Việc sử dụng mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn đã đem lại lợi ích đáng kể về kinh tế, một trong các lợi ích đó là tiết kiệm được lượng vốn đầu tư khi xây dựng cột, dây dẫn và các phụ kiện khác… Nội dung dưới đây trình bày kết quả tính toán lượng tiết kiệm vốn đầu tư dựa trên các đánh giá về tải trọng cơ giới tác dụng lên cột của mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn và so sánh với mạng điện ba pha thông thường. ...
ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG CƠ GIỚI LÊN CỘT CỦA MẠNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐẤT LÀM DÂY DẪN EVALUATION THE EFFECT OF MECHANICAL LOAD ON ELECTRICAL NETWORK POLES USING GROUND AS A CONDUCTOR TRỊNH TRỌNG CHƯỞNG Đại học Công nghiệp Hà Nội TRẦN QUANG KHÁNH Đại học Điện lực TÓM TẮT Việc sử dụng mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn đem lại lợi ích đáng kể kinh tế, lợi ích tiết kiệm lượng vốn đầu tư xây dựng cột, dây dẫn phụ kiện khác… Nội dung trình bày kết tính tốn lượng tiết kiệm vốn đầu tư dựa đánh giá tải trọng giới tác dụng lên cột mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn so sánh với mạng điện ba pha thông thường ABSTRACT The low additional charge areas gain practical benefits from the use of ground as a conductor, one of which is the economy of capital investment when constructing an electrical network The article discusses the economic and technical effects based on the evaluation of the effect of mechanical load on the pole The research result proves the application of this network is suitable in Vietnam Đặt vấn đề Ở nước ta vào năm 1970 kỷ trước nhiều địa phương thiết kế, vận hành mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn (MĐG) phục vụ nông nghiệp nông thôn với mục đích tiết kiệm vốn đầu tư Tuy nhiên việc vận hành cịn mang tính thử nghiệm, số liệu vận hành không thống kê ghi chép đầy đủ chưa có nhiều nội dung nghiên cứu MĐG nên chưa có sở khoa học khách quan để đánh giá phân tích mặt kỹ thuật mạng điện nước ta Do ý kiến sử dụng phương thức truyền tải điện MĐG phục vụ nơng nghiệp, nơng thơn, vùng có mật độ phụ tải nhỏ nước ta tồn nhiều quan điểm khác Có nhiều phương pháp để đánh giá, phân tích lơi ích MĐG so với mạng điện ba pha thông thường [1], [2] Bài viết trình bày kết đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến khả tải lượng vốn tiết kiệm giảm chi phí cột dựa vào việc tính tốn tải trọng giới tác dụng lên cột MĐG, với mục đích làm rõ thêm ưu điểm mạng điện so với mạng điện ba pha thơng thường xét theo lợi ích kinh tế giảm vốn đầu tư xây lắp điện, tạo sở khoa học để ứng dụng mạng điện cho vùng có mật độ phụ tải nhỏ Nội dung phương pháp Mạng điện trời chịu tác động môi trường xung quanh, ảnh hưởng điều kiện khí hậu, địa lý mạng điện phức tạp Sự phân tích đặc điểm cho phép thiết lập mơ hình tốn học nghiên cứu ảnh hưởng khác điều kiện khí hậu, địa lý thơng số kỹ thuật mạng điện Trong hình biểu diễn ảnh hưởng yếu tố: tốc độ gió, nhiệt độ, độ cao so với mặt biển khả tải đường dây Tính tốn cho loại dây dẫn tiết diện từ AC - 16 đến AC - 120 vùng đồng Bắc Bộ [4] cho thấy tốc độ gió nhiệt độ mơi trường có ảnh hưởng đáng kể đến khả tải (giá trị dòng điện cho phép dây nhôm nhỏ so với giá trị cho sổ tay thiết kế khoảng 0,77 lần), cịn điều kiện địa hình ảnh hưởng đến thơng số kinh tế Khi tốc độ gió tiếp tục tăng, dòng điện cho phép tăng chậm Như với tốc độ gió vừa phải chế độ làm việc mạng điện thuận lợi Khi tốc độ gió lớn, khả truyền tải mạng điện tăng đường dây phải chịu tải trọng học lớn Riêng khu vực có mật độ phụ tải nhỏ, mạng điện thường qua địa hình phức tạp: đồi núi, sơng ngịi…nên đánh giá cụ thể điều kiện mơi trường xung quanh đến dây dẫn, cột, móng…là cần thiết để làm sở khoa học so sánh với mạng điện ba pha thông thường tiêu kinh tế - kỹ thuật Một nội dung quan trọng để đánh giá xác định tải trọng giới tác dung lên cột, chúng định đến lượng vốn đầu tư xây dựng thời gian phục vụ mạng điện Tải trọng giới tác dụng lên cột mạng điện bao gồm tải trọng nằm ngang tải trọng thẳng đứng, tải trọng nằm ngang áp lực gió lên cột, gió lên dây sức căng dây; tải trọng thẳng đứng gồm trọng lượng cột, dây dẫn, xà, sứ tải trọng xây lắp Icp, A 300 200 100 V,m/s 20 Icp, A 10 300 200 100 0C 50 10 60 20 30 40 Icp, A 300 200 100 H, m 800 200 1000 400 600 Hình 1: Sự phụ thuộc thuộc dòng điện cho phép vào yếu tố: a) tốc độ gió; b) nhiệt độ trung bình môi trường xung quanh; c) độ cao so với mặt biển 2.1 Cỏc loi tải trọng giới Qua nghiên cứu trước tác giả, lượng vốn đầu tư tiết kiệm giảm chi phí cột xác định theo nhiều cách [1] Tuy nhiên thực việc tính tốn thiết kế xác định vị trí cột lại phụ thuộc nhiều vào điều kiện địa hình Loại cột chọn phải đảm bảo độ bền suốt thời gian phục vụ Do thiết kế cần phải tính đến khả chịu uốn, chịu xoắn cột Giả thiết cột có chiều cao H (m) dùng thiết kế có khoảng cột l (m), qua vùng có vận tốc gió v (m/s), lúc tải trọng ngang tác dụng lên cột bao gồm áp lực gió tác dụng lên cột, sức căng dây áp lực gió tác dụng lên dây xác định sau: - Áp lực gió tác dụng lên cột có diện tích bề mặt S [3] : 9,81 Pgc k C x v S 10 3 , N 16 đó: k: hệ số khơng đồng gió; (1) Bảng 1: Hệ số khơng đồng gió v (m/s) 20 25 30 ≥35 k 0,85 0,75 0,70 C x : hệ số khí động học gió (cột phẳng: C = 1,5; cột trịn C = 0,7) x x S: diện tích bề mặt cắt ngang cột; S 0,5(b1 b2 ).H k , m (2) với: b1, b2: đường kính đỉnh cột chân cột, m; - Tải trọng gió tác dụng lên dây khoảng vượt là: 9,81 Pgd k C x v d l sin 10 3 16 ,N (3) đó: d: đường kính dây dẫn; φ: góc hướng gió tuyến dây; Ngồi cột cịn chịu lực căng dây dẫn Lực tỷ lệ với tiết diện dây dẫn ứng suất dây: T F , N (4) với: F: tiết diện dây dẫn, mm2 ; : ứng suất dây dẫn, N/mm2 : (Đối với cột trung gian có cố đứt dây, dùng sứ treo sức căng dây giảm 70%; cịn dùng sứ đứng T = 1500 N) [5] 2.2 Mơmen tính tốn tác dụng lên cột Mơmen tính tốn tác dụng lên cột bao gồm: mơmen lật áp lực gió tác dụng lên cột, mơmen lật áp lực gió tác dụng lên dây, mơmen uốn mômen xoắn - Mômen lật áp lực gió tác dụng lên dây dẫn: 9,81 M gd Pgd H k C x v d l.H 10 3 , Nm 16 (5) - Mômen lật gió tác dụng lên cột: 9,81 M gc Pgc hi k C k v S hi 10 3 , Nm 16 (6) hi: chiều cao trọng tâm điểm đặt lực gió H 2b b2 hi k ,m b1 b2 (7) Mômen uốn tổng cộng: M M gd M gc Pgd H Pgc hi (8) với: đó: Mgd: tổng mơmen dây dẫn Mơmen uốn tổng cộng có kể thêm 10% mômen xây lắp [5]: M u 1,1.n d M , Nm với nd: hệ số dự trữ Mômen uốn sức căng dây: M uc T H , Nm Mômen uốn tổng cộng sức căng dây: M uct 1,1.n d T H , Nm (9) Điều kiện bền chống uốn: M u M cu M uct M cu (10) đây: Mcu: mômen chống uốn cột Cịn mơmen xoắn tác dụng lên cột lấy gần mômen uốn xà: X M xc Tsc (11) đây: Tsc: lực căng cố đứt dây phía, N X: chiều dài xà, m Điều kiện bền chống xoắn là: M xtt n d M xc M cx (12) đó: Mxtt: Mơmen xoắn tính tốn, Nm; Mxc: Mơmen chống xoắn cột, Nm 2.3.Tính tốn cột trung gian đường dây (Trong phạm vi viết tác giả đề cập tính tốn cho cột trung gian cột chịu tác dụng gió lớn nhất, thổi vng góc với tuyến dây chế đọ bình thường gây mơmen lật lớn Cịn loại cột khác tính tốn tng t) 3Pgd 1Pgd 2Pgd Pgc Pgc Hình 2: Sơ đồ dây tính toán cột trung gian đường dây ba pha thông thường (Ghi chỳ: 1D + Đ: mạng điện dây không - đất; 2D + Đ: mạng điện dây không - đất ) Pgd 2Pgd Pgc Pgc Hình 3: Sơ đồ dây tính toán cột trung gian đường dây 1D+Đ 2D+Đ Nu s dng ct cú cựng chiu cao, dây dẫn có tiết diện vị trí định mơmen uốn tải trọng giới tác dụng lên cột trung gian đường dây ba pha thơng thường Mutt3f (tính tốn trường hợp dây xà) xác định theo (8): M utt f 1,1.nd M u 1,1.nd (M gd M gc ), Nm 9,81 9,81 k C x v d l.H k 10 3 k C x v S hi 10 3 ), Nm 16 16 9,81 1,1.nd k C x v 10 3 (3.d l.H k S hi ) 16 (13) M utt f 1,1.nd (3 M utt f Thay hi từ (7) vào (13) được: M utt f 1,1.nd 2b b 9,81 k C x v H k 10 3 3.d l S 16 b1 b2 , Nm (14) Tính tốn hồn tồn tương tự với đường dây 1D + Đ 2D + Đ kết sau: Mạng điện 1D + Đ: M utt1D 1,1.n d 2b b2 9,81 k C x v H k 10 3 d l S 16 b1 b2 , Nm (15) Mạng điện 2D + Đ: M ut D 1,1.nd 2b b2 9,81 k C x v H k 10 3 2.d l S 16 b1 b2 , Nm (16) Tiến hành lập tỷ số: M M K utt D K utt1D M utt f M utt f vµ thu được: 2b1 b2 b1 b2 K1 2b b2 3.d l S b1 b2 2.d l S (17) 2b1 b2 b1 b2 K2 2b b2 3.d l S b1 b2 d l S Như ứng với cấp điện áp đường dây, loại cột sử dụng, độ chôn sâu cột…chúng ta dễ dàng xác định giá trị K1 K2 để từ đánh giá tải trọng giới tác dụng lên cột so với mạng điện ba pha thông thường trường hợp khác Ngoài đánh giá tải trọng tác dụng lên cột qua mơmen tính tốn quy lực đầu cột cách lập tỷ số: M Ptt utt , N Hk (18) Từ lập tỷ số K1 K2: K1 Ptt D Ptt f K2 Ptt1D Ptt f Kết tính tốn Bảng 2: Số liệu tính tốn (áp dụng cho cấp điện áp 35 kV 10 kV ) Cấp điện áp (kV) 35 kV 10 kV Khoảng cách T/bình (m) 100 75 Loại cột sử dụng LT14B; LT14C LT12B; LT12C Vật liệu làm xà, kích thước (mm) Sắt góc mạ kẽm L 73.73.7 Sắt góc mạ kẽm L 70.70.7 Kết tính tốn ứng với loại tiết diện dây dẫn khác nhau: K K1 K2 AC 35 AC 50 AC 70 AC 95 AC 120 AC 150 AC 185 M· d©y dÉn Hình 4: Hệ số K1, K2 đường dây 10 kV 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 K1 K 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 K2 AC 35 AC 50 AC 70 AC 95 AC 120 AC 150 AC 185 M· d©y dÉn Hình 5: Hệ số K1, K2 đường dây 35 kV Nhận xét Qua kết tính tốn hình 4, (18) nhận thấy rằng: - Tải trọng giới tác dụng lên cột trung gian đường dây 1D + Đ giảm 24% so với tải trọng giới tác dụng lên cột trung gian đường dây ba pha thông thường.Nếu thay đổi loại cột sử dụng (cột có độ cao lực đầu cột nhỏ cấp) giá trị giảm tối đa 25% lực đầu cột cột cao cấp chịu lực Do khoảng cột, tiết diện đường dây 1D + Đ hồn tồn sử dụng loại cột có độ cao có lực đầu cột nhỏ cấp Riêng cột trung gian mạng điện 2D + Đ tải trọng giới tác dụng lên cột giảm tối đa 20% - Đường dây 1D + Đ không gây mômen uốn trường hợp 4 Kết luận Nội dung trình bày đưa phương pháp đánh giá tải trọng giới tác dụng lên cột cách so sánh mômen uốn tổng cộng tác dụng lên cột MĐG với mạng điện ba pha thông thường Công thức (17) công cụ hữu hiệu để trợ giúp thiết kế xây dựng MĐG Qua [1] kết tính tốn nêu cho thấy khoảng cách truyền tải lớn lượng vốn tiết kiệm nhiều, hay nói cách khác, khu vực có mật độ phụ tải nhỏ nằm xa nguồn việc sử dụng MĐG giải pháp tốt để tiết kiệm chi phí xây dựng lưới điện, góp phần làm giảm giá thành điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Trọng Chưởng, Phạm Văn Hoà, Nghiên cứu đặc điểm mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường Đại học Kỹ thuật, số 55/2006 [2] Trịnh Trọng Chưởng, Phạm Văn Hoà, Khả ứng dụng mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn cho vùng nông thôn xét theo chiều dài giới hạn, Chuyên san Khoa học Công nghệ Điện lực, số 1/2005 [3] M.G Knight, Power system engineering, Thomas Nelson, Australia, 1991 [4] Trần Quang Khánh, Budzco I.A, Lesinskaia T B, Ảnh hưởng yếu tố khí hậu tự nhiên đến thơng số cấu trúc kinh tế lưới điện nông nghiệp, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Nơng nghiệp, số 307, Hà Nội, 3/1988 [5] Nguyễn Văn Sắc, Nguyễn Ngọc Kính, Mạng điện nơng nghiệp, Nhà Xuất Giáo dục, Hà Nội, 1999 ... đánh giá xác định tải trọng giới tác dung lên cột, chúng định đến lượng vốn đầu tư xây dựng thời gian phục vụ mạng điện Tải trọng giới tác dụng lên cột mạng điện bao gồm tải trọng nằm ngang tải trọng. .. S Như ứng với cấp điện áp đường dây, loại cột sử dụng, độ chôn sâu cột? ??chúng ta dễ dàng xác định giá trị K1 K2 để từ đánh giá tải trọng giới tác dụng lên cột so với mạng điện ba pha thơng thường... nằm ngang tải trọng thẳng đứng, tải trọng nằm ngang áp lực gió lên cột, gió lên dây sức căng dây; tải trọng thẳng đứng gồm trọng lượng cột, dây dẫn, xà, sứ tải trọng xây lắp Icp, A 300 200 100