Bài giảng Cơ khí đường dây

Các đƣờng dây trên địa bàn hở và bằng phẳng dễ bị rung hơn là trên địa bàn bị che chắn. Sự rung dây xảy ra khi khoảng cột từ 120m trở lên và đặc biệt nguy hiểm ở các khoảng cột lớn tr[r]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT HƢNG YÊN

BÀI GIẢNG

CƠ KHÍ ĐƢỜNG DÂY

MỤC LỤC

MỤC LỤC

CHƢƠNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƢỜNG DÂY TRÊN KHƠNG

1.1 Đƣờng dây khơng

1.1.1 Cấu tạo chung

1.1.2 Dây dẫn

1.1.3 Cột 10

1.1.4 Sứ cách điện phụ kiện 14

1.1.5 Thiết bị chống rung 18

1.1.6 Thiết bị chống điện áp 18

1.1.7 Thông số đặc trƣng đƣờng dây không 19

1.2 Các trạng thái làm việc đƣờng dây khơng 20

1.2.1 Trạng thái bình thƣờng 20

1.2.2 Trạng thái cố 22

1.3 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật thiết kế đƣờng dây không 23

1.3.1 Yêu cầu kỹ thuật 23

1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật 24

1.4 Các tiêu chuẩn thiết kế cho đƣờng dây không (ĐDK) 1kV (dƣới 1kV xem QPTBĐ) 24

1.4.1 Khoảng cách an toàn ĐDK với đất cơng trình lân cận 25

1.4.2 Khoảng cách an toàn nhỏ dây pha với với dây chống sét 28

1.4.4 Khoảng cách nhỏ pha cột 30

1.4.5 Tiết diện dây tối thiểu (mm2) cho đƣờng dây (bảng 1.11) 30

1.4.6 Ứng suất cho phép 31

1.5 Tải trọng học đƣờng dây không 32

1.5.1 Tải trọng học trọng lƣợng dây 32

1.5.2 Tải trọng gió 32

1.5.3 Tỷ tải tổng hợp gT góc i tải trọng tổng hợp mặt thẳng đứng 35

CHƢƠNG TÍNH TỐN ĐƢỜNG DÂY TRÊN KHƠNG 37

2.1 Phƣơng trình dây dẫn treo hai điểm có độ cao 37

2.2 Tính tốn độ dài, độ võng, độ cao, ứng suất lực căng dây dẫn 42

2.2.1 Tính theo hàm dây xích 42

2.2.2 Tính theo hàm parabol 45

2.3 Phƣơng trình căng dây trƣờng hợp hai điểm treo dây không độ cao 46

2.3.1 Khoảng cột tƣơng đƣơng 46

2.3.2 Khoảng cách tới đất điểm khoảng cột 50

2.3.3 Lực căng điểm treo dây 52

CHƢƠNG PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI VÀ KHOẢNG CỘT TỚI HẠN 55

3.1 Phƣơng trình trạng thái dây dẫn 55

3.2.1 Khái niệm chung 59

3.2.2 Khoảng cột tới hạn l2K 60

3.2.3 Khoảng cột tới hạn l1K l3K 64

3.2.4 Tính tốn dây AC 69

CHƢƠNG ĐƢỜNG DÂY TRÊN KHÔNG TRONG VẬN HÀNH 76

4.1 Chế độ làm việc bình thƣờng 76

4.1.1 Sự lệch chuỗi sứ đỡ - Khoảng cột đại biểu 76

4.1.2 Sự lệch dây dẫn chuỗi sứ đỡ gió 79

4.1.3 Độ lệch chuỗi sứ cột đỡ góc 81

4.1.4 Ảnh hƣởng chuỗi sứ đến độ võng dây dẫn 84

4.2 Chế độ cố 85

4.2.1 Quan hệ lực kéo dây chuyển dịch ngang 85

4.2.3 Trƣờng hợp đứt dây khoảng cột thứ ba 88

4.3 Quan hệ điện áp đƣờng dây 90

4.3.1 Điện áp cảm ứng mạch đƣờng dây hai mạch đƣờng dây 90

4.3.2 Ảnh hƣởng đƣờng dây điện lực đến đƣờng dây thông tin 99

CHƢƠNG TRÌNH TỰ THIẾT KẾ ĐƢỜNG DÂY 104

PHỤ LỤC 105

1.10b Khoảng cách nhỏ pha cột 109

MỞ ĐẦU

Cơ khí đƣờng dây môn học quan trọng sinh viên chuyên ngành hệ thống cung cấp điện, tài liệu quan trọng cho cán kỹ thuật thi cơng cơng trình điện Nhằm mục đích cung cấp cho bạn đọc kiến thức tình tốn, vận hành thi cơng đƣờng dây tải điện, ý đến tỉ mỉ, dễ đọc, dễ hiểu dễ vận dụng

Giáo trình đƣợc chia làm chƣơng:

Chƣơng 1: Khái niệm chung đƣờng dây khơng

Chƣơng 2: Tính tốn đƣờng dây khơng

Chƣơng 3: Phƣơng trình trạng thái khoảng cột tới hạn Chƣơng 4: Đƣờng dây khơng vận hành

Chƣơng 5: Trình tự thiết kế đƣờng dây

Trong giáo trình trình bày lý thuyết lý đƣờng dây không, phƣơng pháp thiết kế đƣờng dây Các thông số tiêu chuẩn thiết kế tài liệu đủ để bạn đọc làm tập tính tốn thiết kế đƣờng dây, phục vụ sản xuất Đồng thời bạn đọc phải áp dụng quy phạm tiêu chuẩn quốc gia tiêu chuẩn ngành điện hành

CHƢƠNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƢỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 1.1 Đƣờng dây không

1.1.1 Cấu tạo chung

Trên hình 1.1 sơ đồ đƣờng dây không Đƣờng dây không bao gồm dãy cột điện, có xà dây dẫn đƣợc treo vào xà qua sứ cách điện Cột điện đƣợc chơn xuống đất móng vững chắc, làm nhiệm vụ đỡ dây cao so với mặt đất, gọi đƣờng dây khơng Trên cột cịn treo dây chống sét để sét không đánh trực tiếp vào dây dẫn

Hình 1.1 Cấu tạo đƣờng dây khơng

Trên cột đơn đƣờng dây 6kV trở lên có treo dây pha, cột kép treo dây pha cho lộ song song Trên hình 1.1 vẽ dây pha dây thứ nằm mặt phẳng với dây dƣới

Cũng có loại cột treo pha, đƣờng dây cần có cột loại này, cột néo góc đƣờng dây 500kV

Đƣờng dây hạ áp treo hay dây cho pha, trung tính dây pha cho chiếu sáng Đƣờng dây trung áp có dây trung tính treo dây cột, dây pha dây trung tính Trên cột có treo đƣờng dây điện áp khác nhƣ trung áp hạ áp

Ngƣời ta quan tâm đến dây pha dƣới Dây pha dƣới hay dây thấp dùng để xác định khoảng cách an toàn dây dẫn với đất Dây pha để xác định khoảng cách an toàn đến dây chống sét

Khoảng cách điểm treo dây cột kề gọi khoảng cột, khoảng cột có độ dài ký hiệu l(m), gọi tắt khoảng cột Nếu cột kề cột néo gọi khoảng cột néo

Khoảng cột néo gồm nhiều cột đỡ liên tiếp gọi khoảng néo, khoảng néo bao gồm nhiều khoảng cột thƣờng

Khi đƣờng dây vƣợt qua chƣớng ngại nhƣ đƣờng dây điện, đƣờng dây thông tin ta có khoảng vƣợt, khoảng vƣợt có nhiều khoảng cột

Các cột có thiết bị nối đất chống sét ống 1.1.2 Dây dẫn

a Vật liệu

dây dẫn điện đƣợc làm bằng: - đồng - M

- nhơm - A

- Nhơm có lõi thép - AC - thép - ПC, TK

Các ký hiệu ký hiệu Nga quen dùng VN, ký hiệu số liệu nƣớc khác tra catalog tài liệu [17]

Dây chống sét làm thép hay nhôm lõi thép b Cấu tạo

Có loại dây sau (hình 1.2):

- Dây đơn có sợi (hình 1.2a): thƣờng dây thép có đƣờng kính 4mm dùng cho đƣờng dây hạ áp Nếu dây dẫn vào nhà cho phép đƣờng kính 3mm Đƣờng kính nhỏ q không đủ độ bền, lớn dễ bị uốn gãy Cịn có dây lƣỡng kim tiết diện 10mm2 Dây có lõi thép phủ đồng ngồi lƣợng đồng chiếm 45 đến 50 % khối lƣợng dây

- Dây vặn xoắn đồng nhất: nhiều sợi nhỏ vặn xoắn lại với (hình 1.2b), dây vặn xoắn dây đồng nhôm hay thép

- Dây vặn xoằn nhơm lõi thép (hình1.2c), để tăng độ bền ngƣời ta làm thêm lõi thép giữa, sợi nhơm bên ngồi

- Dây vặn xoắn nhơm lõi thép có thêm sợi phụ chất cách điện đê tăng bán kính dùng cho điện áp 220kV trở lên (hình1.2d)

Hình 1.2 Các loại dây dẫn

Hình 1.3 Cấu tạo loại dây dẫn

c Dây thép vặn xoắn ПC, TK: dùng khoảng vƣợt lớn nhƣ sông rộng hay thung lũng rộng làm dây chống sét (bảng 1.1):

Bảng 1.1 Dây thép F định mức (mm2

) Tiết diện thực tế (mm2)

Đƣờng kính (mm)

Trọng lƣợng riêng (kg/km)

Ứng suất phá hoại σgh (DaN/mm2) Dây ПC 25 35 50 70 95 24,6 37,2 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 ПC

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

Bảng 1.2 Dây nhôm Tiết diện định mức

Fđm(mm2)

Tiết diện thực tế F (mm2)

Đƣờng kính d (mm)

Trọng lƣợng riêng (kg/km)

Ứng suất phá hoại σgh (DaN/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 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

Cịn có loại dây nhơm hợp kim cho độ bền cao nhiều nhƣng dẫn điện hơn: - Nga: Dây AH AҖ

Bảng 1.3 Dây nhôm lõi thép Tiết diện định

mức, mm2 (nhôm/thép) Tỷ lệ FA/FC Tiết diện phần nhôm FA mm2

Tiết diện phần nhôm FC mm2

Đƣờng kính dây,mm Đƣờng kính lói thép, mm Trọng lƣợng riêng (kg/km) Ứng suất phá hoại σgh (DaN/mm2)

AC10/1,8 AC16/2,7 AC25/4,2 AC35/6,2 AC50/8 AC70/11 AC95/16 AC120/19 AC150/24 AC185/29 AC240/39 AC300/48 AC400/64 AC70/72 AC300/39 ACY300/66 ACY300/204 5,98 5,99 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,28 6,16 6,24 6,11 6,17 6,14 0,972 7,81 3,39 1,46 10,6 16,1 24,9 36,9 48,2 68,0 95,4 118,0 149,0 181,0 236,0 295,0 390,0 - 301 288 298 1,77 2,69 4,15 6,16 8,04 11,3 15,9 18,8 24,2 29,0 38,6 47,8 63,5 - 38,6 65,8 204 4,5 5,6 6,9 8,4 9,6 11,4 13,5 15,2 17,1 18,8 21,6 24,1 27,7 15,4 - - - 1,5 1,9 2,3 2,8 3,2 3,8 4,5 5,5 6,3 6,9 8,0 8,9 10,2 - - - - 0,043 0,065 0,100 0,148 0,195 0,276 0,385 0,471 0,559 0,728 0,952 1,186 1,572 0,755 1,132 1,313 2,428 33 33,1 32 31,4 29,6 29,6 29,1 30,1 30,2 28,4 28,6 28,5 27,6 34,7 26,3 34,5 54,6 Cịn có loại dây khác nhƣ sau:

ACK: Dây nhôm lõi thép chống ăn mòn,lõi thép đƣợc bọc hai lớp màng nhựa polyetylen

ACKC: Dây nhôm lõi thép chống ăn mịn, phủ mỡ trung tính chịu nhiệt phần thép AKII: Dây nhơm chống ăn mịn, phủ mỡ phần nhôm thép

ACKII: Dây nhôm lõi thép chống ăn mòn,dùng thay dây đồng Trên đƣờng dây 220 ÷ 500 KV hay dùng loại:

ACKII 300/39, 330/43, 400/51, 500/64;

ACY: Dây nhôm lõi thép tăng cƣờng phần thép FA/FC =1,46 ÷ 4,39; ACO: Dây nhôm lõi thép tăng cƣờng phần nhôm FA/FC =7,71 ÷8,04;

AACSR: Dây nhôm lõi thép Tây Âu, dây hợp kim nhơm có khả chịu kéo cao gấp hai lần dây nhôm

Dây chống sét dùng loại:

- Dây thép vặn xoắn TK;

- Dây nhôm lõi thép ACKII 70/72, 95/146; - Dây nhôm lõi thép Tây Âu ACSR 80/47 1.1.3 Cột

Cột điện làm gỗ, bê tông cốt thép hay thép Cột điện gồm có:

- Cột néo néo góc: Cột néo để giữ đầu dây nối vào cột qua chuỗi sứ néo;cột néo góc dùng đƣờng dây đổi hƣớng;

- Cột đỡ đỡ góc: Làm nhiệm vụ đỡ dây dẫn nối vào cột qua chuỗi sứ đỡ Cột đỡ chia cột đỡ thẳng cột đỡ góc Khi đƣờng dây đổi hƣớng, góc đổi hƣớng từ 10 đến 20º dùng cột đỡ góc, góc lớn dùng cột néo góc Nếu dùng cột đỡ góc thƣờng treo thêm tạ cân để chuỗi sứ không bị lệch

- Cột cuối đầu cuối đƣờng dây

- Cột vƣợt: Là cột cao cao sử dụng đƣờng dây qua chƣớng ngại cao rộng nhƣ: Đƣờng dây điện, đƣờng dây thông tin, sơng rộng Cột vƣợt cột néo hay đỡ

-Cịn có cột dùng để chuyển vị trí dây pha(cột đảo pha) cột để nối nhánh rẽ (cột rẽ) Cũng có cột đặc biệt đặt dao cách ly, tụ bù

Hình 1.4 Cột bê tơng cốt thép

Trên hình 1.6 loại cột bê tông cốt thép Trên sơ đồ a cột đỡ 10kV, sơ đồ b cột néo 10kV, sơ đồ c cột đỡ 110kV, sơ đồ d cột đỡ 220kV, sơ đồ e cột đỡ 500kV hai mạch, sơ đồ f cột néo góc 110kV

Trên hình 1.7 cột thép Sơ đồ a cột đỡ mạch 110kV, sơ đồ b cột đỡ mạch 110kV, sơ đồ c cột néo góc 110kV, sơ đồ d cột đỡ 220kV, sơ đồ e cột đỡ 500kV, sơ đồ f cột néo góc 500kV

Hình dáng cấu trúc cột thép bê tông cốt thép thực tế phong phú, đƣa làm ví dụ Kích thƣớc quan trọng cột là: độ cao tổng, độ cao từ xà thấp đến đất, khoảng cách xà, kích thƣớc xà, độ rộng cột

Hình 1.7 Các loại cột điện

Trên hình 1.8 loại móng: Sơ đồ a móng ngun khối, sơ đồ b móng hình nấm, sơ đồ c móng kiểu cọc

Hình 1.8 Các loại móng cột

a Khoảng cột tính tốn ltt: khoảng cách dài hai cột kề đƣờng dây mặt đất phẳng, thỏa mãn điều kiện:

1- Khoảng cách an toàn tới đất dây thấp trạng thái nóng vừa khoảng cách yêu cầu quy phạm

2- Ứng suất xảy trạng thái làm việc lạnh nhất, bão nhiệt độ trung bình năm phải nhỏ ứng suất cho phép trạng thái

Mỗi kiểu cột có giá trị ltt Cách tính khoảng cột tính tốn trình bày mục 1.8

b Khoảng cột trọng lƣợng: Là chiều dài đoạn dây hai bên khoảng cột mà trọng lƣợng tác động lên cột Mỗi loại cột đƣợc tính tốn cho khoảng cột trọng lƣợng tiêu chuẩn lTLTC = 1,25 ltt

c Khoảng cột gió: Là chiều dai đoạn dây hai bên cột mà áp lực gió lên đoạn dây tác động lên cột

Khoảng cột trọng lƣợng khoảng cột gió đại lƣợng quan trọng để kiểm tra cột chia cột

- Các lực kéo quan trọng tác động lên cột chia cột phải tính kiểm tra 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 hòa phân bố điện chuỗi sứ

Dây dẫn đƣợc gắn vào chuỗi sứ nhờ kẹp dây

Một số loại sứ cách điện treo thủy tinh Nga nƣớc khác cho bảng 1.4 Bảng 1.4 Sứ treo

Loại sứ Kích thƣớc, mm Lực kéo

phá hoại daN.103

Hiều dài đƣờng dò

điện, cm

Trọng lƣợng, kG

Cao Đƣờng

kính ngồi

Đƣờng kính ty sứ

C-120A 146 260 16 12 34 5,41

C-120Б 146 255 16 12 32 4,43

CБ-120A 146 300 16 12 41 7,02

C-70Д 127-146 255 16 30,3 3,49-3,56

CГ-70A 127 270 16 41 5,2(CP)

C-120B 140-170 280 20 16 37,0 6,58-6,43

CГ-16 166 345 20 16 49,5 11

U70BS(t.â) 127-146 255 16 32,0 3,5

U70N-146/Z(F) 146 255 16,9 32 3,7

U80N-146/Z(F) 146 280 16,9 44,5 5,3

U120BL 170 255 16,9 12 33 -

t.â: Tây Âu, F: Pháp, lại Nga

Bảng Một số loại sứ đứng Nga

Loại sứ ШжБ Kích thƣớc, mm Lực kéo phá

hoại, daN

Trọng lƣợng, kG

Cao Đƣờng kính

Ш-6A 94 126 1400 0,97

Ш-6Б 122 225 1400 3,20

ШжБ-10 122 225 1400 3,20

ШCC-10 110 150 1400 1,35

Ш-35Б 285 310 1500 11,0

ШжБ-35 285 310 1500 11,0

Trên hình 1.9 loại sứ chuỗi sứ: Sơ đồ (a), (b) sứ đỡ 10kV; sơ đồ (c) sứ đỡ 35kV;sơ đồ (d) bát sứ treo;sơ đồ (e) chuỗi sứ đỡ; sơ đồ (f) chuỗi sứ néo, đó: 1: dây dẫn, 2: khóa dây, 3: mắt nối, 4: bát sứ; sơ đồ (g) chuỗi sứ đỡ dây phân pha có thiết bị cân điện

1.1.5 Thiết bị chống rung

Khi gió thổi vng góc dƣới góc vào dây dẫn phía khuất gió sinh dịng khí xốy Hiện tƣợng làm cho tốc độ gió mặt dây phía dƣới (điểm B) nhỏ so với tốc độ điểm A(hình 1.11a),tạo lực đẩy lên Do gió khơng liên tục nên lực đẩy có tần số Khi tần số trùng với tần số dao động riêng dây sinh rung dây trogn mặt phẳng đứng (hình 1.11b)

Khi tốc độ gió đạt 0.6 đến 0.8m/s bắt đầu có tƣợng rung dây Sự rung dây làm dây mỏi dẫn đến đứt chỗ kẹp dây Khi tốc độ gió đạt đến 8m/h biên độ rung nhỏ không nguy hiểm

Hình 1.11 Thiết bị chống rung

Các đƣờng dây địa bàn hở phẳng dễ bị rung địa bàn bị che chắn Sự rung dây xảy khoảng cột từ 120m trở lên đặc biệt nguy hiểm khoảng cột lớn 500m vƣợt sông hay thung lũng Độ nguy hiểm rung dây phụ thuộc vào ứng suất dây,ứng suất lớn rung dây nguy hiểm Do phải hạn chế ứng suất dây trạng thái nhiệt độ trung bình trạng thái hay xảy rung dây

Để chống rung ngƣời ta dùng tạ chống rung (hình 1.11c) treo hai đầu dây khoảng cột

1.1.6 Thiết bị chống điện áp

Để chống điện áp đƣờng dây, ngƣời ta sử dụng biện pháp sau: a) Dùng dây chống sét;

Trên hình 1.12a trình bày cách nối dây chống sét đƣờng dây qua khe hở phóng điện Trên hình 1.12b trình bày cách lắp chống sét ống lên cột điện

Trên hình 1.12c trình bày cách thức nối đất cột Sơ đồ (c1) cho loại móng nguyên khối, sơ đồ (c2) cho móng hình nấm đƣờng nét đứt tin nối thêm điện trở suất đất lớn 1.104Ω/km, sơ đồ (c3) nối đất điện trở suất đất thấp, sơ đồ (c4) cho điện trở suất cao

1.1.7 Thông số đặc trƣng đƣờng dây không

Bảng 1.6 Thông số đặc trƣng đƣờng dây không

Điện áp (kV) Cột Khoảng cột

(m)

Điện áp

(kV) Cột

Khoảng cột (m) 6(10) Bêtông cốt thép 80 ÷ 150 220 Bêtơng

Thép

220 ÷ 300 350 ÷ 450

35 Bêtơng

Thép

200 ÷ 260 220 ÷ 270

500 Bêtơng

Thép

250 ÷ 300 300 ÷ 450

110 Bêtơng

Thép

220 ÷ 270 250 ÷ 350

1.2 Các trạng thái làm việc đƣờng dây không

Đƣờng dây không vận hành trạng thái khác Mỗi trạng thái đƣợc đặc trƣng tập hợp thông số môi trƣờng tình trạng dây dẫn dây chống sét Trạng thái môi trƣờng thời tiết đƣợc cho hai thông số đặc trƣng:

1) Tốc độ gió, hƣớng gió lấy vng góc với chiều dài đƣờng dây xiên 450; 2) Nhiệt độ khơng khí

Các thông số môi trƣờng khác nhƣ độ ô nhiễm không khí, độ nhiễm mặn đƣợc sử dụng để chọn sứ cách điện vật liệu dây dẫn

1.2.1 Trạng thái bình thƣờng

Dây dẫn bình thƣờng + nhiệt độ khơng khí + tốc độ gió

Thơng số nhiệt độ: Theo quy phạm lấy nhiệt độ môi trƣờng xung quanh dây dẫn, có nghĩa tính tốn dây dẫn tình trạng khơng tải điện Chỉ tính toán cột vƣợt đƣờng sắt trƣờng hợp xét thấy cần thiết tính đến nhiệt độ thực dây dẫn dòng điện sinh ra, thường lấy 700

Khi quy định khoảng cách an toàn dây dẫn đến đất (chỗ thấp dây dƣới cùng) phải tính dự phịng cho tình trạng vận hành tải đƣờng dây cố lƣới điện, nhiệt độ dây dẫn cao nên độ võng lớn

Điều kiện thời tiết khu vực địa lý khác khác nhau, thể tốc độ gió