1. Tổng quan thiết kế đường dõy tải điện trờn khụng
1.2.6. Cỏc lực tỏc động lờn cột của đường dõy trờn khụng
Cột của đường dõy trờn khụng phải chịu cỏc lực sau:
a, Lực tỏc dụng của trọng lượng dõy dẫn và trọng lượng sứ lờn cột, b, Lực tỏc dụng của giú vào cột và của giú vào dõy.
c, Lực tỏc dụng của lực căng bản thõn dõy dẫn (ứng suất trong dõy dẫn) 1.2.6.1. Cỏc khỏi niệm cần biết trong tớn toỏn lực tỏc động lờn cột.
* Khoảng cột tớnh toỏn lttlà khoảng cột dài nhất giữa hai cột kề nhau đảm bảo được cỏc điều kiện sau:
+ Khoảng cỏch từ điểm thấp nhất của dõy dẫn trong trạng thỏi nhiệt độ khụng khớ cao nhất phải đảm bảo được khoảng cỏch an toàn trong quy phạm trang bị điện.
+ Đảm bảo khoảng cỏch pha an toàn giữa cỏc pha và từ dõy dẫn đến cỏc bộ phận của cột.
+ Ứng suất xảy ra trong 3 trạng thỏi: lạnh nhất, bóo, nhiệt độ trung bỡnh phải đảm bảo nhỏ hơn ứng suất cho phộp trong cỏc trạng thỏi đú. Ứng suất của trạng thỏi lạnh nhất và trạng thỏi bóo khụng được lớn hơn ứng suất lớn nhất của dõy dẫn max, ứng suất của trạng thỏi trung bỡnh khụng được lớn hơn ứng suất cho phộp trung bỡnh tb.
Từ phương trỡnh trạng thỏi được tớnh như sau: Từ phương trỡnh trạng thỏi đó cú: ) .( . . 24 1 . . . 24 1 . . 2 2 2 2 2 2 CS TT CS CS CS TT TT TT −g E = −F g E − E t −t
31
Ta tớnh giỏ trị 1tttại trạng thỏi núng nhất và trạng thỏi xuất phỏt (trạng thỏi cơ sở) lấy tạm thời một trạng thỏi bất kỳ.
Do khoảng cột tớnh toỏn là khoảng cột dài nhất nờn độ vừng cũng là độ vừng lớn nhất fmax. Độ vừng lớn nhất phải đảm bảo khoảng cỏch an toàn nhỏ nhất từ đõy dẫn tới mặt đất. Với đường dõy 110 KV phải đảm bảo khoảng
cỏch như bảng 1.2.
fmax = h - hmin
ở đõy + h: là khoảng cỏch từ pha cuối cựng đến đất.
+ hmin : là khoảng cỏch an toàn nhỏ nhất từ dõy đến đất.
Bảng 1.4: Khoảng cỏch an toàn nhỏ nhất hmincủa dõy dẫn tới mặt đất.
(Theo quy phạm trang bị điện 11TCN 19:1984 tại cỏc mục: II.5.93,
32 Vị trớ 110 KV (m) * Cỏch mặt đất: + Khu ớt dõn + Khu đụng dõn * Đến mặt nước cao nhất * Đến đỉnh cột buồm * Đến mặt nước khụng cú thuyền bố, lũ lụt 6 7 6 2 3
Thay giỏ trị của ứng suất tại giỏ trị độ vừng lớn nhất ta được:
max 2 TT tt f . 8 l . g =
Thay giỏ trị ứng suất này vào phương trỡnh trạng thỏi, biến đổi ta được
phương trỡnh sau: 0 1 . 1 . 4 −B 2 −C= A tt tt Trong đú: 8. 2 .24 2 max E g f g A CS CS TT + = (1.50) ) .( . CS TT o E t t B= − − (1.51) 3 . . 8 2 max E f C = (1.52)
+ ở đõy tTT = 400C; tcs: nhiệt độ trạng thỏi cơ sở (trạng thỏi cơ sở được giả định là một trạng thỏi bất kỳ).
Giải phương trỡnh trờn ta được giỏ trị như 1tt như sau:
A C A B B ltt . 2 . . 4 2 + + = (1.53)
33
Sau khi tớnh được khoảng cột tớnh toỏn tạm thời ta cũn phải:
+ So sỏnh với giỏ trị của cỏc khoảng cột tới hạn 12k, 11k, 13kđể xem xột trạng thỏi cơ sở chớnh thức của đường dõy, từ đú tớnh lại chớnh xỏc khoảng cột
tớnh toỏn.
* Khoảng cột giú.
Khoảng cột giú của một vị trớ cột được lấy bằng một nửa độ dài của hai khoảng cột hai bờn của cột đú.
1G = (11+12)/2. (1 54) -
Minh hoạ khoảng cột giú trờn hỡnh 1.5.
* Khoảng cột trọng lượng.
Khoảng cột trọng lượng là khoảng cột mà cột phải chịu trọng lượng của dõy dẫn.
34
Hỡnh 1.6. Khoảng cột trọng lượng
* Khoảng cột đại biểu.
Khoảng cột đại biểu là khoảng cột đại diện cho một khoảng nộo. Khoảng cột đại biểu là 1đb được tớnh như sau:
1db = n 1 i n 1 3 i 1 1 (1.56) Trong đú:
n: Số khoảng cột trong khoảng nộo.
11, 12, 13….: Cỏc khoảng cột trong khoảng nộo.
Từ khoảng cột 1đb ta cú phương trỡnh trạng thỏi của khoảng nộo như
sau: ) t t .( E . . 24 1 . E . g . 24 1 . E . g CS TT 2 CS 2 db 2 CS CS 2 TT 2 db 2 TT TT − = − − −
Giải phương trỡnh trạng thỏi với giỏ trị khoảng cột đại biểu đó biết ta được ứng suất của một khoảng nộo.
35
1.2.6.2. Cỏc lực tỏc động lờn cột.
a) Trọng lực của dõy, sứ tỏc dụng lờn cột.
PTL = Pdõy + Pc.sột +Psứ.
Tuỳ theo sơ đồ cột mà ta cú trọng lượng của dõy, dõy chống sột, và chuỗi sứ cỏch điện tỏc dụng lờn dõy dẫn.
Lực do trọng lượng dõy được dựng để tớnh múng cột. (Trong phạm vi của luận văn này chưa đề cật đến).
b) Tỏc dụng của giú vào cột và vào dõy.
Pgiú, cột = Q.Sc.k
Pgiú, dõy = Cx.Cy.Q.d.1giú (Lực tỏc dụng của giú lờn 1 dõy) Trong đú:
Cx. Hệ số khớ động học của dõy.
Cy. Hệ số điều chỉnh theo cấp độ tải trọng tỏc động.
Ss. Diện tớch đún giú của cột.
k: Hệ số tớnh đến tớnh chất tỏc động của giú lờn từng loại cột, k cú giỏ trị như bảng sau: (Tớnh theo bảng 6 trong tiờu chuẩn tải trọng và tỏc động
TCVN 2737 - 1995) TT Chủng loại cột Hệ số k 1 Cột thộp độc lập (Khụng cú dõy nộo) 1,5 2 Cột cú dõy nộo 1,65 3 Cột hỡnh cổng 1,6 4 Cột bờ tụng cốt thộp 1
c) Lực tỏc dụng của lực căng bản thõn dõy dẫn (ứng suất trong dõy dẫn)
Tmax = max. S
Trong đú:
max : ứng suất cho phộp lớn nhất trong dõy dẫn.
36
d, Lực tổng hợp tỏc dụng lờn cột đỡ Lực tỏc dụng lờn cột đỡ gồm cú:
- Lực do giú tỏc động và cột tỏc động vào dõy
+ Chế độ vận hành bỡnh thường tại cỏc vị trớ cột đỡ, cột chỉ phải đỡ dõy nờn khụng phải chịu lực tỏc dụng căng của bản thõn dõy dẫn Tmax.
+ Chế độ sự cố (đứt dõy) cú tớnh đến lực căng của bản thõn dõy dẫn. Lực này căng dõy Tsc = k. Tmax. Hệ số K được cho như sau:
(Theo quy phạm trang bị điện mục II.5.82 - 11 TCN 19:1984).
Tiết diện dõy > 240mm2:
k = 0,4 đối với cột thộp.
k = 0,25 đối với cột bờ tụng cốt thộp. Tiết diện dõy < 180mm2:
k = 0,5 đối với cột thộp.
k = 0,3 đối với cột bờ tụng cốt thộp. Ở đõy ta chỳ ý:
+ Lực tỏc động của giú lờn cột được xỏc định tại trọng tõm của cột, hoặc tại trọng tõm của từng bộ phận cột.
+ Lực tỏc động của giú lờn dõy được xỏc định tại vị trớ treo dõy. Do vậy tuỳ từng sơ đồ cột mà ta cú cỏc lực giú tỏc động khỏc nhau. Cỏc cột hiện nay được chế tạo quy theo lực đầu cột tiờu chuẩn. Nờn sau khi tớnh toỏn được lực tổng hợp do giú tỏc động lờn cột ta phải quy lờn lực đầu cột để xem xột tớnh toỏn, cột điện được lựa chọn cú đảm bảo được cỏc yờu cầu chịu uốn, nộn cần thiết.
d) Lực tổng hợp tỏc dụng lờn cột nộo gúc. Cột nộo một gúc gúc
37
Tại vị trớ cột nộo: Cột phải chịu tỏc dụng của giú vào dõy, của giú vào cột, chịu tỏc dụng của lực căng dõy.
Lực tỏc dụng của giú lờn một dõy tại vị trớ cột nộo là:
2 sin . T 2 2 cos . P
Pd = gio,day 2 + max
Tương tự như đó trỡnh bày trong phần tớnh cột dỡ thẳng, cỏc lực tỏc dụng lờn cột được xỏc định tại vị trớ treo dõy lờn quy lờn đầu cột để so sỏnh với lực đầu cột quy chuẩn.
ở chế độ sự cố lực căng dõy T = Tsc = Tmax,
Để thiết kế được ta phải tớnh được cỏc lực tỏc dụng lờn cột, để kiểm tra cột cú đủ chịu lực khụng. Nếu khụng đủ ta phải tăng độ chịu lực của cột hoặc giảm lực của dõy tỏc dụng lờn cột.
38
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU VỀ DÂY DẪN CễNG NGHỆ MỚI DÂY DẪN NHễM - LếI COMPOSITE
2.1. SƠ LƯỢC VỀ CễNG TY.
CTC là chữ viết tắt tờn của cụng ty: Composite Technology Corporation, là nhà cung cấp toàn cầu cỏc giải phỏp tiện ớch về điện đặc trưng thụng qua cụng nghệ composite. Sự chuyển giao, phõn phối và cỏc sản phẩm dõy dẫn cụng nghiệp của CTC gửi đi 50tỷ USD hàng năm tới thị trường toàn cầu, được dự tớnh sẽ tăng lờn 80 tỷ USD trong vũng 10 năm.
Sản phẩm đầu tiờn của CTC là hợp chất cường dẫn được biết tới như
ACCC (Aluminum Conductor Composite Core – Dõy dẫn nhụm lừi
composite). Dõy dẫn nhụm lừi composite cú khả năng làm cuộc cỏch mạng về đường dẫn điện, đỏp ứng được gấp hai lần điện năng của dõy dẫn nhụm lừi thộp thụng thường, vật liệu khỏ hơn 25% và đạt độ tin tưởng đầy ấn tượng.
2.2. GIẢI PHÁP CỦA CTC.
Dõy dẫn nhụm lừi composite của CTC hiện thời cú khả năng truyền tải điện vượt dõy dẫn phõn phối hiện tại, đồng thời làm tăng độ tin cậy của hệ thống điện do loại trừ được độ vừng dõy thực tế do nhiệt độ cao.
Dõy dẫn của CTC đưa ra được sự tiết kiệm chi phớ cho đường dõy hơn cỏc phương phỏp thụng thường (chi phớ trung bỡnh của CTC là 90.000USD/hải lý, tiết kiện hơn được 550.0000USD đối với cỏc giải phỏp thụng thường). Sự tiết kiện này được thu từ việc do dõy dẫn nhẹ, khụng cần đũi hỏi phải xõy dựng cỏc hệ thống cột cú khả năng chịu lực lớn so với việc dựng dõy nhụm lừi thộp thụng thường khi thiết kế cho đường dõy cú yờu cầu truyền tải cụng suất lớn.
- Khả năng truyền tải điện tăng gấp hai lần so với dõy nhụm lừi thộp cựng kớch thước và trọng lượng. Điều này cho phộp cải tạo cỏc đường dõy tải
39
điện để tăng khả năng truyền tải điện bằng cỏch thay dõy dẫn mà khụng phải thay cột.
- Loại bỏ hầu hết hiệu ứng tăng độ vừng khi nhiệt độ tăng cao. Độ vừng cuối cựng khụng bị ảnh hưởng bởi hiện tượng dón nở theo nhiệt độ trong thời gian dài của nhụm. Điều này đạt được là do lừi composite cú độ dón nở nhiệt rất nhỏ so với lừi thộp.
- Sử dụng cỏc phương phỏp, dụng cụ kộo, căng dõy và phụ kiện thụng thường: khụng cần cỏc dụng cụ đặc biệt hoặc cụng nhõn lắp đặt được đào tạo đặc biệt.
- Giảm giỏ thành xõy dựng đường dõy nhờ sử dụng ớt cột đỡ hơn: khả năng chịu ứng suất kộo cao hơn, khoảng cỏch cho phộp lớn hơn do độ vừng dõy trong khoảng cột ớt, tăng khoảng cỏch giữa cỏc cột làm giảm số cột đỡ phải sử dụng tới hơn 16%.
- Khả năng chịu tỏc động của mụi trường cao: khụng bị gỉ, ăn mũn hoặc tạo hiện tượng điện phõn với dõy nhụm hoặc cỏc phần tử khỏc.
- Giảm thiểu sự hỏng húc đường dõy.
- Cú thể hoạt động dưới nhiệt độ cao 200oC. - Sự tiện ớch đặt lờn trước tiờn.
- Sản xuất lắp đặt theo tiờu chuẩn.
- Hiệu suất vận hành cao hơn cho phộp giảm chi phớ sản xuất điện và đỏp ứng cỏc tiờu chuẩn về phỏt xạ nhiệt.
2.3. TÍNH ĐA DẠNG CỦA COMPOSITE.
Composite là chất đó được thử thỏch và được chấp nhận rộng rói ỏp dụng trong phạm vi trải rộng của ngành hàng khụng, trong thị trường chuyờn chở tỏc động cơ bản hàng ngày của nhiều người tiờu dựng. Mọi phạm vi này đều đũi hỏi những giải phỏp mạnh mẽ. Trước hết nõng cao sản phẩm an toàn và đỏng tin cậy. Cụng nghệ và sản phẩm tõn tiến của CTC là lợi nhuận của
40
composite cho cỏc nhu cầu khỏc nhau của thị trường điện năng. CTC đó xõy dựng chiến lược, quan hệ cỏc sản phẩm dõy dẫn để mở rộng nhanh chúng sản xuất và cỏc ớch lợi hỗ trợ cựng sự thống trị trong việc cú ngay được hệ thống đầy tiềm năng và sự tin tưởng trờn toàn cầu.
2.4. GIỚI THIỆU VỀ DÂY DẪN NHễM LếI COMPOSITE (ACCC LINNET) VÀ CễNG NGHỆ CỦA Nể.
2.4.1. Cỏc lợi thế:
- Dõy dẫn ACCC Linnet ( AluminumConductor Composite Core – Dõy dẫn nhụm lừi composite ) cú những lợi thế quan trọng hơn dõy nhụm lừi
thộp truyền thống về cỏc mặt:
+ Cú khả năng truyền tải điện gấp hai lần so với dõy nhụm lừi thộp AC cựng kớch thước và trọng lượng.
+ Cú trọng lượng, đường kớnh và ỏp lực tương đương với dõy nhụm lừi
thộp AC.
+ Cụng nghệ giảm về vấn đề vừng của dõy. + Cú thể vận hành ở nhiệt độ cao 200oC.
+ Cú thể giảm chi phớ dự ỏn với khoảng cỏch giữa cỏc cột lớn hơn lớn. + Làm giảm nếp lượn của bề mặt dõy.
+ Dễ dàng thay thế dõy nhụm lừi thộp AC. + Khử lừi thộp, làm giảm lực điện động. + Khử sự ăn mũn do điện cực.
+ Sử dụng thủ tục lắp đặt tiờu chuẩn.
2.4.2. Cấu tạo và đặc tớnh kỹ thuật của dõy nhụm lừi composite :
- Cấu tạo:
Bao gồm 2 phần: phần dẫn điện (lớp nhụm bọc bờn ngoài) và phần chịu độ bền cơ học (lừi composite).
41
+ Phần dẫn điện bờn ngoài: bao gồm 02 lớp nhụm (Aluminum) gồm cỏc sợi dõy tiết diện hỡnh thang bện đồng tõm.
+) Số dõy bện trong lớp thứ nhất: 6. +) Số dõy bện trong lớp thứ hai: 10.
+ Lừi composite: một sợi tiết diện hỡnh trũn. - Đặc tớnh kỹ thuật:
STT Đặc tớnh kỹ thuật Thụng số
1 Số sợi bờn trong lừi composite 1
2 Đường kớnh lừi composite 5,97 (mm)
3 Số sợi nhụm lớp trong (lớp thứ nhất) 6
4 Đường kớnh sợi nhụm trũn tương đương của lớp thứ nhất 4,16 (mm)
5 Đường kớnh lớp thứ nhất 12,13 (mm)
6 Số sợi nhụm lớp ngoài (lớp thứ hai) 10
7 Đường kớnh sợi nhụm trũn tương đương của lớp thứ hai 4,18 (mm)
9 Đường kớnh dõy 18,29 (mm)
10 Tiết diện lừi composite 28,14 (mm2)
11 Tiết diện nhụm 218,3 (mm2)
12 Tiết diện tổng 246,44 (mm)
13 Trọng lượng riờng phần nhụm 0,602 (daN/m)
42
15 Điện trở 20oC 0,128 (Ω/km)
16 Modul đàn hồi 14494 (daN/mm2)
17 Hệ số gión nở nhiệt 2,7.10-6 (1/ 0C)
18 Độ bền kộo đứt 7393,5 (daN)
19 Tỷ lệ nhụm/composite 8
20 Dũng điện làm việc cho phộp 1060 (A)
2.4.3. Cỏc thử nghiệm của ACCC Linnet – Dõy dẫn nhụm lừi composite :
Cỏc thử nghiệm về nhiệt độ tăng cao đó được tiến hành để so sỏnh dõy ACCC Linnet với dõy AC thụng thường. Giới hạn thử nghiệm đầu tiờn đú là xem xột dũng điện tối đa cú thể truyền tải thụng qua cỏc đường dõy truyền tải hoặc phõn phối trong điều kiện khắc nghiệt nhất liờn quan đến khả năng chịu nhiệt độ cao của dõy dẫn. Khi một dũng điện vượt quỏ giới hạn chạy qua dõy AC nú gõy nờn hiện tượng quỏ nhiệt, tổn thất tăng, giảm tuổi thọ và nguy hiểm nhất là xu hướng tăng độ vừng của dõy dẫn.
Trong điều kiện khắc nghiệt như vậy, khi lừi dõy dẫn bị quỏ nhiệt, độ dón dài theo nhiệt độ làm cho dõy dẫn vừng thấp hơn cỏc giới hạn vận hành an toàn. Việc vừng dưới cỏc giới hạn vận hành an toàn như đó được ghi nhận trong thực tế vận hành cú thể gõy phúng điện xuống cỏc kiến trỳc nằm dưới hoặc xe cộ đi qua đường dõy.
Qua đo đạc cho thấy dõy dẫn ACCC Linnet chỉ vừng 11,5cm trong khi đú dõy dẫn AC vừng hơn 153cm khi cho cựng một dũng điện chạy qua mỗi loại dõy trong khoảng cột 69m.
Cỏc kết quả thử nghiệm ở nhiệt độ cao đó chỉ ra rằng dõy dẫn ACCC Linnet với lừi Composite khụng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao, gấp khoảng 2 lần so với nhiệt độ vận hành cho phộp của dõy dẫn AC thụng thường. Độ vừng của dõy dẫn ACCC Linnet nhỏ hơn 90% so với dõy dẫn AC.
43
Nhờ bỏ được lừi thộp và thay thế bằng lừi composite , hiện tượng phỏt núng do cảm ứng khụng cũn nữa. Lợi thế này cựng với lượng vật liệu dẫn điện tăng lờn (so với dõy AC cựng đường kớnh dõy) cho phộp dõy dẫn ACCC Linnet vận hành với nhiệt độ thấp hơn 25% và hiệu suất tăng 30%.
2.4.4. So sỏnh đặc tớnh kỹ thuật giữa dõy ACCC Linnet với dõy nhụm lừi