1 .4Tính tốn kinh tế-kỹ thuật chọn phương án tối ưu
5.6 Chống rung cho dây
5.6.1 Hiện tượng rung dây
Khi gió thổi lê dây dẫn trong khoảng cột có thể tạo nên một dịng xốy ở gần dây, dẫn đến tốc độ gió phía trên dây lớn hơn phía dưới lamg cho áp lực gió tác động lên dây trở thành khơng đồng đều.
Sự xuất hiện thành phần dọc của áp lực gió làm cho dây chuyển động lên, sao đó có xung lực tác động liên tục theo chiều lên xuống. Nếu tần số xung lực đó gần bằng tần số dao động riêng của dây thì dây sẽ dao động mạnh và duy trì. Đó là hiện tượng rung của dây dẫn trong khoảng cột.
Dây dẫn thường bị rung duy trì ở tốc độ gió điều hịa, các xung lực tác động một cách chu kỳ liên tục. Sự rung của dây dẫn phụ thuộc vào tốc độ gió, thường sự rung hay xảy ra ở tốc độ gió v = 5 ÷ 8 m/s và thường có những khoảng trống (cánh đồng chẳng hạn) hoặc ở những khoảng vượt sơng lớn. Nếu gió q nhỏ, xung lực sẽ khơng đủ gây dao động.
Tần số rung của dây tỷ lệ với tốc độ gió và phụ thuộc vào đường dây có thể được xác định theo biểu thức sau:
] Hz [ ; d v . 200 fd (5.43)
trong đó : fd - tần số riêng của dây dẫn; [Hz] v - vận tốc gió; [m/s]
d - đường kính dây dẫn; mm
Sự rung của dây chỉ xảy ra khi hướng gió tạo với trục dây dẫn một gúc chng ò = 450
ữ 900. Khi gúc ny trong khoảng 300
÷ 450, sự rung khơng duy trì. Khi ß < 300 thì khơng có hiện tượng rung.
Khi bị rung dây dẫn rất chóng bị hư hỏng, đặc biệt là các chỗ kẹp nối dây. Khi bị rung sẽ xuất hiện các ứng lực tác động chu kỳ. Ngồi ứng lực tĩnh cịn có những ứng lực động do uốn gây ra và sự kéo dài của dây dẫn khi bị rung. Bên cạnh đó, những chỗ kẹp dây, các sợi cịn phải chịu thêm những ứng lực riêng gây ra bởi những thiết bị kẹp dây. Những ứng lực đó tahy đổi chu kỳ làm vật liệu bị „mỏi”, khi vượt quá giới hạn „mỏi” ( giới hạn bởi 20 ÷ 25 % ứng lực phá hoại vật liệu) dây sẽ bị đứt những sợi nhỏ, khi đứt một sợi các sợi còn lại sẽ bị đứt rất nhanh. Phần dây chỗ kẹp bị hư hại mau hơn phần ở xa kẹp.
Muốn đường dây ổn định khơng rung mà khơng có biện pháp chống rung nào thì ứng suất trung bình hàng năm của vật liệu không được vượt quá 4 ÷ 5 kg/mm2 với dây AC và 8 ÷ 10 kg/mm2 đối với dây đồng.
Khi bị rung, dây dẫn dùng kẹp cố định bị hư hỏng nhanh hơn khi dùng kẹp động (dây xê dịch được) vì ở chỗ kẹp cố định lực tập trung gây uốn đối với dây dẫn và xuất hiện ứng lực phụ chỗ kẹp. Nếu dùng kẹp động, tuy sự hư hỏng của dây giảm đi nhiều so với kẹp cố định nhưng khi rung các sợi nhỏ vẫn bị đứt do ở những kẹp nặng khối lượng phần động của kẹp lớn hơn nhiều so với năng lượng dao động. Ngay cả khi dùng kẹp quay, ta vẫn khơng thể loại trừ hồn tồn sự hư hỏng dây dẫn khi rung do chu kỳ và góc pha dao động ở hai pha dao động ở hai khoảng vượt kề nhau không phù hợp với nhau nên ở chỗ kẹp xuất hiện uốn gây nên ứng lực động phụ.
Tóm lại dù kẹp loại gì, với bất cứ loại dây dẫn nào đều phải có biện pháp giảm tối đa sự rung của dây dẫn.
5.6.3 Các biện pháp chống rung
Biện pháp chống rung có hiệu quả nhất và thường được áp dụng rộng rãi là dùng tạ chống rung (hình 5.10). Tạ chống rung gồm hai đối trọng (quả tạ) được nối với nhau bằng cán thép và được treo dây nhờ kẹp chuyên dụng. Khi có rung, thiết bị này sẽ triệt tiêu năng lượng dao động bởi ma sát giữa các sợi của cáp treo hai đối trọng.
Theo quy phạm trang bị điện thì cần phải đặt tạ chống rung trong trường hợp [1]: đường dây đi qua khu vực trống, bằng phăng, khoảng cột trên 110m, ứng lực vận hành lúc bình thường hàng năm vượt quá các trị số sau: 11,8 daN/mm2
đối với dây đồng; 3,9 daN/mm2 đối với dây nhôm; 5,9 daN/mm2 đối với dây AC-35, 50, 70, 95; 20 daN/mm2 đối với dây thép, 4,9 da N/mm2 đối với dây AC-120 trở lên [1]; Khi khoảng cột trên 500 m thì bắt buộc phải dùng tạ chống
Khoảng cách đặt tạ chống rung tính từ giữa vị trí đặt tạ (vị trí kẹp) và điểm treo dây dẫn được xác định theo công thức sau [1]:
1 tb ta g F . 75 , 1 (5.44) hay 1 tb ta g F . d 0013 , 0 (5.44a) trong đó : ta - khoảng cách đặt tạ; [mm] tb
- ứng suất trong trạng thái nhiệt độ trung bình trong năm; [daN/mm2
] d - đường kính dây dẫn; [mm]
F - tiết diện dây dẫn; [mm2
]
g1 – tỷ tải do trọng lượng bản thân của dây dẫn; [daN/m.mm2
]
Nói chung khoảng cách đặt tạ nằm trong khoảng 0,5÷1,2 m tính từ kẹp tạ đến điểm treo dây dẫn.
Loại tạ chống rung phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn và dây chống sét (xem bảng 5.3)
Bảng 5.3 Khoảng cách đặt tạ và khối lượng tạ
Kích thước tạ chống rung Trọng lượng;kg Loại dây Độ dài; mm Quả tạ Toàn bộ Kẹp Dây dẫn Tạ Hình 5.10 Tạ chống rung
Dây thép 50 mm2 300 0,8 2,30
A-70-95; AC-70-95 350 0,8 2,35
Dây thép 70 mm2 400 1,6 4,05
A-120-185; AC-120-150; ACO-150;
ACY-120-150 450 1,6 4,13
A-240; AC-185-240; ACO-185-240;
ACY-185-240 500 2,4 5,60
A-300; ACO-300 550 3,2 8,10
A-400-500; AC-300-400; ACO-400-
500; ACY-300-400 550 3,2 8,20
A-600; AC0-600 600 3,2 8,30
Trên đây giới thiệu các kiến thức cơ bản về cách tính các thơng số ứng suất, độ võng, khoảng cột tới hạn và tạ chống rung chứ chưa thể hiện tính tốn chi tiết các vấn đề về thiết kế cơ khí đường dây. Các vấn đề về thiết kế cơ khí đường dây có thể tham khảo các tài liệu [1],[1a].
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]Trần Bách, “Lưới điện &Hệ thống điện- Tập 1,2&3”, NXB Khoa học&Kỹ thuật- 2004
[1a] Hoàng Hữu Thận, „Hướng dẫn thiết kế đường dây tải điện”, NXB Khoa học&Kỹ thuật- 2005
[2] Narain G.Hingorani & Laszio Gyugyi, “Understanding FACTS, Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems”, IEEE Press, 1999.
[3] C.A Canizares, “Power flow and transient stability models of FACTS controllers for voltage and angle stability studies”, IEEE/PES WM on Modeling, Simulation and Application of FACTS Controllers in Angle and Voltage Stability Studies, Singapore, January 2000.
[4] N. Martins, H.Pinto, J. Paserba, “ Using a TCSC for Power System Scheduling and System Oscillation Damping-Small Signal and Transient Stability Studies”. In Proc. IEEE/PES Winter Meeting, Singapore, January. [5] R.Rajaraman, F.Alvarado, A.Maniaci, R. Camfield, S. Jalali, “Determination of location and amount of series compensation to increase power transfer capability”, IEEE Trans, on Power Systems, Vol.13, No 2, May 1998, pp.294- 299
[6] R.J Piwko, C.A. Wegner, B.L. Damsky, B.C Furumasu, J.D. Eden, “The Slatt Thyristor Controlled Series Capacitor Project-Dsign, Installation, Commissoning, and System Testing”, CIGRE paper 14-104. pans. 1991
[7]S.Nyati, C.A Wegner, R.W Delmerico, D.H. Baker, R.J. Piwko, A. Edns, “Effectiveness of Thyristor Controlled Series Capacitor in Enhancing Power System Dynamics: An Analog Simulator Study”. IEEE Transactions on Power Delivery, April, 1994, pp 1018-1027.
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu ...............................................................................4
Danh mục các chữ viết tắt .......................................................5
Chương 1. Phân tích tính tốn thiết kế lưới điện...................7
1.1Các nội dung chính của thiết kế lưới điện ........................7
1.2Tính tốn cân bằng cơng suất trong hệ thống điện ...........7
1.3Chọn thiết diện dây dẫn và dây cáp điện ........................14
1.4Tính tốn kinh tế-kỹ thuật chọn phương án tối ưu .........20
Chương 2.Tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện phức tạp22 2.1 Tổng qt chung về tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện 22 2.2 Hệ phương trình mơ tả chế độ xác lập hệ thống điện bằng ma trận tổng dẫn Y, tổng trở Z....................................................26
2.3 Hệ phương trình mơ tả hệ thống điện bằng công suất nút32 2.4 Một số mô tả hệ thống điện bằng ma trận graph............37
2.5 Hệ phương trình mơ tả chế độ xác lập hệ thống điện khi có nhiều cấp điện áp......................................................................40
2.6 Phương pháp nghịch đảo ma trận tổng dẫn Y................43
2.7 Phương pháp tính trực tiếp ma trận tổng trở Z...............48
2.8 Phương pháp khử Gauss.................................................58
2.9 Phương pháp lặp Gauss-Seidel ......................................61
2.10 Phương pháp lặp Newton-Raphson................................76
2.11 Tính tốn các thơng số chế độ........................................92
Chương 3.Phân tích chế độ làm việc của đường dây siêu cao áp 102 3.1 Tổng quát chung về đường dây dài siêu cao áp và hệ thống tải điện ............................................................................102
3.2 Các phương trình mơ tả chế độ làm việc của đường dây dài thuần nhất ......................................................................105
3.3 Phân tích chế độ làm việc của đường dây dài thuần nhất121 3.4 Tính tốn chế độ đường dây dài theo mạng bốn cực .....131
3.5 Bù trên đường dây dài ....................................................150
Chương 4. Hệ thống tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS163 4.1 Thyristor và kháng điện điều chỉnh thyristor .................163
4.3 Máy bù đồng bộ tĩnh STATCOM ..................................173
4.4 Tụ bù dọc điều khiển bằng thyristor TCSC ...................176
4.5 Thiết bị bù dọc đồng bộ tĩnh SSSC................................186
4.6 Thiết bị điều chỉnh góc pha điều khiển bằng thyristor TCPAR 187 4.7 Các thiết bị điều khiển khác ...........................................198
4.8 Kết luận chung về FACTS .............................................201
Chương 5 Tính tốn cơ học đường dây tải điện trên không205 5.1 Khái quát chung về đường dây trên khơng ....................205
5.2 Phương trình và các thông số cở bản của đường dây trên không 210 5.3 Phương trình trạng thái của đường dây dẫn ...................219
5.4 Khoảng cột tới hạn của dây dẫn .....................................223
5.5 Tính tốn dây nhơm lõi thép AC....................................234
5.6 Chống rung cho dây .......................................................238
Tài liệu tham khảo ...............................................................242