Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG 1.1. Tổng quan về đường dây tải điện Để truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ cần phải có đường dây truyền tải, có thể dùng các loại đường dây như đường dây trên không, đường dây cáp ngầm….Đường dây cáp ngầm được chế tạo chắc chắn bao gồm nhiều lớp cách điện, bên ngoài có lớp thép để chống va đập. Cáp ngầm được chôn dưới đất hoặc trong mương cáp để có thể vừa đảm bảo mĩ quan vừa tránh bị ảnh hưởng trực tiếp của thời tiết như mưa, bão, nắng nóng… Cáp ngầm chỉ được dùng ở những nơi đặc biệt như : đầu các xuất tuyến trạm trung gian, các nút giao thông quan trọng, những nơi đòi hỏi tính mĩ quan đô thị cao. Đường dây trên không có thể dùng dây trần đi trên các sứ cách điện, hoặc dây bọc treo trên các phụ kiện cách điện, dây bọc gồm có dây bọc đơn và cáp vặn xoắn. Đường dây hạ áp 0,4 KV treo ba dây pha, một dây trung tính, có thể có thêm dây pha dùng cho chiếu sáng. Đường dây trung áp treo ba dây pha trên một cột. Các đường dây có thể vận hành theo phương thức trung tính cách đất đối với đường dây 35KV trở lại đường dây 22KV hoặc trung tính trực tiếp nối đất đối với cấp điện áp 110KV trở lên. Hiện nay truyền tải điện bằng đường dây trên không là phương pháp thông dụng và hiệu quả nhất, bởi vì chi phí thấp, thuận tiện trong thi công và vận hành, dễ sữa chữa, công nghệ chế tạo các vật liệu cho đường dây này đơn giản
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc Khoa Điện o0o NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I TÊN ĐỀ TÀI: “TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ ĐƯỜNG DÂY” Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS LÊ KIM HÙNG Sinh viên thực : TRẦN QUYẾT THẮNG Lớp : 06D2 Ngành : ĐIỆN HỆ THỐNG II NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN A Phần thuyết minh: Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không Chương 2: Các tiêu chuẩn thiết kế sở tính tốn Chương 3: Trình tự thiết kế đường dây B Phần lập trình: Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB việc tính tốn khí đường dây III BẢN VẼ: IV THỜI GIAN - Ngày giao nhiệm vụ : Ngày 20 tháng năm 2011 - Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Ngày 30 tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN DUYỆT ký tên ký tên Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011 THÔNG QUA BỘ MÔN SINH VIÊN THỰC HIỆN Chủ nhiệm khoa ký tên ký tên Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không Chương TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG 1.1 Tổng quan đường dây tải điện Để truyền tải điện từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ cần phải có đường dây truyền tải, dùng loại đường dây đường dây không, đường dây cáp ngầm….Đường dây cáp ngầm chế tạo chắn bao gồm nhiều lớp cách điện, bên ngồi có lớp thép để chống va đập Cáp ngầm chôn đất mương cáp để vừa đảm bảo mĩ quan vừa tránh bị ảnh hưởng trực tiếp thời tiết mưa, bão, nắng nóng… Cáp ngầm dùng nơi đặc biệt : đầu xuất tuyến trạm trung gian, nút giao thông quan trọng, nơi địi hỏi tính mĩ quan thị cao Đường dây khơng dùng dây trần sứ cách điện, dây bọc treo phụ kiện cách điện, dây bọc gồm có dây bọc đơn cáp vặn xoắn Đường dây hạ áp 0,4 KV treo ba dây pha, dây trung tính, có thêm dây pha dùng cho chiếu sáng Đường dây Hình 1.1 trung áp treo ba dây pha cột Các đường dây vận hành theo phương thức trung tính cách đất đường dây 35KV trở lại đường dây 22KV trung tính trực tiếp nối đất cấp điện áp 110KV trở lên Hiện truyền tải điện đường dây không phương pháp thông dụng hiệu nhất, chi phí thấp, thuận tiện thi cơng vận hành, dễ sữa chữa, công nghệ chế tạo vật liệu cho đường dây đơn giản…… SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Hình 1.1.Đường dây cao Trang: Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không 1.2 Một số khái niệm đường dây không 1.2.1 Cấu tạo chung Đường dây khơng bao gồm dãy cột điện, có xà dây dẫn treo vào xà qua sứ cách điện Cột điện chôn xuống đất móng vững chắc, làm nhiệm vụ đỡ dây cao so với mặt đất, gọi đường dây khơng Trên cột cịn treo dây chống sét để sét không đánh trực tiếp vào dây dẫn Đường dây 110kV trở lên treo toàn tuyến, đường dây trung áp treo khoảng 1-2 km từ trạm trở Ngồi cịn có thiết bị khố néo, khố đỡ, tạ chống rung… Hình 1.2 Một số phụ kiện đường dây không SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không Dây dẫn (cũng dây chống sét ) cố định cách điện cột Điểm mắc dây vào cách điện gọi điểm treo dây f cs:Độ võng dây chống sét cột vượt f d:Độ võng dây dẫn CN dây chống sét CN móng dây dẫn(dây pha) CĐ CĐ CĐ CN khoảng cột l khoảng cách đến đất khoảng cột néo đường dây cần vượt khoảng néo CN CĐ khoảng cột vượt CN: Cột néo CĐ: Cột đỡ Hình 1.3 Mơ hình đường dây khơng Khoảng cách hai điểm treo dây kề gọi khoảng cột (đó khoảng cách hai cột liên tiếp ) Trên đường dây, dây dẫn buộc chặt vào cách điện vị trí gọi cột néo Giữa hai cột néo liên tiếp cột trung gian Khoảng cách hai cột néo liên tiếp gọi khoảng néo Khoảng néo bao gồm nhiều khoảng cột thường Điểm dây thấp gọi điểm võng Khi độ treo dây hai bên nhau, khoảng cách từ độ cao treo dây đến điểm võng gọi độ võng f Khi đường dây vượt qua chướng ngại đường dây điện, đường dây thơng tin hay sơng rộng ta có khoảng vượt Khoảng vượt có nhiều khoảng cột 1.2.2 Dây dẫn Dùng để dẫn điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ a) Vật liệu Dây dẫn điện làm : - Đồng – M : chủ yếu dùng cho trường hợp đặc biệt dây qua vùng nước biển, khu vực nhà máy hố chất - Nhơm – A : dùng cho mạng hạ áp đường dây cáp ngầm SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không Bảng 1.1 Dây nhơm F định mức Tiết diện thực tế Đường kính Trọng lượng Ứng suất phá hoại (mm2) (mm2) d (mm) riêng(kG/km) σgh(mm2) A16 15.9 5.1 0.043 17.2 A25 24.9 6.4 0.068 16.5 A35 34.3 7.5 0.094 16.4 A50 49.5 9.0 0.135 15.7 A70 69.2 10.7 0.189 14.6 A95 92.3 12.3 0.252 14.1 A120 117.0 14.0 0.321 16.8 Nhơm có lõi thép – AC, ACO, AAAC, ACSR Khi tính tốn dây AC F tiết diện thực tế F = FAl + FFe, với FAl tiết diện phần nhôm, FFe tiết diện phần sắt Một số dây AC có tiết diện phần nhơm phần thép khác AC150/19, AC150/24, AC150/34, tính tốn có tiết diện thực tế F Tiết diện phần thép tăng lên tăng giá thành dây dẫn, cấu trúc cột phức tạp Bảng 1.2 Dây nhôm lõi thép Ứng Tiết diện định mức (mm2) Tỷ lệ Loại Dây Nhơm Thép FA/FC Tổng Đường Đường Trọng suất phá kính kính lõi lượng hoại dây thép riêng, σgh (mm) (mm) (kG/m) (mm2) AC-10/1.8 10.60 1.77 12.37 5.99 4.5 1.5 0.043 33 AC-16/2.7 16.10 2.69 18.79 5.99 5.6 1.9 0.065 33.1 AC-25/4,2 24.90 4.15 29.05 6.00 6.9 2.3 0.100 32 AC-35/6,2 36.90 6.15 43.05 6.00 8.4 2.8 0.148 31.4 AC-50/8 48.20 8.04 56.24 6.00 9.6 3.2 0.195 29.6 AC-70/11 68.00 11.30 79.30 6.02 11.4 3.8 0.276 29.6 AC-70/72 - - - 0.97 15.4 - 0.755 34.7 AC-95/16 95.40 15.90 111.30 6.00 13.5 4.5 0.385 29.1 AC-120/19 118.00 18.80 136.80 6.28 15.2 5.5 0.471 30.4 AC-150/24 149.00 24.20 173.20 6.16 17.1 6.3 0.559 30.2 AC-185/29 181.25 29.07 210.32 6.24 18.8 6.9 0.726 28.4 SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không AC-240/39 235.94 38.59 274.53 6.11 21.6 8.0 0.952 28.6 AC-300/39 301.00 38.60 339.60 7.80 - - 1.132 26.3 AC-300/48 294.72 47.82 342.54 6.16 24.1 8.9 1.186 28.5 AC-300/66 288.00 65.80 353.80 4.38 - - 1.313 34.5 AC-300/204 298.00 204.0 502.00 1.46 - - 2.428 54.6 AC-400/64 390.00 63.50 453.50 6.14 27.7 10.2 1.572 27.6 - Thép – ΠC , TK : dùng làm dây chống sét, nơi có mật độ phụ tải thấp dùng làm dây dẫn Bảng 1.3 Dây thép Ứng suất phá F định mức Tiết diện thực tế Đường kính Trọng lượng (mm2) (mm2) d (mm) riêng(kG/km) 25 24.6 5.6 194.3 62 35 37.2 7.8 295.7 62 50 49.8 9.7 396.0 62 70 78.9 11.5 631.6 62 95 94 12.6 754.8 62 hoại σgh(mm2) Dây ПC Dây thép TK ПC Lựckéo đứt,DaN 34TK 33.82 7.6 0.291 4255 39TK 38.46 8.1 0.330 4840 43TK 43.30 8.6 0.373 5465 50TK 48.64 9.1 0.418 6120 60TK 60.01 10.0 0.515 7560 70TK 72.56 11.0 0.623 7830 Dây chống sét làm thép hay nhôm lõi thép b) Cấu tạo - Dây đơn có sợi nhất,(Hình 1.4 a) thường dây thép có đường kính 4mm dùng cho đường dây hạ áp Nếu đường dây vào nhà cho phép đường kính 3mm - Dây vặn xoắn đồng : nhiều sợ nhỏ vặn xoắn lại với nhau, dây vặn xoắn dây đồng nhơm hay thép.(Hình 1.4.b) SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không - Dây vặn xoắn nhôm lõi thép : để tăng độ bền người ta làm thêm lõi thép giữa, sơi nhôm bên ngồi .(Hình 1.4.c) - 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 - Dây rỗng dùng trạm biến áp 220 kV trở lên.(Hình 1.4.d) Hình 1.4 Mặt cắt ngang số loại dây dẫn Hình 1.5 Một số hình ảnh thực tế 1.2.3 Cột,khái niệm phân loại a) Phân loại theo vật liệu làm cột Cột bê tông li tâm Cột bê tông ly tâm sản xuất theo tiêu chuẩn TCVN 5846-1994 SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không Bảng 1.4 TCVN 5846-1994 qui định kết cấu kích thước loại cột điện bêtông cốt thép li tâm Ký hiệu cột Chiều dài cột ( m) Đường kính ngồi đáy cột (mm) 10A 10B 10 323 12 350 14 377 16 403 18 430 20 456 10C 12A 12B 12C 14A 14B 14C 16B 16C 18B 18C 20B 20C 20D Kết cấu cột : - Cột có hai mặt trịn với độ côn 1.33 ±0.07 - Theo chiều dài, cột bê tông ly tâm phân làm hai loại : + Loại đúc liền dùng cho cột có chiều dài 14m + Loại đúc nối hai đoạn bích măng xơng, dùng cho cột có chiều cao 14m.Mỗi đoạn cột coi cột, tuân thủ theo qui định, tiêu chuẩn cột Cột bê tông ly tâm tiền áp (BTTA) : Để nâng cao tuổi thọ cột lực chịu cần sử dụng cột BTLT dự ứng lực (tiền áp) -Vật liệu sản xuất cột bê tông dự ứng lực : +Bê tông : cột bê tông dự ứng lực mác bê tông từ M400 đến M500 Vữa dùng để lấp kín khe thi cơng, mối nối cấu kiện lắp ghép làm lớp bảo vệ cốt SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: Chương 1: Tổng quan đường dây tải điện không thép, bảo vệ néo thép, phải có mác từ M200 trở lên Vữa dùng bơm vào ống rãnh thép phải có mác khơng M300 phải dễ chảy, bị co ngót +Cốt thép : Cột BTTA dùng cốt thép cường độ cao (Ra = 4500kg/cm2) - Bố trí cốt thép cấu kiện : Tại đầu cột cần phải đặt lưới thép để chống ứng suất cục phát sinh Trong cột BTCT dự ứng lực cần phải lưu ý bố trí khoảng cốt thép lớp bê tơng bảo vệ thép -Đặc tính cột bê tông dự ứng lực : Cột bê tông dự ứng lực có khả chống nứt cao Từ làm tăng độ cứng, vươn nhịp lớn chống thấp tốt Dùng cột BTCT dự ứng lực không xuất khe nứt bê tông hạn chế phát triển chiều rộng khe nứt chịu tải trọng sử dụng Cột bê tông dự ứng lực tiết kiệm thép việc sử dụng thép cường độ cao Cột bê tơng dự ứng lực nhờ có tính chống nứt độ cứng tốt nên tính chống mỏi kết cấu nâng cao làm việc với tải trọng lặp lại Sở dĩ giảm chênh lệch tương đối ứng suất cực đại cực tiểu cốt thép Vì cột bê tông dự ứng lực dài cần phải lắp ghép thành hai giai đoạn cách nối tốt đoạn riêng lẻ Cột bê tông cốt thép vuông (BTCT) : Cột BTCT vuông sản xuất sử dụng địa phương, xưởng nhỏ, sản phẩm kèm theo nhà máy bê tông lớn sản xuất công trường xây dựng đường dây Phạm vi sử dụng cột BTV ngày thu hẹp thông số kỹ thuật, chất lượng mỹ thuật công nghiệp không phù hợp Chỉ sử dụng cho xây dựng số đường dây phân phối điện 22kV nhánh rẽ, tuyến ngắn, cung cấp điện tạm vốn đầu tư hạn chế đường dây hạ áp Cột gỗ : Gồm cột tiêu chuẩn cột phi tiêu chuẩn -Cột tiêu chuẩn : Cột gỗ tiêu chuẩn cột gỗ tẩm dầu xử lý lý hoá để đảm bảo chống mọt, chịu tác động môi trường, cho phép cột làm việc 10-20 năm -Cột gỗ phi tiêu chuẩn : SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB việc tính tốn khí đường dây Sau thiết kế xong ta lưu lại Lúc MATLAB tự động tạo file *.fig dùng lưu giao diện vừa tạo file *.m chưa mã lệnh cần thực Việc cuối viết mã lện vào file *.m Trong q trình thiết kế ta chạy thử xem sau bước thiết kế đạt yêu cầu chưa cách bấm vào ô chạy thử 4.1.2 Đồ họa MATLAB Hàm Plot - Vẽ điểm đường mặt phẳng (2D) Phần lớn câu lệnh để vẽ đồ thị mặt phẳng lệnh plot Lệnh plot vẽ đồ thị mảng liệu hệ trục thích hợp nối điểm đường thẳng Ví dụ: >>x=linspace(0,2*pi,30); >> y=sin(x); >> plot(x,y) Lệnh plot mở cửa sổ đồ họa gọi cửa sổ figure: Hình 4.2 Trong cửa sổ tạo độ chia phù hợp với liệu, vẽ đồ thị qua điểm, đồ thị tạo thành việc nối điểm đường nét liền Có thể vẽ nhiều đồ thị hình vẽ cách đưa thêm vào plot cặp đối số, plot tự động vẽ đồ thị thứ hai màu khác hình Nhiều đường cong vẽ lúc cung cấp đủ cặp đối số cho lệnh plot 4.2 Ứng dụng MATLAB để giải số tốn khí đường dây Thuật tốn chung cho chương trình: SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: 84 Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB việc tính tốn khí đường dây BEGIN Nhập số liệu Các tải trọng học Khoảng cột tới hạn Khoảng cột tính tốn Chọn trạng thái xuất phát Chọn trạng thái tới Giải phương trình trạng thái Ứng suất Độ võng σ f So sánh vơi lk Vẽ đường cong căng dây mẫu SABLON Chia cột SABLON Kiểm tra lại END Hình 4.3 SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: 85 Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB việc tính tốn khí đường dây 4.2.1 Tính tải trọng học, khoảng cột tới hạn Các lệnh dạng m.file function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) close tinhtoansobo trangchu function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) k=get(handles.k,'string'); switch get(handles.u,'Value') case u=110 case u=22 case u=35 case u=220 case u=500 otherwise end switch get(handles.day,'Value') case f=210;d=18.8;a=0.0000192;e=8250;g=28.4;c=1.2;p=0.728; case f=12.37;d=4.5;a=0.0000192;e=8250;g=33;c=1.2;p=0.043; case f=18.79;d=5.6;a=0.0000192;e=8250;g=33.1;c=1.2;p=0.065; case f=29.05;d=6.9;a=0.0000192;e=8250;g=32;c=1.2;p=0.100; case f=43.05;d=8.4;a=0.0000192;e=8250;g=31.4;c=1.2;p=0.148; case f=56.24;d=9.6;a=0.0000192;e=8250;g=29.6;c=1.2;p=0.195; case f=79.30;d=11.4;a=0.0000192;e=8250;g=29.6;c=1.2;p=0.276; case f=80.50;d=15.4;a=0.0000145;e=13400;g=34.7;c=1.2;p=0.755; case f=111.30;d=13.5;a=0.0000198;e=8250;g=29.1;c=1.2;p=0.385; case 10 f=136.80;d=15.2;a=0.0000192;e=8250;g=30.4;c=1.2;p=0.471; case 11 f=173.20;d=17.1;a=0.0000192;e=8250;g=30.2;c=1.2;p=0.559; case 12 f=274.53;d=21.6;a=0.0000192;e=8250;g=28.6;c=1.1;p=0.952; case 13 f=339.60;d=23.8;a=0.0000192;e=8250;g=26.3;c=1.1;p=1.132; case 14 f=342.54;d=24.1;a=0.0000192;e=8250;g=28.5;c=1.1;p=1.186; case 15 f=353.80;d=25.4;a=0.0000192;e=8250;g=34.5;c=1.1;p=1.313; case 16 f=502.00;d=26.8;a=0.0000198;e=7800;g=54.6;c=1.1;p=2.428; case 17 SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: 86 Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB việc tính tốn khí đường dây f=453.50;d=27.7;a=0.0000198;e=8900;g=27.6;c=1.1;p=1.572; otherwise end switch get(handles.alpha1,'Value') case a1=0.7 case a1=1 case a1=0.85 case a1=0.77 case a1=0.73 case a1=0.71 case a1=0.75 otherwise end switch get(handles.nhietdomax,'Value') case tmax=40 case tmax=5 case tmax=10 case tmax=15 case tmax=20 case tmax=25 case tmax=30 case tmax=35 case tmax=45 otherwise end switch get(handles.nhietdomin,'Value') case tmin=5 case tmin=10 case tmin=15 case tmin=20 case tmin=25 case tmin=30 case tmin=35 SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: 87 Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB việc tính tốn khí đường dây case tmin=40 case tmin=45 otherwise end switch get(handles.nhietdokhibao,'Value') case tbao=25 case tbao=5 case tbao=10 case tbao=15 case tbao=20 case tbao=30 case tbao=35 case tbao=40 case tbao=45 otherwise end switch get(handles.nhietdotb,'Value') case ttb=30 case ttb=5 case ttb=10 case ttb=15 case ttb=20 case ttb=25 case ttb=35 case ttb=40 case ttb=45 otherwise end switch get(handles.tgsudung,'Value') case gama=0.83 case gama=0.61 case gama=0.72 case SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: 88 Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB việc tính tốn khí đường dây gama=0.91 case gama=0.96 otherwise end switch get(handles.aplucgio,'Value') case q0=95 case q0=65 case q0=125 case q0=155 case q0=185 end switch get(handles.ptuscpmax,'Value') case usmax=0.45 case usmax=0.25 case usmax=0.30 case usmax=0.35 case usmax=0.40 case usmax=0.50 otherwise end switch get(handles.ptuscptb,'Value') case ustb=0.30 case ustb=0.25 case ustb=0.35 case ustb=0.40 case ustb=0.45 case ustb=0.50 otherwise end k=str2num(k); gd=p/f; qv=q0*gama*k; gv=a1*c*q0*gama*k*d*0.001; gvb=gv/f; gt=sqrt(gd*gd+gvb*gvb); uscpmax=usmax*g; uscptb=ustb*g; tuso1=a*e*(ttb-tmin)-(uscpmax-uscptb); SVTH: Trần Quyết Thắng Lớp 06D2 Trang: 89 Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB việc tính tốn khí đường dây mauso1=e*(((uscpmax/uscptb)^2)-1)/24; thuong=tuso1/mauso1; l1k=uscpmax*sqrt(thuong)/gd; l2k=uscpmax*sqrt((24*a*(tbao-tmin))/(gt^2-gd^2)); tuso3=24*(uscpmax-uscptb); mauso3=e*(((gt/uscpmax)^2-(gd/uscptb)^2)); thuong3=tuso3/mauso3; l3k=sqrt(tuso3/mauso3); set(handles.gd,'string',num2str(gd)); set(handles.qv,'string',num2str(qv)); set(handles.gvb,'string',num2str(gvb)); set(handles.gt,'string',num2str(gt)); if(thuong