kV kết hợp với việc đặt tụ bù trên đường dây thay

vì dùng điện thế lớn hơn, các điện thế chuẩn thường được dùng là, 11kv, 22kv, 35kv cho đường dây ngắn, và 66kv cho đường dây trung bình và 132 kV cho đường dây dài

Điện thế dây (kv) Tải đường dây (kw/km)

Chú ý: khoảng cách đường dây truyền tải 11kv, 33kv được dùng cho khoảng cách ngắn, trong

khi các đường dây khác có thể dùng khoảng cách gần đúng cho ở bảng 2 đây cũng được dùng

để hướng dẫn hướng dẫn thiết kế sơ bộ ban đầu

Việc chọn dây dẫn, giới hạn tổn thất, độ sụt áp, cách bố trí dây dẫn cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn điện thế đường dây Phương pháp tốt nhất quyết định việc lựa chọn điện thế đường dây là giá thành đầu tư trang thiết bị và vận hành tương ứng với các cấp điện áp khác nhau Thiết kế đường dây, do đó thường phải khảo sát hai hay ba cấp điện áp và hai hay ba cỡ dây dẫn thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của đường dây

2.2 Tính toán các thông số của đường dây truyền tải

2.2.1 Đường dây truyền tải

Đường dây truyền tải luôn mang công suất các nhà máy điện tới các trạm nhận hay các trạm chuyển tải Nhiệm vụ chính của đường dây là truyền công suất qua khoảng cách yêu cầu một cách kinh tế Những thông số sẽ được khảo sát là điện áp, dòng, công suất và hệ số công suất ở đầu gởi và đầu nhận Những yêu cầu đầu nhận sẽ được xác định bởi phụ tải

Sự khác nhau về điện áp giữa dầu gởi và đầu nhận được định nghĩa là độ sụt áp của đường dây truyền tải

%100

%

r

r s

V

V V

P3 2

 Trong đó : I là dòng điện đầu nhận

R là điện trỏ của dòng điện mỗi pha

Đường dây truyền tải được chọn để tổn thất thấp nhất và hiệu quả cao trong điều kiện vận hành Độ sụt áp pha nằm trong giới hạn cho phép

Đường dây truyền tải được chia làm 3 loại: đường dây truyền tải ngắn, trung bình và dài

Đường dây ngắn hơn 80km gọi là đường dây ngắn trong trường hợp này hiệu ứng dung được bỏ qua và không cần tisnmh toán lúc làm việc

Đường dây có chiều dài từ 80 dến 240km được coi là đường dây trung bình Trong đường dây trung bình thì hiệu ứng điện dung được khảo sát bằng cách giả thuyết điện dung C của đường dây đặt tập trung ở giữa đường dây hay

2

C

ở mỗi đầu đường dây

Đường dây dài hơn 240km được coi là đường dây dài và trong trường hợp này các thông số rải trên từng đơn vị chiều dài được khảo sát để tính toán cho chế độ làm việc của đường dây

2.2.2 Những biểu thức tổng quát phân tích đường dây truyền tải

Một phần của đường đây truyền tải dài

Z

Y

Hình 2.2.2 Đoạn có độ độ dài đơn vị của đường dây truyền tải dài

Khảo sát đầu P cách đầu nhận một khoảng x, điện áp ở điểm P được giả sử bằng e và dòng điện là I Điểm Q có khoảng cách x + dx kể từ đầu nhận điện áp ở điểm Q là e + de và dòng điện tại Q là i + di Phần chiều dài giữa P và Q là dx và có tổng trở là z.dx với z là tổng trở trên đơn vị chiều dài

So sánh điểm P và Q, các quan hệ sau ta viết

x C

i

x B

x A

sinh.cosh

I x V

e r.cosh  r 0.sinh

x Z

V x I

y

Y

jX R l

Với l là chiều dài đường dây

Z Z

Z Y

e I

   V Z

I V

V s rcosh r sinh /

.

.



   A Y

V I

I s r.cosh r sinh /

.

.



   V Z

I V

V r s.cosh r sinh /

.

.



   A Y

V I

I r s.cosh s sinh /

.

.

r r

V  

.

.

s r

I  

s s

V  

.

.

s s

I  

Và ta có;

1

.

2 2

.

.

Y Z Y

Z Z Y D

2 2

.

.

Y Z Y

Z Z Y Z

2 2

.

.

Y Z Y

Z Z Y Y

Z có thể được tính khi biết kích cỡ dây dẫn và khoảng cách các pha

2.2.3 Tải của tổng trở sóng của đường dây truyền tải

Khi đường dây truyền tải được hòa hợp tải (phối hợp trở kháng giữa tổng tải trở và tống trở sóng đường dây) thì dòng điện đầu nhận có giá trị

C

R R

R

Z

V I

V SIL

2

* 3

2

 MW Trong trường hợp tính toán cụ thể thay ZC bằng:

C C

GMR

GMD

Z 60ln suy ra:  day

GMR GMD

kV SIL

ln60

2



Bởi vì ZC là thuần trở nên trên đường dây sẽ không có hiện tượng tiêu tán công suất phản kháng với giả thiết đường dây không tổn hao Hay nói cách khác tổn thất công suất phản kháng L trên tụ bù hoàn toàn được phát ra bởi công suất phản kháng trên C hay

SIL là một đại lượng rất hữu dụng để đánh giá chất lượng của đường dây truyền tải, bởi

vì nó nêu lên được giá trị cụ thể của tải tương ứng với đường dây được thiết kế sao cho những ảnh hưởng trên đường dây là nhỏ nhất Nếu tải có công suất lớn hơn SIL , thì phải gắn thêm đầu tụ bù ở hai đầu đường dây nhằm làm giảm sự sụt áp và duy trì sự cân bằng điện áp hai đầu dây Và ngược lại khi công suất tải nhỏ hơn SIL, thì phải gắn cuộn kháng hai đầu cuộn dây nhằm hạn chế dư công suất dung và quá điện áp đầu nhận

Thường thì công suất đường dây truyền tải thường lớn hơn SIL

Để có thể hình dung điều này, ta quan sát đặc tuyến điện áp của tuyến đường dây 500kv

có ZC = 209,5Ω như sau:

Hình 2.2.3: đặc tuyến điện áp đường dây 500 kv

của đường dây Do đó, nếu đường dây truyền tải được thiết kế có ZC càng nhỏ thì SIL càng lớn, tức hiệu suất truyền tải của đường dây cao và ngược lại

2.2.4 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Các mạng điện và đường dây truyền tải điện áp 110kv trở lên thường dùng dây nhôm lỗi thép, các đường dây truyền tải điện áp 330kv dây dẫn có tiết diện lớn, tiết diện phần nhôm không nhỏ hơn 240 † 300mm2

Khi chọn sơ bộ cấu trúc dây dẫn căn cứ vào các chỉ dẫn trong quy trình trang bị điện của mỗi quốc gia

Trong nhiều trường hợp để năng cao khả năng tải của đường dây, dây dẫn phân pha được sử dụng cho cả trường hợp 220kv

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi phân thành hai dây dẫn, khả năng tải của đường tăng lên

2.2.4.1 Chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện

Tiết diện dây dẫn của mạng điện cần chọn như thế nào để chúng phù hợp với quan hệ tối ưu giữa chi phí dầu tư xây dựng đường dây và chi phí tổn thất điện năng Khi tăng tiết diện dây dẫn, chi phí về đầu tư sẽ tăng nhưng chi phí về tổn thất năng lượng sẽ giảm Nhưng trong thực tế người ta thường dùng giải pháp đơn giản hơn để xác định tiết diện dây dẫn Đó là phương pháp chọn tiết diện dây dẫn theo mặt độ kinh tế dòng diện

I-dòng điện tính toán chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải lớn nhất, A

Jkt- mật độ kinh tế của dòng điện đối với các điệu kiện làm việc đã cho của đường dây, A/mm2

Các dây dẫn Thời gian sử dụng phụ tải cực đại, h

1000 - 3000 3000 - 5000 5000 - 8700 Dây dẫn trần và thanh góp:

Đồng

nhôm

2,5 1,3

2,1 1,1

1,8 1,0 Dây cáp với cách điện giấy, dây dẫn

cách điện bằng cao su và vật liệu tổng

hợp có các lỗi:Đồng

nhôm

3,0 1,6

2,5 1,4

2,0 1,2

Dây cáp lỗi đồng cách điện bằng cao

su và vật liệu tổng hợp:

Bảng 2.2.4.1 Giá trị mật độ kinh tế của dòng điện

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức, tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất

Các giá trị mật độ kinh tế dòng điện trong bảng trên có thể sử dụng khi xác định tiết diện đường dây với điện áp không lớn hơn 500kv

Chọn tiết diện dây dẫn của các đường dây điện áp 750kv và cao hơn cần được tiến hành dựa trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật hàng loạt các phương án, đồng thời sử dụng các phương pháp chi phí qui đổi

Tiết diện dây dẫn chon theo điều kiện kinh tế cần được kiểm tra về điều kiện tạo thành vầng quang Khi lựa chọn kinh tế- kỹ thuật phương án của mạng điện, cần đánh giá khả năng tạo thành vầng quang bằng phương pháp xác định điện áp tới hạn

2.2.4.2 Hiện tượng vầng quang và tổn hao do vầng quang

Đối với cấp điện áp 110kv trở lên, dây dẫn phải được kiển tra vầng quang, theo nhiệt độ trung bình và mật độ không khí phụ thuộc độ cao so với mặt biển Cường độ điện trường cực đại tại (E) ở mặt ngoài dây dẫn không vượt quá 0,9E0 (E0 là cường độ điện trường bắt đầu phát sinh vầng quang ở dây dẫn)

E0 = 17 ÷ 21 kv/cm Điện áp đối với trung tính ở bề mặt dây dẫn

r

D r E U

r

D r

U

ln

0 0 0

Trong đó: U0: điện áp tới hạn hiệu dụng đối với trung tính

E0: 21kV (hiệu dụng)/cm r: bán kính dây dẫn cm D: khoảng cách giữa hai dây dẫn, cm Nếu E0 = 30kV/cm (đỉnh) thì điện áp U0 là điện áp cực đại (đỉnh) đối với trung tính

Công thức tính U0 nói trên chỉ tính cho trường hợp khí hậu tốt ở điêu kiện chuẩn 250C và 76 cm

Hg đối với dây dẫn tròn và nhẵn, nếu có kể thêm mật độ của không khí khác với điều kiện chuẩn và tình trạng của bề mặt dây dẫn thì U0 được tính như sau:

r

d r

m

U0 21,1 0. 2,303log (Kv) Trong đó: m0: hệ số dạng của bề mặt dây

= 1 đối với dây dẫn tròn

= 0.93 † 0.98 đối với dây nhám

= 0,8 † 0,87 đối với dây bện

δ : thừa số mật độ của không khí

b: áp suất không khí, cm Hg

t: nhiệt dộ bách phân , C0

Đối với dây dẫn bố trí nằm ngang hay thẳng dứng thì giảm 4% cho hai dây giữa và tăng 6% cho hai dây ngoài bìa

Ở điện áp U0 chưa thấy được vầng quang Điện áp trông thấy vầng quang (phát sinh) Ut

ở đó sự phóng điện trông thấy được cho bởi công thức sau đây;

r

D r

r m

.

3 , 0 1 1 ,

mV = 1 đối với dây dẫn nhẵn:

= 0,72 đối với vầng quang cục bộ

= 0,82 đối với vầng quang dọc trên toàn đường dây Điện áp định mức(kv)

Số dây dẫn trong một pha

1 dây dẫn tronh một pha

2 dây dẫn trong một pha

500

2 dây dẫn trong một pha

3 dây dẫn trong một pha

11,3 15,2 21.6

33,1 2×21,6

2×37,1 3×27,2

AC – 70

AC – 120

AC – 240

ACO – 600 2×ACO – 240

2×ACO – 700 3×ACO - 400 Bảng 2.2.4.2 Đường kính tối thiểu theo tổn thất vầng quang

Có thể nâng cao điện áp tới hạn bằng cách tăng khoảng cách D giữa các đường dây, tăng bán kính r của dây dẫn, hoặc bằng cách phân dây dẫn ra nhiều thành phần dây nhỏ cho một pha (phân pha) để tăng bán kính biểu kiến của pha

Tăng D như vậy không tốt, không kinh tế vì cột phải làm rộng hơn và tăng D thì E giảm ít vì D đứng sau dấu log Tăng r thì tương đối tốt vì gần như U0 tỉ lệ với r

Ngoài bảng trên ta còn có công thức cho trường hợp phân pha:

Cường độ điện trường trong thực tế được tính theo công thức:

a n r

r

D r n

U E

td tb

max,

1

180sin.21lg

354,0

0

Trong đó:

U: điện áp danh định, kv

n: số dây phân pha, nếu không phân pha thì n = 1

a: khoảng cách giữa các dây phân pha, cm

r: bán kính của mỗi dây, cm

Dtb: khỏa cách trung bình hình học giữa các pha

rtd: bán kính tương đương tính theo công thức:

n td

R

r n R

r  . (cm),

Với R a  cm

180



Đối với cấp điện áp 110 kv, tiết diện tối thiểu để hạn chế phát sinh vầng quang là 70

mm2, điện áp 220kv là 240mm2

Đối với điện áp 220 kv trở lên, dùng biện pháp phân pha từ 2 đến 4 dây nhỏ để hạn chế vầng quang Cũng phải kiểm tra về mức độ nhiễu thông tin vô tuyến của vầng quang

Thông thường thì điện áp vận hành ở 60kV trở lên phải xét đến tổn thất do vầng quang điện gây nên Ngay sau khi đạt tới U0, tổn thất vầng quang mỗi pha đối với điện áp pha U kv từ dây đến trung tính là:

0 1025

P

Với f: tần số

U, U0 là các điện áp pha (kV)

Trường hợp trong mạng điện có nhiều phụ tải mắc trực tiếp không thông qua máy biến

áp nên yêu cầu về chất lượng điện áp rất chặt chẽ và hạn chế trong việc điều chỉnh điện áp Vậy khi thiết kế trường hơp nầy thường căn cứ vào mức tổn thất điện áp cho phép để chọn tiết diện dây dẫn

Cho đường dây có 3 phụ tải :

Hình 2.2.4.3:

Công thức sụt áp trên đoạn OC:

BC AB

AB oAB AB AB oAB AB dm

OA oOA OA OA

oOA

OA

U

l r Q l r P U

l x Q l r P U

l x Q l

Vì chọn đoạn dây có cùng một tiết diện nên;

oBC oAB

r  

Từ công thức 2.25 và 2.26 ta tìm được r0 ta chọn tiết diện dây dẫn gần với tiết diện tính toán Với tiết diện này, trang bảng tìm x0 và r0 và tính toán kiểm tra lại điều kiện sụt áp trên đường dây

2.2.4.3.2 Khối lượng kim loại màu là bé nhất

Đối với mạng điện có Tmax nhỏ như mạng điện nông nghiệp thành phần vốn đầu tư cho dây dẫn chiếm tỷ trọng lớn hơn thành phần tổn thất điện năng trong hàm chí tính toán Vì vậy mạng điện này được chọn sao cho phí tổn về kim kim loại là ít nhất

BC oBC AB oAB OA oOA BC

BC AB AB OA

OA

P r P r P r F

P F

P F

Đối với mạng điện cung cấp cho phụ tải tiêu thụ có thời gian sử dụng Tmax lớn hơn thành phần tổn thất điện năng chím tỷ trọng lớn trong hàm chi phí tính toán Trong trường hợp này tiết diện tối ưu của mạng điện theo tiêu chuẩn tổn thất điện áp không vượt quá giá trị cho phép kết hợp với việc tổn thất theo mật độ dòng không đổi là ít nhất

Theo đường dây hình trên thì mật độ dòng các đoạn là bằng nhau :

BC oBC AB oAB OA oOA BC

BC AB AB OA

OA BC AB

F

I F

I F

I J J

có sóng truyền do sét.Sau đây là một số khoảng cách cho trước đối với từng trường hợp cụ thể

mà ta có thể áp dụng khi bố trí đường dây

 Khoảng cách pha:

Khoảng cách pha-pha cho phép của đường dây xác định theo các công thức sau:

Dây ba pha bố trí theo mặt phẳng đứng:

U:Cấp điện áp của đường dây

F :Độ võng (m) Dây dẫn 3 pha bố trí trên một mặt phẳng ngang hay xiên:

Trong đó: λ :Chiều dài chuỗi cách điện

TT Điều kiện tính toán <10kV 22kV 35kV 110kV 220kV 500kV

I Quá điện áp khí quyển

-Cách điện đỡ

-Cách điện treo

15/20 20/20

25/45 35/45

35/50 40/50 110/135 180/250 320/400

II Quá điện áp nội bô 10/22 15/35 30/44 80/100 160/200 300/420 III Điện áp làm việc

Đảm bảo an toàn trèo

cột

- 7/15 10/20 25/45 55/95 115/200

400/-

Ghi chú: tử số là cách điện pha đất

Mẫu số là cách điện pha-pha

Bảng 2.2.5a Khoảng cách giữa dây dẫn và các bộ phận cột:

2.2.6.1 Sự phân bố điện thế của chuỗi sứ treo

Để có được nhận thúc đầy đủ về sự phân bố điện áp trên chuỗi sứ và phương cách để điều chỉnh sự phân bố này, cần xét lần lượt tác dụng của các điện dung nói trên Dòng rò thường là nhỏ hơn tần số 50Hz và không có ảnh hưởng đáng kể đến điện áp

Nếu chỉ xét điện dung giữa các bát sứ nối từ bát sứ này đến bát sứ kế cận thì rõ ràng sự phân bố điện áp là bằng nhau trên mỗi bát sứ

Bây giờ nếu phân tích thực tế hơn khi xét thêm ảnh hưởng điện dung đối với đất (qua trụ, xà)

Điện thế tối đa của bất kỳ bát sứ nào cũng không vượt quá giá trị số thiết kế của bát sứ

và số bát sứ tăng theo điện thế của đường dây

Điện dung giữa các sứ cách điện lớn khoảng 6 dến 10 lần điện dung Ce cách điện giữa bát sứ đối với đất

Nhận thấy rằng điện thế lớn nhất sẽ áp vào bát sứ gần dây dẫn nhất Điều này làm hạn chế điện làm việc của đường dây

Nếu điện áp đỉnh của đường dây so với đất là E 2V pha, điện thế đỉnh lớn nhất áp vào một bát sứ là “e” và số lượng bát sứ là “n” thì hiệu suất chuỗi sứ được định nghĩa như sau Hiệu suất chuỗi sứ: % 100%





e n

c n

n c c

E e

sinh

2

1cosh

2

1sinh2.1

3 THIẾT KẾ PHẦN CƠ

3.1 Sức căng và độ võng

Độ võng dây phụ thuộc vào khoảng vượt, điều kiện tải trên dây điện Nếu biết được lực căng dây cho phép, khoảng vượt cũng như vị trí của trụ, độ chênh lệch giữa các trụ có thể tính được độ võng

Quan hệ giữa độ võng và sức căng khi biết khoảng vượt

Hình 3.1: khoảng vượt tiêu biểu của đường dây Trong đó:

H: thành phần ngang của lực căng

T: lực căng dây tại P

OP = s: chiều dài dây dẫn từ điểm thấp nhất O đến P

Tx, Ty : là thành phần ngang và dọc của lực căng tại P

F: là độ võng từ điểm thấp nhất tới đầu trụ B

w: trọng lượng dây trên đơn vị chiều dài

ws: trọng lượng dây dẫn trên đoạn OP

2l: chiều dài khoảng vượt

3.1.1 Trường hợp độ võng của hai trụ bằng nhau, khoảng vượt là 2l

Chiều dài dây dẫn trong nữa khoảng vượt

T cosh

Chiều dài dây trong cả khoảng vượt

H

L 2 sinh

3.1.2 Trường hợp chiều cao trụ không bằng nhau

Với khoảng cách từ B đến điểm thấp nhất là x1

H

wx w

H y

Vậy khoảng cách từ O đến độ cao của A:

H

x l w w

H y h

H

x l w H

wl w

hw w

H l x

sinh2

sinh 11

Từ các thông số trên ta tìm được độ võng

3.2 Sức căng

3.2.1 ảnh hưởng của nhiệt độ lên chiều dài dây dẫn

Chiều dài dây dẫn thay đổi theo nhiệt độ:

Nếu  là hệ số giản nở nhiệt độ và khi nhiệt thay đổi từ t1 đến t2 thì:

3.2.2 Quan hệ độ võng – nhiệt độ và sức căng - nhiệt độ

Đường dây truyền tải phải có khả năng chịu được lựa cỏ học trong điều kiện thời tiết thay đổi lực căng dây, hệ số an toàn đứt phải thỏa mãn điều kiện quy định Độ võng, khoảng cách do ảnh hưởng nhiệt phải được khảo sát

Lực tại đầu trục

Độ võng

Độ võng

Lực

10 20 30 40 50 60

Nhiệt độ

Khoảng vượt, độ võng và sức căng

Khoảng cách giữa các cột phụ thuộc vào điện thế, cỡ dây Dây dẫn sẽ bị chùm xuống và có dộ võng do trọng lượng dây dẫn khoảng cách tối thiểu giữa điểm thấp nhất của dây dẫn và mặt đất dây dẫn có lực kéo gọi là sức căng ba đặc điểm này có mối quan hệ với nhau

3.3 Khoảng cách an toàn đến các công trình

Bảng 3.3a: khoảng cách thẳng đứng giữa hai đường dây trên không ở chót cột

3.4 Khoảng cách an toàn giữa các phần tử trên cột:

3.4.1 Khoảng cách an toàn nhỏ nhất giữa các dây pha và dây chống sét

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

ở giữa khoảng cột khi có gió bão, cần xác định khoảng cách tối thiểu giữa các dây pha 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 (xem phần trên) Các khoảng cách này được cho dưới dạng bảng hoặc công thức kinh nghiệm, nếu khoảng cột thực tế lớn hơn khoảng cột tính toán thì phải dùng khoảng cột thực tế để tính

Bảng 3.4.1a Khoảng cách ngang nhỏ nhất của các dây dẫn trên cột đỡ

Khoảng cách giữa

các dây theo chiều

dọc(m)

Điện áp định mức

0,70 1,20

0,70 1,20

1,30 1,70

1,80 2,20

2,15 2,40

2,35 2,65

2,55 2,80

110

0 1,20

0,70 1,20

0,70 1,20

1,00 1,50

2,00 2,20

2,10 2,40

2,30 2,60

2,50 2,70

0,70 1,20

0,70 1,20

1,50 1,70

2,00 2,20

2,20 2,50

2,45 2,65

0,70 1,20

1,10 2,50

1,80 2,00

2,10 2,40

2,40 2,60

0,70 1,20 2,00

0,70 1,20 2,00

1,60 1,90 2,40

1,90 2,10 2,60

2,25 2,45 2,80

0,70 1,20 2,00

0,70 1,20 2,00

1,00 1,50 2,00

1,90 2,10 2,60

2,10 2,45 2,80

0,70 1,20 2,00

0,70 1,20 2,00

1,60 1,90 2,40

2,10 2,30 2,70

1,70 1,20 2,00

1,10 1,70 2,20

1,90 2,10 2,60

0,70 1,20 2,00

0,70 1,20 2,00

1,60 2,00 2,35

Bảng 3.4.1b Kkhoảng cách ngang nhỏ nhất gữa các dây dẫn trên cột néo

35

110

220

0,5 0,70 1,5 Đường dây điện áp 35kv trở lên dùng sứ treo, khoảng cách nhỏ nhất giữa các dây dẫn là:

_  L

d d cs

L là độ dài dây trong khoảng cột

Khoảng cách này cũng cho ở bảng 3.4.1d

Bảng 3.4.1d Khoảng cách nhỏ nhất trong không khí từ dây đến các bộ phận của cột

Khoảng

cột l (m) 100 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1500 Khoảng

d) Điều kiện trèo an toàn lên cột - - 150 150 250 450

3.5 Các loại cột được sử dụng trong mạng phân phối và cách chọn cột:

Đường dây có thể dùng nhiều kết cấu cột,trong đó ba loại phổ biến nhất được dùng hiện nay

là cột thép khung(cột tháp sắt), cột bê tông ly tâm và cột thép đơn thân Ngoài ra còn có nhiều loại khác như cột gỗ, cột bê tông cốt thép vuông,cột phi tiêu chuẩn

3.5.1 Cột bê tông cốt thép

Cột bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong thiết kế hệ thống điện vì chi phí cho

nó là thấp nhất trong các loại cột.và dễ dàng trong việc chế tạo thi công cột tại chổ Cột bê tông cốt thép gồm 2 loại là bê tông ly tâm và cột bê tông vông,ngoài ra cột bê tông côt thép

có thể chế tạo dưới dạng dự ứng lực gọi là bê tông cốt thép tiền áp,nó là dạng cải tiến của cột bê tông ly tâm

3.5.2 Cột bê tông ly tâm:

Do tính chất lượng và kết cấu phù hợp với nhiều công trình cung cấp điện nên cột bê tông

ly tâm được sử dụng rộng rãi trên đường dây phân phối điện

Cột bê tông ly tâm có 2 loại:

Loại đúc liền dùng cho cột có chiều dài dưới 14 m

Loại nối 2 đoạn bằng bích hoặc măng xông, dùng cho cột có chiều cao trên 14 m

3.5.3 Cột bê tông cốt thép vuông

Ngày nay do các thông số kỹ thuật, chất lượng và mỹ thuật công nghiệp không phù hợp nên cột bê tông cốt thép vuông ngày càng ít được sử dụng Nó chỉ được sử dụng cho xây dựng một số đường dây phân phối 22 KV nhánh rẽ,tuyến ngắn hay cung cấp điện tạm thời hoặc vốn đầu tư hạn chế và đường dây hạ áp

Hình 4 Cột bê tông cốt thép vuông

Cột gỗ phi tiêu chuẩn:

Cột gỗ phi tiêu chuẩn là cột điện làm bằng nhiều loại gỗ với chất lượng và chiều cao cột không được tiêu chuẩn hóa Cột gỗ loại này chủ yếu để xây dựng các đường trục và nhánh hạ thế ở nông thôn,miền núi Chất lượng các loại cột gỗ phi tiêu chuẩn rất thấp nên không nên khuyến khích phát triển

Hình 5 cột gỗ