CƠ SỞ LÝ THUYẾT: CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY Cơ lý đường dây I Các tính tốn sở: Để thiết kế cơng trình đường dây, người thiết kế cần phải tính tốn phần bản: + Tính tốn điện đường dây Tính tốn điện đường dây bao gồm như: tính chọn tiết diện dây dẫn, dây chống sét, dây cáp quang; tính chọn số bát cách điện; tính tốn nối đất; tính tốn phân bố cường độ điện trường đường dây + Tính tốn lý đường dây Tính tốn lý đường dây bao gồm như: tính chọn tải trọng cho cách điện phụ kiện đường dây; tính chọn khối lượng tạ bù; tính ứng suất độ võng căng dây; tính khoảng cột gió trọng lượng; tính lực đầu cột; tính chọn khoảng cột sơ bộ; kiểm tra khoảng cách an toàn vượt chui, kiểm tra khoảng dây dẫn, khoảng cách dây dẫn - dây chống sét + Tính tốn xây dựng đường dây Tính tốn xây dựng đường dây bao gồm như: tính kết cấu cột, tính kết cấu móng, tính bulong móng II Một số loại dây thơng dụng lựa chọn để thiết kế: Dây nhôm: Ký hiệu: A+ tiết diện danh định dây (mm2) VD: A-50; A-70; A-90; Dây đồng: Ký hiệu: M+ tiết diện danh định dây (mm2) VD: M-50; M-70; M-90; Dây nhôm lõi thép: Ký hiệu: ACSR+ tiết diện danh định phần nhôm/ thép dây (mm2) VD: ACSR-185/29; ACSR-240/39; ACSR-300/39; ACSR-400/51; Dây hợp kim nhôm: Ký hiệu: AAAC+ tiết diện danh định dây (mm2) Dây hợp kim nhôm lõi thép: Ký hiệu: AACSR+ tiết diện danh định phần hợp kim nhôm/ thép (mm2) Dây hợp thép mạ kẽm: Ký hiệu: GSW+ tiết diện danh định dây (mm2) Cơ lý đường dây VD: GSW-50; GSW-70; GSW-90; Dây chống sét kết hợp với cáp quang: Ký hiệu: OPGW+ tiết diện chịu lực dây (mm2) VD: OPGW-50; OPGW-70; OPGW-90; III Thơng số tính tốn bản: Thông số dây dẫn: + Tỉ tải thân: g1 = Khối 1m dây/ tiết diện dây (daN/m.mm2) Ghi chú: Nếu dây có gắn KĐV cầu cảnh báo tỉ tải dây cộng thêm thêm tỉ tải KĐV cầu cảnh báo + Hệ số giản nở nhiệt: α (1/oC) + Mô đun đàn hồi: E (daN/mm2) + Tiết diện chịu lực: F (mm2) + Đường kính ngồi cùng: d (m) + Lực kéo đứt (giới hạn): Tđứt (daN) + Ứng suất kéo đứt (giới hạn): σ đứt = Tđứt/F (daN/mm2) + Ứng suất cho phép lớn nhất: σ max = σ đứt*k1/100 (daN/mm2) + Ứng suất cho phép trung bình: σ tb = σ đứt*k2/100 (daN/mm2) Trong đó: k1 k2 tính theo % ứng suất kéo đứt loại dây quy định Điều II.5.35 “11 TCN–19–2006” bảng sau: Tiết diện dây dẫn dây chống sét Dây nhơm, mm2: • 16-35 • 50 70 • 95 • ≥ 120 Dây hợp kim nhôm, mm2: • 16-95 • ≥ 120 Dây chống sét thép với tiết diện, mm2 Ứng suất cho phép tính theo % ứng suất kéo đứt dây dẫn dây chống sét Khi nhiệt độ Khi tải trọng lớn nhiệt độ trung bình năm thấp (k1) (k1) 35 40 40 45 25 40 45 30 50 30 Cơ lý đường dây Dây nhôm lõi thép hợp kim nhơm lõi thép, mm2: • 16-25 • 35-95 • ≥ 120 A:C = 6,11÷ 6,25 • ≥ 120 A:C = 4,29ữ 4,39 ã 150 Dõy đồng, mm2 35 40 40 45 45 50 25 30 Thơng số gió: Áp lực gió tiêu chuẩn: Áp lực tiêu chuẩn độ cao Hqđ dùng để tính tốn tải trọng tác dụng lên cột xác đinh theo cơng thức sau: QH = Q0.k Trong đó: + QH [daN/m2]: Áp lực gió tiêu chuẩn độ cao H qđ dùng để tính tốn lý dây tải trọng tác dụng lên cột + Q0 [daN/m2]: Áp lực gió tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 độ cao sở quy định theo vùng gió (xem bảng III-1) Bảng III-1: Giá trị áp lực gió theo TCVN 2737-1995 Vùng gió I II III IV V Q0 (daN/m2) 65 95 125 155 185 Chú ý: Giá trị Q0 bảng giảm 10 daN/m2 vùng gió I.A, giảm 12 daN/m2 vùng gió II.A giảm 15 daN/m2 vùng gió III.A khơng nhỏ 60daN/m ĐDK từ 110kV trở lên (Điều II.5.20 Quy phạm trang bị điện) + k: Hệ số điều chỉnh theo độ cao dạng địa hình theo TCVN 27371995 (xem bảng III-2) Khi k = Q = Q0 gọi áp lực gió tiêu chuẩn độ cao sở; độ cao tính tốn dạng địa hình ứng với k = gọi độ cao sở (VD: bảng III-1 độ cao sở địa hình A 3m địa hình B 10m) Cơ lý đường dây Bảng III-2: Giá trị hệ số điều chỉnh k theo độ cao dạng địa hình Dạng địa hình Độ cao (m) 10 15 20 30 40 50 60 80 100 150 200 250 300 350 ≥ 400 A B C 1,00 1,07 1,18 1,24 1,29 1,37 1,43 1,47 1,51 1,57 1,62 1,72 1,79 1,84 1,84 1,84 1,84 0,80 0,88 1,00 1,08 1,13 1,22 1,28 1,34 1,38 1,45 1,51 1,63 1,71 1,78 1,84 1,84 1,84 0,47 0,54 0,66 0,74 0,80 0,89 0,97 1,03 1,08 1,18 1,25 1,40 1,52 1,62 1,70 1,78 1,84 * Ghi chú: Giá trị hệ số điều chỉnh k bảng nội suy tuyến tính phù hợp với độ cao quy đổi Hqđ dạng địa hình tính tốn + Hqđ [m]: Độ cao quy đổi dây dẫn/ dây chống sét tính tốn thiết kế theo Điều II.5.21 Quy phạm trang bị điện: Hqđ = Htb - f Trong đó: Htb [m]: Là độ cao trung bình mắc dây dẫn/ dây chống sét vào cách điện/ phụ kiện f [m]: Là độ võng dây dẫn/ dây chống sét, quy ước lấy giá trị lớn (khi nhiệt độ cao nhất) Ghi chú: Đối với khoảng néo có nhiều khoảng cột khoảng vượt lớn Hqđ xác định theo Điều II.5.22 Quy phạm trang bị điện: n Hqđ = ∑ n Hqđi*Li / ∑ Li Với: Li n: chiều dài khoảng cột thứ i số khoảng cột 01 khoảng néo Cơ lý đường dây Điều II.5.22 - Quy phạm trang bị điện: Áp lực gió tác động vào dây dẫn dây chống sét khoảng vượt lớn phải xác định theo Điều II.5.20, đồng thời phải tuân theo quy định bổ sung sau: • Đối với khoảng vượt có khoảng cột, độ cao trọng tâm quy đổi dây dẫn dây chống sét tính theo cơng thức: hqd = h1 + h2 − f Trong đó: h1 h2: Độ cao điểm mắc dây vào cột vượt tính từ mặt nước bình thường sơng, ngịi vịnh v.v [m] f : Độ võng lớn dây dẫn, [m] • Đối với khoảng vượt bao gồm nhiều khoảng cột, độ cao trọng tâm quy đổi dây dẫn dây chống sét phải tính chung cho khoảng vượt (giới hạn cột néo hãm), theo công thức: hqd = hqd 1l1 + hqd l + + hqdn l n l1 + l + + l n Trong hqd1 ,hqd2 hqdn độ cao trọng tâm quy đổi khoảng cột l1,l2… ln cấu thành khoảng vượt Nếu khoảng vượt lớn có số khoảng cột kề qua khu vực khơng có nước hđ tính từ mặt đất VD: Theo bảng thống kê “Phân vùng áp lực gió QCVN 022009”, xây dựng cơng trình địa bàn huyện Hàm Tân, tỉnh Bình Thuận có vùng gió tính tốn II.A Tra bảng III-1 ta có Q = 83daN/m2 Nếu chọn dạng địa hình B có độ cao H qđ = 40m để tính tốn QH = 83*1,28 = 106,24daN/m2 Áp lực gió tính tốn: Áp lực gió theo giá trị tính tốn (gọi tắt áp lực gió tính tốn) độ cao Hqđ dùng để tính tốn tải trọng tác dụng lên cột xác đinh theo công thức sau: QHtt = QH.γ n = Q0.k.γ n Trong đó: + QHtt [daN/m2]: Áp lực gió tính tốn độ cao H qđ dùng để tính tốn tải trọng tác dụng lên cột + QH [daN/m2]: Áp lực gió tiêu chuẩn độ cao H qđ dùng để tính tốn tải trọng tác dụng lên cột Cơ lý đường dây + Q0 [daN/m2]: Áp lực gió tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 độ cao sở quy định theo vùng gió + k: Hệ số điều chỉnh theo độ cao Hqđ dạng địa hình theo TCVN 2737-1995 + γ = 1,2: Hệ số độ tin cậy tải trọng gió theo TCVN 2737-1995 + n: Hệ số điều chỉnh tải trọng gió tương ứng với thời gian giả định cơng trình theo TCVN 2737-1995 bảng sau: Thời gian giả định cơng 10 20 30 40 trình (năm) Hệ số điều chỉnh tải trọng gió 0,61 0,72 0,83 0,91 0,96 50 Mặt khác, theo Quy phạm trang bị điện (Điều II.5.20) ĐDK, lấy thời gian sử dụng giả định cơng trình 15 năm ĐDK 35kV trở xuống, 20 năm ĐDK 110kV, 30 năm ĐDK 220kV, 40 năm ĐDK 500kV khoảng vượt lớn Khi đó, xác định giá trị “n” sau: + Đối với ĐDK 35kV trở xuống: n = 0,78 + Đối với ĐDK 110kV: n = 0,83 + Đối với ĐDK 220kV: n = 0,91 + Đối với ĐDK 500kV: n = 0,96 VD: Theo bảng thống kê “Phân vùng áp lực gió QCVN 022009”, xây dựng cơng trình địa bàn huyện Hàm Tân, tỉnh Bình Thuận có vùng gió tính tốn II.A Tra bảng III-1 ta có Q = 83daN/m2 Nếu chọn dạng địa hình B có độ cao H qđ = 40m để tính tốn QHtt = 83*1,28*1,2*0,96 = 122,39daN/m2 Tải trọng gió tiêu chuẩn/ tính tốn Tải trọng gió tác động vào 1m dây dẫn/ dây chống sét, ký hiệu P2dây [daN/m] xác định công thức (xem Điều II.5.25 Quy phạm trang bị điện) sau: P2dây = a.Cx.K1.Q.F.sin2ϕ (1) Trong đó: + P2dây [daN/m]: Tải trọng gió tác động vào 1m dây dẫn/ dây chống sét theo phương nằm ngang vng góc với dây xác định sau: Cơ lý đường dây o Đối với giá trị tiêu chuẩn thay Q = QH vào cơng thức (1) sau: P2dây = a.Cx.K1.QH.F.sin2ϕ o Đối với giá trị tính tốn thay Q = Q Htt vào cơng thức (1) sau: P2dây(tt) = a.Cx.K1.QHtt.F.sin2ϕ + a: Hệ số tính đến khơng áp lực gió khoảng cột có giá trị sau: a = áp lực gió 27daN/m2 a = 0,85 áp lực gió 40daN/m2 a = 0,75 áp lực gió 55daN/m2 a = 0,70 áp lực gió 76daN/m2 lớn Các giá trị trung gian lấy theo phương pháp nội suy + Cx : Hệ số khí động học lấy 1,1 đường kính dây dẫn/ dây chống sét từ 20mm trở lên 1,2 đường kính chúng nhỏ 20mm + Kl : Hệ số quy đổi tính đến ảnh hưởng chiều dài khoảng vượt vào tải trọng gió, 1,2 khoảng cột tới 50m; 1,1 100m; 1,05 150m; 250m lớn (các trị số K l khoảng vượt có chiều dài nằm trị số lấy theo phương pháp nội suy) + Q [daN/m2]: Áp lực gió độ cao Hqđ xác định sau: o Đối với giá trị tiêu chuẩn lấy Q = QH o Đối với giá trị tính tốn lấy Q = QHtt + F [m2]: Tiết diện cản (đón) gió dây dẫn/ dây chống sét + ϕ [độ]: Góc hợp thành hướng gió thổi trục tuyến đường dây Theo Quy phạm, tính tải trọng gió tác động vào dây dẫn/ dây chống sét phải lấy hướng gió 90o 45o với tuyến đường dây Thay vào công thức (1) ta có: • Khi ϕ =90o P2dây(90) = a.Cx.K1.Q.F • Khi ϕ =45o P2dây(45) = a.Cx.K1.Q.F.0,5 = 0,5.P2dây(90) Tỉ tải gió Chế độ tải trọng lớn (Qmax): Cơ lý đường dây + Giá trị tiêu chuẩn (khi Q = QH): g2 = P2dây/F (daN/m.mm2) + Giá trị tính tốn (khi Q = QHtt): g2 = P2dây(tt)/F (daN/m.mm2) Chế độ điện áp khí (Qq) + Giá trị tiêu chuẩn (Q tiêu chuẩn): g2q = P2q/F (daN/m.mm2) + Giá trị tính tốn (Q tính tốn): g2q = P2q(tt)/F (daN/m.mm2) IV Các chế độ tính tốn: Căn vào điều kiện khí hậu khu vực, tiêu chuẩn Việt Nam "Tải trọng tác động, tiêu chuẩn TCVN 2737-95”, "Quy phạm Trang bị điện, tiêu chuẩn 11TCN-19-2006" “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia số liệu tự nhiên sử dụng xây dựng QCVN-02:2009/BXD” Thơng số tính tốn chế độ thể bảng sau: Nhiệt độ Stt Chê độ tính tốn ( 0C ) Khi nhiệt độ khơng khí thấp (tomin) Khi nhiệt độ khơng khí trung bình năm (totb) Khi tải trọng ngồi lớn (Bão) Khi điện áp khí (Giơng) Khi nhiệt độ khơng khí lớn (tomax) Áp lực gió (daN/m2) Tỉ tải dây (daN/m.mm2) Ứng suất (daN/mm2) Trọng Gió Tổng hợp (gT) lượng σ tomin g1 g1 25 σ tb g1 g1 25 Qmax σ bão g1 g2 g12 + g 22 20 Qb=0,1*Qma x ≥ 6,25 σq g1 g2q g12 + g 22q 40 σ tomax g1 g1 Lưu ý: + Các giá trị ứng suất tính toán chế độ (1 3) bảng phải ≤ σ max + Giá trị ứng suất tính tốn chế độ (2) bảng phải ≤ σ tb V Phương trình trạng thái: Trong lý thuyết tính tốn lý đường dây tốn giải phương trình trạng thái khoảng cột (và khoảng néo nói chung) Phương trình có dạng rút gọn sau: g E.L2đb g 02 E.L2đb σ− = σ0 − − α E.(t − t ) 24.σ 24.σ 02 Cơ lý đường dây Trong đó: + σ , g0 , t0 : ứng suất, tỉ tải nhiệt độ trạng thái sở (xuất phát) + σ , g , t : ứng suất, tỉ tải nhiệt độ trạng thái tính tốn theo + E , α : mô đun đàn hồi hệ số giản nở nhiệt dây + Lđb : khoảng cột đại biểu 01 khoảng néo (đây khoảng cột dùng để tính tốn lý khoảng néo) n Lđb = ∑L cosθ i i n Li ∑cosθ Với: i Li : chiều dài khoảng cột thứ i 01 khoảng néo, θi : góc lệch đường thẳng nối cột kề đường thẳng nằm ngang n : số khoảng cột 01 khoảng néo  Đối với địa hình phẳng (θi = độ), ta có: n Lđb = ∑L i n ∑L i VI Khoảng cột tới hạn: Trong tính tốn lý dây, để xác định trạng thái sở (xuất phát) để tính trạng thái cịn lại người ta đưa khái niệm khoảng cột tới hạn L1K , L2K , L3K ; Trong đó: + L2K : khoảng cột tới hạn trạng thái (chế độ) tomin Qmax L2 K = σ max 24α (t B − t ) g 32 − g12 tB tmin : nhiệt độ tính tốn chế độ Qmax chế độ tomin g3 g1 : tỉ tải tổng hợp chế độ Qmax chế độ tomin σ max (= σ cp= σ B) : ứng suất tính tốn lớn chế độ Qmax * Khi chọn chế độ chế độ tomin làm chế độ sở thay vào “phương trình trạng thái” thay đổi cho chiều dài khoảng cột L=1→∞ thu đường cong ứng suất xuất σ min; chọn chế độ chế độ Qmax làm chế độ sở thay vào “phương trình trạng thái” thay đổi cho chiều dài 10 Cơ lý đường dây khoảng cột L=1→∞ thu đường cong ứng suất xuất σ max (trong đồ thị phía dưới) * Để đảm bảo điều kiện ứng suất dây không vượt ứng suất lớn cho phép phải lựa chọn lại giá trị ứng suất tính tốn chế độ Qmax tomin phù hợp với khoảng cột tới hạn L2K Lđb < L2K Lđb > L2K + L1K : khoảng cột tới hạn trạng thái (chế độ) nhiệt độ totb tomin L1K = αE (tmin − ttb ) + (σ max − σ tb ) 2 E  g1   g1    −    24  σ max   σ tb     tmin ttb : nhiệt độ nhỏ nhiệt độ bình tính tốn σ max σ tb : ứng suất tính tốn lớn ứng suất trung bình 11 Cơ lý đường dây + L3K : khoảng cột tới hạn trạng thái (chế độ) Qmax totb L3 K = αE (t B − ttb ) + (σ max − σ tb ) 2 E  g   g1    −    24  σ max   σ tb     tB ttb : nhiệt độ tính tốn chế độ Qmax chế độ totb g3 g1 : tỉ tải tổng hợp chế độ Qmax chế độ totb σ max (= σ cp= σ B) : ứng suất tính tốn lớn chế độ Qmax VII σ Quan hệ Lđb, L1K, L2K, L3K σtmin=σmax σmax L1K L2K L3K σtmin C D σtb σtb2 σtb1 σB=σmax σB D C σtmin=σmax σmax σtmin σB σtb σ σB=σmax σtb2 σtb1 l a) L1KL3K Từ đồ thị “a) L1KL2K>L3K” ta thấy: + Khi Lđb > L2K : chế độ tính tốn chế độ Qmax (bão) + Khi Lđb < L2K : chế độ tính tốn chế độ tomin (nhiệt độ thấp nhất) 12 Cơ lý đường dây σ σtmin=σmax σmax σtmin=σmax σmax σtmin σB σtb1 σtb σ σB=σmax σB=σmax σtmin σB D σtb2 σtb2 C σtb σtb1 L2K L3K l c) L2K