Chương 8

CƠ KHÍ DÂY DẪN ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG.

8.1. PHÂN CẤP ĐƯỜNG DÂY VÀ VÙNG KHÍ HẬU

Điều kiện tính toán đường dây trên không phụ thuộc vào cấp đường dây, vào vùng khí hậu và các tình trạng làm việc của nó. Theo điện áp đường dây và loại hộ tiêu thụ điện người ta chia đường dây trên không thành 3 cấp như trong bảng 8-1.

Bảng 8-1. Phân cấp đường dây trên không

Cấp đường dây Điện áp định mức (kV) Loại hộ tiêu thụ điện

I >35 kV

35 kV

Bất cứ loại nào

Loại I và loại II

II 35 kV

1 - 20 kV

Loại III

Bất cứ loại nào

III <1 kV Bất cứ loại nào

Để đảm bảo độ bền cơ học, khi tính toán đường dây trên không phải dự trữ một hệ số an toàn nhất định ( thường n = 2 - 2,5 ).

[]cp = ngh

với điều kiện bền của dây dẫn là []cp

Trong đó gh là cường độ sức bền giới hạn của một sợi dây vặn xoắn dùng làm dây dẫn hoặc dây chống sét (N/mm2), []cp là ứng suất cho phép của vật liệu làm dây dẫn, là ứng suất xuất hiện trong dây dẫn do tải trọng cơ giới. Hệ số an toàn được tính:

Nơi không có dân cư: Dây nhiều sợi n = 2; dây một sợi n = 2,5.

Nơi có dân cư và các khoảng vượt quan trọng: Thép nhôm n = 2; dây nhôm tiết diện > 120 mm2 thì n = 2 (dây nhôm tiết diện 120 mm2 thì n = 2,5); Dây đồng tiết diện > 70 mm2 thì n = 2 (dây nhôm tiết diện 70 mm2 thì n = 2,5)

Ngoài việc xác định ứng suất cực đại để kiểm tra so sánh với ứng suất cho phép, người ta còn quan tâm đến ứng suất của dây dẫn xuất hiện trong điều kiện nhiệt độ trung bình hàng năm tbn (ứng với nhiệt độ tb trong năm và tải trọng do trọng lượng dây dẫn.g1. Trị số tbn cũng không vượt quá ứng suất cho phép tại nhiệt độ trung bình năm:

tbn []tbn

Trị số []tbn được cho trong các sổ tay tra cứu hoặc sơ bộ tính gần đúng: Đối với dây làm bằng A, AC, hợp kim nhôm thì

165

Với F>120 mm2 thì []tbn = []cp; Với F 120 mm2 thì []tbn = []cp

Hoặc có thể xác định []tbn theo ứng suất giới hạn []tbn = 30% gh

Tính toán kiểm tra theo ứng suất trung bình năm sẽ đảm bảo ngăn ngừa được tình trạng hư hỏng do áp lực gió thổi lên gây rung, tạo sự mỏi dẫn đến phá huỷ dây dẫn.

Trong tính toán người ta căn cứ vào điện áp, vật liệu làm dây dẫn và tính chất vùng dân cư để quy định tiết diện nhỏ nhất của dây dẫn và dây chống sét như trong bảng 8-2.

Bảng 8-2. Tiết diện nhỏ nhất cho phép của dây dẫn và dây chống sét

Điện áp ( kV) Vùng dân cư Mã hiệu và tiết diện nhỏ nhất của dây dẫn

< 1 kV

1 - 35 kV

110 kV

150 kV

220 kV

Không dân cư

Có dân cư

Không dân cư

Có dân cư

Bất kỳ

Bất kỳ

Bất kỳ

A16, AC10, MC.

A25, AC 25

A 25, AC 16

A35, AC25, C25, MC25.

AC 70

AC120

AC240

Vùng đông dân cư là các thành phố, thị trấn, các xí nghiệp, nhà máy, bến tàu thuyền, bến cảng, nhà ga, công viên, trường học, chợ, bãi tắm…, làng xóm trong hiện tại và tương lai quy hoạch 5 năm tới đã dự kiến.

Vùng không dân cư là vùng không có nhà cửa, mặc dù vẫn có người và các phương tiện máy móc cơ giới nông lâm nghiệp qua lại. Các vườn cây, khu vực có nhà cửa thưa thớt nằm rải rác.

khoảng vượt quan trọng là nơi các đường dây giao chéo, song song nhau, vượt đường sắt, đường quốc lộ, đường dây thông tin, vượt sông hồ….

Khi tính toán và lựa chọn kết cấu đường dây trên không, phải căn cứ vào vùng khí hậu mà đường dây đi qua. Điều kiện khí hậu được quan sát, theo dõi một cách kỹ lưỡng trong một thời gian dài và ở tình trạng bất lợi nhất xảy ra một lần trong chu kỳ quan sát (đối với đường dây có U . 35 kV trong vòng 5 năm, đường dây 110 - 220 kV trong vòng 10 năm, đường dây 330 kV thời gian từ 15 năm trở lên). Điều kiện khí hậu bất lợi cần thu thập là tốc độ gió cực đai v max, nhiệt độ cực tiểu min, nhiệt độ không khí cực đại max.

Căn cứ vào nhiệt độ và tốc độ gió khác nhau ứng với điều kiện khí hậu thường xuyên xảy ra, nước ta tạm thời phân làm 4 vùng khí hậu như đã cho trong bảng 8-3.

Bảng 8-3. Phân vùng khí hậu

Điều kiện tính toán Vùng khí hậu

I II III IV

- Lúc nhiệt độ không khí thấp nhất:

166

Nhiệt độ 0C (min).

Tốc độ gió tương ứng ( m/s ).

- Lúc nhiệt độ không khí cao nhất:

Nhiệt độ 0C (max ).

Tốc độ gió tương ứng ( m/s ).

- Lúc gió lớn nhất:

Nhiệt độ 0C ( bão ).Tốc độ gió tương ứng ( m/s ).

5

0

40

0

25

40

5

0

40

0

25

35

5

0

40

0

25

30

5

0

40

0

25

25

Chú ý:

Nhiệt độ cực tiểu, cực đại và trung bình được xem xét điều chỉnh theo các vùng và theo thời gian do sự biến động của khí hậu, thời tiết. Hiện nay nhiệt độ cực tiểu được điều chỉnh từ 0-50C đối với Miền Bắc, 100C đối với Miền Trung và 150C đối với Miền Nam; nhiệt độ cực đại của cả Ba miền được lấy bằng 400C, nhiệt độ trung bình của cả Ba miền được lấy bằng 300C, nhiệt độ khi có bão của cả Ba miền được lấy bằng 250C.

Tốc độ gió cho ở bảng 8-3 áp dụng đối với đường dây có chiều cao từ 30 m trở xuống.

Nếu chiếu cao từ 30 - < 50 m thì tốc độ gió tăng lên 1,15 lần.

Nếu chiều cao từ 50 - < 70 m thì tốc độ gió tăng lên 1,25 lần.

Nếu chiều cao từ 70 - 100 m thì tốc độ gió tăng lên 1,4 lần.

Nếu đường dây đi qua khu vực thành phố, khu dân cư có chiều cao nhà cửa, công trình công cộng vượt quá 1/3 chiều cao cột điện thì cho phép giảm tốc độ gió trong bảng đi 16%. Khi tính toán thiết kế cho đường dây đi qua các khu vực có điều kiện khí hậu qua điều tra đã xác định được và khác với các thông số cho trong bảng thì lấy số liệu thực tế thu thập tại địa phương để làm căn cứ tính toán.

Trong khi chờ nhà nước có văn bản chính thức về phân vùng khí hậu, ta áp dụng quy định tạm thời, sơ bộ phân vùng khí hậu như sau:

- Vùng I: là vùng ven biển đồng bằng bắc bộ, các hải đảo ...

- Vùng II: là vùng cách bờ biển Bắc Bộ từ 40 - 80 km, vùng ven biển miền trung và miền nam.

- Vùng III: là vùng trung du tây nguyên và cách bờ biển trên 80 km.

- Vùng IV: là vùng núi cao, vùng xa ...

8.2. TẢI TRỌNG CƠ GIỚI TÁC DỤNG LÊN DÂY DẪN

Phụ tải cơ giới chủ yếu tác động lên dây dẫn và dây chống sét của đường dây trên không theo chiều thẳng đứng là trọng lượng dây dẫn và theo chiều nằm ngang là áp lực do gió thổi lên dây. Các phụ tải cơ giới này tạo ra ứng suất trong dây dẫn và xuất hiện sức căng dây. Ngoài ra khi khí hậu thời tiết thay đổi cũng ảnh hưởng đến tình trạng làm việc của đường dây, ảnh hưởng đến sức căng và ứng suất trong dây dẫn. Ứng suất trong dây tăng lên khi nhiệt độ không khí giảm thấp làm cho dây dẫn bị co lại hoặc ứng suất giảm xuống khi nhiệt độ không khí tăng lên, dây dẫn dãn nở dài ra. Như vậy ứng suất và sức căng trong dây dẫn thay đổi khi tải trọng cơ giới tác động lên dây dẫn thay đổi hoặc khi nhiệt dộ môi trường thay đổi. Thường phụ tải cơ giới tác động lên dây dẫn không đồng đều

167

trong một khoảng vượt. Tuy nhiên để đơn giản quá trình tính toán, ta coi như phụ tải cơ giới phân bố đều đặn dọc theo tuyến dây.

8.2.1. Tải trọng riêng do trọng lượng bản thân dây dẫn (g1)

Dây dẫn và dây chống sét chịu tác dụng thường xuyên của tải trọng bên ngoài là gió và sự biến đổi của nhiệt độ, làm cho sức căng và độ võng của nó luôn luôn thay đổi. Để biểu diễn tải trọng của dây dẫn trong tính toán ta dùng khái niệm tải trọng riêng (tỷ tải). Tải trọng riêng là phụ tải cơ giới tác dụng lên chiều dài 1 mét dây dẫn có tiết diện là 1 mm2. Đơn vị tải trọng riêng là N/m.mm2.

Đối với dây dẫn một sợi, tải trọng riêng do trọng lượng bản thân có giá trị là:

g1 = ).

(10..81,9

2

3

mmm

N

F

G

(8-1)

trong đó: G - là khối lượng 1 km cho trong bảng tra cứu ( kg/km );

F - là tiết diện tính toán hay tiết diện thực của dây dẫn ( mm2 );

Nếu cho biết trọng lượng riêng của dây dẫn thì:

g1 = .10-3 ( 2.mmm

N)

Đối với dây dẫn nhiều sợi, tải trọng riêng tăng thêm do chiều dài thực của mỗi sợi dây khác với chiều dài đo được từ 2 - 3% (thường lấy bằng 1,025):

g1 = ( 1,02 - 1,03 ). 9,81 310

F

G( 2.mmm

N) (8-2)

Dây phức hợp làm bằng hai vật liệu, ví dụ dây thép nhôm (AC) thì tải trọng riêng là:

g1 =( 1,02 - 1,03 ). ).

(102

3

mmm

N

FF

FF

FeA

FeFeAA

(8-3)

A, Fe - là trọng lượng riêng của nhôm và thép ( N/dm3);

FA, FFe - là tiết diện phần nhôm và phần thép ( mm2 );

F = FA + FFe - là tiết diện của dây phức hợp AC ( mm2 ).

8.2.2. Tải trọng riêng do áp lực gió lên dây (g2)

Áp lực gió lên dây dẫn và dây chống sét tính toán theo biểu thức:

P = KCxQFC sin (8-4)

trong đó:

K - là hệ số phân bố không đều của gió trong khoảng cột, lấy giá trị như trong bảng 8-4;

Cx - là hệ số khí động học của không khí phụ thuộc vào bề mặt cản gió và đường kính dây;

Với đường kính dây dẫn d < 20 mm, Cx = 1,1;

Đường kính dây dẫn d 20 mm, Cx = 1,2.

Q - là áp lực gió lên dây, xác định theo động năng của gió;

Q = v2/16 (N/m2) (8-5)

FC - là bề mặt cản gió (m2) ;

168

- là góc giữa hướng gió và tuyến dây (trong tính toán lấy giá trị cực đại sin = 1 ).

Bảng 8-4. Hệ số phân bố không đều của gió trong khoảng cột

Tốc độ gió ( m/s) 20 25 30 35

K 1 0,85 0,75 0,7

Áp lực của gió lên 1 mét chiều dài dây dẫn là:

P = k )/(1016

....81,9 32

mNvdCxK

(8-6)

Trong đó k là hệ số tính tới ảnh hưởng của chiều dài khoảng vượt

Bảng 8-5. Hệ số tính tới ảnh hưởng của chiều dài khoảng vượt

Chiều dài khoảng vượt l (m) 50 100 150 250

k 1,2 1,1 1,05 1

Tải trọng riêng của gió là:

g2 = )./(10.16

....81,9 232

mmmNF

vdCk

F

P xK

(8-7)

Tải trọng riêng tổng hợp của dây dẫn bao gồm 2 thành phần: thành phần tải trọng riêng do trọng lượng dây dẫn (theo chiều thẳng đứng) và thành phần tải trọng riêng do áp lực gió thổi lên dây dẫn (theo chiều nằm ngang). Tổng hợp lực theo nguyên tắc cộng véc tơ ta có:

2g

13 gg

g3 = ).

(2

22

21 mmm

Ngg (8-8)

Tải trọng riêng của dây dẫn có thể được tính sẵn cho trong các bảng phụ lục.

8-3. SỨC CĂNG VÀ ĐỘ VÕNG CỦA DÂY

8.3.1 Ứng suất và sức căng của dây dẫn

Giả thiết phụ tải cơ giới phân bố đều dọc theo chiều dài khoảng vuợt với tải trọng riêng là g, dây dẫn được treo tự do tại hai điểm A và B có cùng độ cao thì dây dẫn sẽ võng xuống thành một đường cong có dạng dây xích. Dây dẫn bị võng lý tưởng nghĩa là không bị kéo căng với phương trình biểu diễn là

y = h0 ch và L = 2h0 sh (8-9)

Trong đó:

h0 là khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn tới trục x;

L là chiều dài của dây dẫn trong khoảng cột.

Trục oy là trục đối xứng cuả đường cong treo dây, vị trí trục ox được xác định bởi độ dài của đoạn dây BE có cùng tải trọng riêng g vắt qua ròng rọc lý tưởng (không có ma sát) tại B và cân bằng với đường dây xích.. Khi đó, tải trọng đoạn dây BE chính bằng lực căng dây tại điểm B.

169

Ta có: TB = g.y2. F (8-10)

Tương tự suy ra tại bất kỳ điểm nào trên dây có toạ độ xy đều có một lực kéo Txy tác động theo phương của tiếp tuyến tại điểm đó và trị số bằng trọng lượng của đoạn dây từ điểm đó qua ròng rọc lý tưởng đến trục hoành

Tx,y = g.y.F

Tại điểm thấp nhất T0 = g.h0.F (8-11)

TB - T0 = g.F (y2 – h0) = g.F.f

Biểu diễn sức căng dây qua ứng suất của vật liệu: (B - 0) F = g.F.f

Hay B = 0 + g.f (8-12)

Từ biểu thức trên ta thấy có thể xác định được ứng suất của dây dẫn tại một điểm bất kỳ nếu biết được ứng suất của dây dẫn tại điểm thấp nhất và độ võng của dây dẫn tính từ điểm đang xét đến điểm thấp nhất. Ứng suất của dây dẫn tại điểm treo dây là lớn nhất vì độ võng của dây đến điểm thấp nhất là lớn nhất. Với những đường dây có khoảng vượt ngắn và trung bình, sự khác nhau giứa ứng suất B và 0 là không nhiều (khoảng 0,3%) nên có thể bỏ qua và lấy trị số 0 để tính toán. Đối với những khoảng vượt lớn (khoảng vượt l 700 m) thì phải tính toán ứng suất theo biểu thức 8-12. Khi tính toán dây dẫn có khoảg vượt bình thường (l < 700 m) thì ứng suất tại điểm thấp nhất của đường dây không được vượt quá ứng suất cho phép và ứng suất tại điểm treo dây không được vượt quá 105% ứng suất cho phép đối với dây nhôm và dây thép, không vượt quá 110% đối với dây nhôm lõi thép.

8.3.2 Độ võng và chiều dài dây dẫn trong khoảng vượt

Phương trình biểu diễn đường cong treo dây có dạng hàm cosin hypebolic (hàm chẵn) và phương trình biểu diễn chiều dài dây dẫn trong khoảng vượt có dạng hàm sin hypebolic (hàm lẻ).

y = h0 ch L = 2h0 sh

trong đó x,y là toạ độ các điểm của dây dẫn

h0 khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây đến trục x

170

y2

h0

f

ly

x

A B

E

y

M

Hình 8.1 Đường cong độ võng của dây dẫn

o

T0 = g.h0.F hay 0.F = g.h0.F h0 = (8-13)

Khai triển hai hàm trên ra dạng chuỗi luỹ thừa ta có

chx = 1 + + +… và shx = x + + +… (8-14)

Ta có

y = h0 ch = h0 + . + +… = + . + + … (8-15)

Thay x = ta có y = y2 = h0 + f = + f

y2 = h0 + f = + + +… Vậy + f = + + +… (8-16)

Với khoảng vượt < 700 m, bỏ qua số hạng bậc cao phía sau ta có độ võng của dây dẫn được xác định đơn giản theo phương trình parabol

f = (8-17)

Lưu ý khi tính toán với những đường dây có khoảng vượt lớn khi đi qua những địa hình phức tạp như vượt qua sông, hồ, thung lũng, khe suối... độ võng phải được tính đến 2 số hạng phía sau như công thức 8-16.

L = 2h0 sh = 2(x + + +…) (8-18)

Thay x = ta có L = 2( + + +…) (8-19)

Gần đúng với khoảng vượt < 700m, gần đúng ta có

L = l + (8-20)

Hoặc từ (8-17) ta có = thay vào (8-20) ta có

L = l + = 1 + ( )2. = 1 + (8-21)

Biểu thức (8-17) và (8-20) là hai biểu thức cơ bản dùng để tính toán cơ khí đường dây trên không như tính toán ứng suất, tính độ võng và tính chiều dài dây dẫn. Hai biểu thức đều có dạng parabol vì gần đúng ta đã bỏ qua các số hạng bậc cao phía sau.

8-4. ỨNG SUẤT VÀ ĐỘ VÕNG CỦA DÂY TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU KHÁC NHAU

171

Khi nhiệt độ và tải trọng của dây dẫn thay đổi thì ứng suất và độ võng của nó cũng thay đổi. Trạng thái của dây dẫn được đặc trưng bởi ứng suất và độ võng, nghĩa là trạng thái của dây dẫn thay đổi khi điều kiện khí hậu thay đổi. Để xác định ứng suất của dây trong các điều kiện khí hậu khác nhau, người ta sử dụng phương trình trạng thái của đường dây, phương trình trạng thái của dây xác định được khi ta so sánh hai trạng thái làm việc khác nhau của dây dẫn..

Giả sử ở trạng thái thứ I dây dẫn có nhiệt độ: I; tải trọng riêng gI; ứng suất vật liệu I và chiều dài dây là LI.

Ở trạng thái thứ II, dây dẫn có nhiệt độ là : II( II > I); tải trọng riêng gII; ứng suất vật liệu II và chiều dài dây là LII.

Vì nhiệt độ tăng lên, ở trạng thái tự do chiều dài dây dẫn bị giãn nở và tăng đến giá trị L’

L’ = LI[ 1+ (II - I )] ( 8-22 )

trong đó: - là hệ số dãn nở theo nhiệt độ của nguyên liệu chế tạo dây dẫn ( 1/ 0C).

Do chiều dài tăng lên, nên độ võng của dây cũng tăng từ fI đến fII :

fII = II

IIII

II

II

f

lghay

lg

88

22

( 8-23 )

Mặt khác dưới tác dụng của lực đàn hồi dây dẫn bị ngắn đi một đoạn, chiều dài của dây dẫn có giá trị:

LII = L’[1- (I - II)] = L’[1+ (II - I)] ( 8-24 )

= 1/E là hệ số dãn dài đàn hồi ( mm2/N);

E - là mô đun đàn hồi của dây dẫn ( N/mm2).

Thay giá trị L’ từ ( 8-22 ) vào ( 8-24 ) và biến đổi ta được:

LII = LI[ 1+ (II - I )]. [1+ (II - I)]

LII = LI[ 1 + (II - I) + (II - I) + (II - I)(II - I)] ( 8-25 )

Vì , là những vô cùng bé bậc cao cho nên tích số có thể bỏ qua. Khi đó ta có:

LII = LI[ 1 + (II - I) + (II - I) ] ( 8-26 )

Với LII = l [ 1 + ]24

.2

22

II

II lg

; LI = l [ 1 + ]

24

.2

22

I

I lg

thay giá trị LII và LI từ trên vào ( 8-26 ):

l [ 1 + ]24

.2

22

II

II lg

= l [ 1 + ]

24

.2

22

I

I lg

. [ 1 + (II - I) + (II - I) ]

Vì sự sai khác giữa chiều dài của dây dẫn trong khoảng vượt và chiều dài khoảng vượt là rất nhỏ (thường từ 0,1% – 0,3%) nên gần đúng có thể coi l LII. Vì vậy

l [ 1 + ]24

.2

22

II

II lg

= l [ 1 + ]

24

.2

22

I

I lg

+ l[ (II - I) + (II - I) ]

172

Thay vào và biến đổi, rút gọn ta được = + (II - I) +

hay viết dưới dạng:

II - 2

22

24

.

II

II lg

= I - 2

22

24

.

I

I lg

- )( III

( 8-27 )

Phương trình (8-27) là công thức cơ bản để tính toán dây dẫn gọi là phương trình trạng thái của dây dẫn. Khi biết trạng thái thứ I có ứng suất I ta có thể xác định được II ứng với trạng thái thứ II và ngược lại. Trong phương trình trên, ứng suất xác định được chính là ứng suất tại điểm thấp nhất của dây dẫn. Từ ứng suất và tải trọng riêng ta tính được độ võng của dây:

fII =II

II lg

8

. 2

(8-28 )

Công thức ( 8-28 ) có dạng bậc 3 đối với II. Khi biết điều kiện khí hậu và một trạng thái nghĩa là đã biết các thông số gI, I, I và gII, II, giải phương trình bậc 3 thiếu ta tính được II. Khi đó phương trình có dạng:

II - 2II

B

= A (A và B là các hệ số) ( 8-29 )

Trong phương trình (8-27), người ta thường xác định một trạng thái ứng với điều kiện khí hậu xuất hiện ứng suất lớn nhất, thường lấy bằng ứng suất cho phép (cp) và các thông số như nhiệt độ, tải trọng cũng tương ứng với trạng thái này. Vế kia của phương trình ta thay bằng các điều kiện khí hậu khác nhau, ta sẽ tính được các trị số ứng suất, độ võng, sức căng ở các trạng thái nhiệt độ khác nhau. Người ta xây dựng các đường cong thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ với độ võng, nhiệt độ với ứng suất hay sức căng dây dùng cho thi công gọi là đường cong thi công hay là đường cong lắp dựng.

8-5. ỨNG SUẤT CỰC ĐẠI VÀ KHOẢNG VƯỢT GIỚI HẠN CỦA DÂY DẪN

Ứng suất của dây dẫn thay đổi khi điều kiện khí hậu thay đổi hoặc tải trọng cơ giới tác động lên nó thay đổi. Ứng suất đạt giá trị cực đại có thể xảy ra khi tải trọng cơ giới là lớn nhất (tốc độ gió cực đại) hoặc khi nhiệt độ không khí là thấp nhất (nhiệt độ min). Vì tải trọng lớn nhất thường không đồng thời xuất hiện khi nhiệt độ thấp nhất nên ta cần phải biết ứng với một khoảng vượt nhất định, trong điều kiện nào thì dây dẫn có ứng suất lớn nhất. Muốn vậy ta dựa vào phương trình trạng thái:

II - 2

22

24

.

II

II lg

= I - 2

22

24

.

I

I lg

- )( III

( 8-30 )

Chia 2 vế phương trình ( 8-27 ) cho l2 và lấy giới hạn khi l ta được:

2

2

24 II

IIg

= 2

2

24 I

Ig

hay 2

2

2

2

I

II

I

II

g

g

( 8-31 )

Phương trình (8-31) cho thấy, khi khoảng vượt rất lớn thì ứng suất của dây dẫn chỉ phụ thuộc vào tải trọng cơ giới mà không phụ thuộc vào nhiệt độ. Nghiã là khi khoảng vượt lớn thì ứng suất

173

cực đại (max) xuất hiện ở trong dây dẫn khi tải trọng cơ giới là lớn nhất (khi tốc độ gió đạt giá trị cực đại Vmax).

Với khoảng vượt bé, cho l 0 phương trình trạng thái (8-27) còn lại:

II = I - )( III

( 8-32 )

Phương trình (8-32) cho thấy, với khoảng vượt nhỏ thì ứng suất trong dây dẫn chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và đạt giá trị lớn nhất khi nhiệt độ cực tiểu (min).

Khoảng vượt mà khi đó ứng suất lớn nhất xuất hiện đồng thời trong cả 2 điều kiện Vmax và min

gọi là khoảng vượt tới hạn ( ký hiệu lth ).

Để tìm lth ta cho I và II cùng đạt giá trị max và lấy bằng ứng suất cho phép của vật liệu: max = []cp.

Gọi trạng thái I ứng với I = min; gI = g1 (V = 0).

Trạng thái II ứng với Vmax và gII = g3; II = TB.

Thay số liệu như trên vào ( 8-27), phương trình trạng thái có dạng:

[]cp - 2

223

][24

.

cp

thlg

= []cp - 2

221

][24

.

cp

thlg

- )( min

TB ( 8-33 )

2

223

][24

.

cp

thlg

= 2

221

][24

.

cp

thlg

+ )( min

TB hay )(][24

).(min2

221

23

TB

cp

thlgg

Giải ra:

lth = []cp

21

23

min )(24

ggTB

( 8-34 )

Ở điều kiện min = 50C; TB = 250C, khoảng vượt tới hạn là:

lth = []cp

221

23

][22)525(24

gggcp

( 8-35 )

Xác định khoảng vượt tới hạn lth và so sánh nó với khoảng vượt thực tế ( l ) ta có thể biết được ứng suất cực đại xảy ra khi nào. Như vậy về cơ bản phương trình trạng thái có 2 dạng sau:

Khi l > lth; max xuất hiện khi Vmax thì phương trình trạng thái có dạng:

II - 2

22

24

.

II

II lg

= []cp - 2

223

][24

.

cp

lg

- ( 8-36 )

Khi l< lth ; max xuất hiện khi min ta có:

II - 2

22

24

.

II

II lg

= []cp - 2

221

][24

.

cp

lg

- ( 8-37 )

174

Cho biến thiên từ 50C - 400C sẽ tìm được ứng suất và độ võng tương ứng. Độ võng lớn nhất (fmax) được xác định khi nhiệt độ môi trường = 400C và ngoài trời không có gió (v = 0). Khi l = lth thì có thể dùng một trong hai phương trình để tính toán.

Căn cứ vào sự phụ thuộc giữa ứng suất và độ võng của dây vào nhiệt độ, ta vẽ được đường cong gọi là đường cong lắp dựng. Để giảm bớt khối lượng tính toán, cho nhiệt độ thay đổi mỗi lần 50C, xác định các điểm và vẽ được đường cong lắp dựng có dạng như hình 8-2.

Ứng suất cho phép của dây dẫn []cp là giá trị lớn nhất được chọn trong khi tính toán. Nó là tỷ số giữa sức cản đứt tức thời Fcđ và hệ số an toàn n của dây dẫn:

[]cp = nn

F ghcd

Fcđ và n có thể tra cứu trong bảng phụ lục. Tuy nhiên để thuận tiện trong tính toán ta lấy như sau:

Đối với dây thép nhôm ( AC ): []cp = 78,5 N/mm2

Với dây nhôm tiết diện F 35 mm2: []cp = 62,8 N/mm2.

Dây dẫn nhôm tiết diện F 50 - 120: []cp = 58,8 N/mm2.

Với dây nhôm tiết diện F 120: []cp = 73,5 N/mm2.

Với dây đồng nhiều sợi: []cp = 191 N/mm2.

8-6. TÍNH TOÁN DÂY PHỨC HỢP

8.6.1. Ứng suất và độ võng của dây phức hợp

Dây phức hợp chế tạo từ 2 vật liệu khác nhau như dây nhôm lõi thép, đồng lõi thép... ở đây ta chỉ đi sâu nghiên cứu dây thép nhôm (AC) là loại thông dụng nhất sử dụng cho đường dây trên không. Phần nhôm trong dây AC để dẫn diện, phần thép để tăng cường độ bền cơ học. Khi dây dẫn bị kéo bởi lực căng T0 làm cho dây bị dãn dài ra một đoạn là l thì ứng suất trong phần nhôm và phần thép khác nhau (CA < CFe) vì mô đun đàn hồi của hai vật liệu là khác nhau. Điều đó làm cho việc tính toán dây phức hợp trở nên khó khăn và phức tạp. Để thuận tiện trong tính toán, người ta coi dây AC khi bị tác động của tải trọng cơ giới thì chỉ xuất hiện một ứng suất duy nhất, gọi là ứng suất giả tưởng (gt), nó tượng trưng cho sự làm việc thống nhất của 2 vật liệu chế tạo dây.

Nếu dây AC chịu 1 lực căng là T0 thì ta có:

(

N

mm2) f (m)

f

5 10 15 20 25 30 35 40 (0C)

Hình 8-2. Đường cong lắp dựng

175

gt = FeA

FeA

ACFeA FF

TT

F

T

FF

T

00( 8-38 )

trong đó TA, TFe - là lực tác dụng lên phần nhôm và phần thép trong dây AC.

Từ (8-38) ta rút ra:

T0 = gt(FA + FFe ) = CAFA + CFeFFe ( 8-39 )

CA, CFe - là ứng suất cơ giới của phần nhôm và phần thép.

Khi dây AC chịu lực căng T0 theo định nghĩa ta có E = l

nên l = AC

gt

Fe

CFe

A

CA

EEE

( 8-40 )

EAC - là mô đuyn đàn hồi của dây thép nhôm ( N/mm2).

Từ (8-40) rút ra : gt = CA

E

E

E

EAC

ACFe

AC

Fe

( 8-41 )

CA = gt AC

FegtCFe

AC

A

E

E

E

E ; ( 8-42)

Thay giá trị ( 8-40 ) vào ( 8-39 ) ta được:

EAC ( FA + FFe ) = EAFA + EFeFFe.

hay EAC =EA FA EFeFFe

FA FFe

EA FA EFeFFe

FFeFAFFe

( )1 .

Đặt = FA/FFe ta có:

EAC =

1FeA EE

( 8-43 )

Thay ( 8-43 ) vào ( 8-41 ) được:

gt = CA)1(

A

AFe

E

EE

; gt = CFe)1(

Fe

AFe

E

EE

(8-44)

Độ võng của dây phức hợp là: f = gt

gl

8

2

.

8.6.2. ứng suất và độ võng của dây phức hợp trong điều kiện khí hậu khác nhau

Để xác định ứng suất và độ võng của dây phức hợp trong những điều kiện khí hậu khác nhau, ta vẫn sử dụng phương trình trạng thái có bản của dây dẫn nhưng thay thế các giá trị thích hợp với dây AC. Phương trình trạng thái của dây phức hợp có dạng:

176

gtII - 2

22

24

.

gtIIAC

II lg

= gtI - 2

22

24

.

gtIAC

I lg

- )( III

AC

AC

( 8-45 )

trong đó hệ số dãn dài đàn hồi của dây AC: AC = AFeAC EEE

11

( 8-46 )

Để tìm hệ số giãn nở theo nhiệt độ của dây AC (AC) ta hãy xét một đoạn dây AC. Chiều dài ban đầu ứng với nhiệt độ chế tạo dây 0 (nhiệt độ chế tạo dây, LX thường lấy bằng 150C). Khi nhiệt độ tăng lên, nếu được tự do dãn nở thì phần nhôm dài hơn phần thép do hệ số dãn nở theo nhiệt của nhôm lớn gấp hai lần so với thép. Nhưng vì trong dây AC chúng được bện chặt với nhau nên nó giãn nở bằng nhau và tăng thêm chiều dài một giá trị trung bình là l. Lúc này thép bị kéo, nhôm bị nén. Nếu nhiệt độ môi trường thấp hơn 0 thì ngược lại: thép bị nén, nhôm bị kéo. Trong một trạng thái nhất định, dây luôn ở thế cân bằng, hai lực cân bằng lẫn nhau. Sức căng xuất hiện trong phần nhôm và phần thép do nhiệt độ gây ra ở nhiệt độ khảo sát (quy ước lực kéo có dấu +, nén dấu -)là:

TA = - ( A - AC )(0 - )EAFA ( 8-47 )

TFe = ( Fe - AC )(0 - )EFeFFe ( 8-48)

Cân bằng ( 8-47 ) và ( 8-48 ) rút ra:

AC = hay AC =AFe

AAFeFe

EE

EE

( 8-49 )

8.6.3. Khoảng vượt tới hạn của dây phức hợp

Ứng suất xuát hiện trong dây phức hợp do 2 thành phần là ứng suất cơ giới (do tải trọng cơ giới tác động) và ứng suất nhiệt (chênh lệch nhiệt độ) gây ra. Tổng của 2 ứng suất không vượt quá ứng suất cho phép của dây:

C + nh []cp.

Ứng suất do tải trọng cơ giới và ứng suất do nhiệt độ xuất hiện trong dây quan hệ rất chặt chẽ với nhiệt độ bên ngoài, tức là có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ khu vực mà đường dây đi qua. Ta đi xác định khoảng vượt của dây phức hợp trong đó ứng suất xuất hiện trong cả hai trường hợp: tải trọng cơ giới lớn nhất và nhiệt độ không khí thấp nhất.

Khi chia 2 vế của (8-47) và (8-48) cho FA và FFe ta được ứng suất nhiệt của nhôm và thép (khi đó không cần chú ý đến chiều của lực):

nhA = TA/FA = ( A - AC ) ( 0 - )EA ( 8-50 )

nhFe = TFe/FFe = (Fe - AC) ( 0 - ) EFe ( 8-51)

Khi l = lth thì xuất hiện ứng suất cực đại, ta lấy ứng suất toàn phần (max) bằng ứng suất cho phép của vật liệu, ta có:

CA = [A]cp - nhA. ( 8-52 )

CFe = [Fe]cp - nhFe. ( 8-53 )

177

Thay giá trị của (8-50) vào (8-52) và (8-51) vào (8-53) được ứng suất cho phép do tải trọng cơ giới tác động:

CA = [A]cp - ( A - AC ) ( 0 - )EA ( 8-54 )

CFe = [Fe]cp - ( Fe - AC ) ( 0 - ) EFe ( 8-55 )

[A]cp và [Fe]cp - là ứng suất cho phép của nhôm và thép ( N/mm2).

Theo biểu thức (8-41) ta có:

gt = CA FeACCFe

AAC EE

11

( 8-56 )

Khi bị tác động cơ giới, phần nhôm sẽ bị phá huỷ trước phần thép. Vì vậy để đảm bảo độ bền, ta dùng ứng suất cho phép của nhôm là [A]cp để tính toán. ứng suất giả tưởng cho phép khi tải trọng cơ giới tác động của dây phức hợp. Thay (8-54) vào (8-56) ta được:

gt = {[A]cp - ( A - AC ) ( 0 - )EA}E

EAC

A

( 8-57 )

Xét hai trạng thái: trạng thái I khi nhiệt độ min ứng suất là gtI và tải trọng g1; trạng thái II khi vận tốc gió cực đại Vmax ứng suất là gtII và nhiệt độ tương ứng TB ứng với tải trọng g3 ta có:

gtI = {[A]cp - ( A - AC)(0-min) EA}E

EAC

A( 8-58 )

gtII = {[A]cp - ( A - AC)(0-TB) EA}E

EAC

A( 8-59 )

Thay gtI và gtII vào phương trình trạng thái ứng với l = l th ta rút ra khoảng vượt tới hạn của đường dây là:

lth =

2

2

2

2

min

2424

)(

gtIAC

I

gtIIAC

II

TBAC

ACgtIgtII

gg

( 8-60 )

Vì khi chịu tác dụng của lực cơ giới nhôm bị phá huỷ trước thép, cho nên ta lấy độ bền theo nhôm. Thay (8-58) và (8-59) vào phương trình (8-60) thì khoảng vượt tới hạn có dạng:

lth = 22

min

)()(

)(24

gtI

I

gtII

II

TBA

gg

( 8-61 )

Công thức trên cũng được dùng để tính toán lth của các loại dây phức hợp khác.

8.7. SỨ CÁCH ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ PHỤ CỦA ĐƯỜNG DÂY

8.7.1. Sứ cách điện

178

Sứ cách điện có nhiệm vụ đỡ và giữ cố định dây dẫn với đường dây, cách điện dây dẫn với các phần tử khác của đường dây trên không. Trước đây, sứ cách điện chế tạo bằng vật liệu là cao lanh (đất sét trắng) hoặc thuỷ tinh. Ngày nay công nghiệp hiện đại đang tìm cách chế tạo sứ bằng các vật liệu đặc biệt để tăng cường khả năng cách điện và giảm bớt trọng lượng, kích thước của sứ như vật liệu Composit và các vật liệu khác.

Đối với sứ cách điện, nguyên liệu chế tạo yêu cầu chất lượng rất cao, đồng nhất không có tạp chất. Tuỳ theo điện áp mà người ta phân loại sứ có điện áp dưới 1 kV (sứ hạ áp), sứ có điện áp từ 1 - 35 kV và sứ từ 35 kV trở lên. Ngoài ra tuỳ theo cách đặt mà sứ chia thành sứ đứng và sứ treo.

a. Sứ cách điện đứng

Sứ đứng dùng cho điện áp từ 35 kV trở xuống, nó được chia làm 2 loại: Sứ có điện áp dưới 1 kV và sứ có điện áp từ 1 - 35 kV. Đường dây 35 kV hạn chế sử dụng sứ đứng, chỉ dùng sứ đứng khi dây dẫn có tiết diện nhỏ. Kinh nghiệm vận hành đường dây ở nước ta cho thấy, việc nhập mua sứ của nước ngoài cần được lưu ý vì các loại sứ này khi dùng trong điều kiện khí hậu ẩm ướt của nước ta hay bị rò điện gây sự cố đường dây. Các loại sứ đứng điện áp cao thường gia công các bước ren chính xác dùng để bắt ty sứ. Sự giãn nở về nhiệt của sứ nhỏ hơn nhiều so với thép làm ty sứ, vì vậy để tránh giãn nở làm vỡ sứ, người ta phải quấn quanh của ty sứ một lớp vải hoặc giây gai. Nhờ tính đàn hồi này, ứng lực tác dụng lên sứ giảm đi. Thông số cơ bản của sứ đứng gồm có:U dm, tải trọng phá hoại, kích thước (đường kính, chiều cao sứ). Ngoài ra có thể cho thêm đường kính chân ren bắt ty sứ, dòng ổn định nhiệt. Khi chọn sứ ngưòi ta chọn theoUdm và kiểm tra theo tải trọng phá hoại lớn nhất tác dụng lên đầu sứ. Thông thường chọn sứ đúng điện áp định mức thì lực cho phép trên đầu sứ, tải trọng phá hoại lớn nhất và dòng ổn định nhiệt cũng bảo đảm. Dây dẫn được cố định vào sứ bằng cách dùng dây buộc hay ghíp nối nếu là cột trung gian thì dây dẫn buộc vào khe sứ hay đỉnh sứ bằng các sợi dây kim loại mềm cùng vật liệu với dây dẫn. Nếu là cột đầu, cuối thì dùng sứ kép (sứ đúng) bắt trên xà kép, và dùng sứ kéo (sứ treo) đối với cột vượt. Ở các vị trí cột vượt nếu dùng sứ đứng thì dùng loại sứ kép bắt chặt dây dẫn theo hình cánh cung hay hình quả trám, nếu sứ treo thì dây dẫn được nối với nhau bằng dây lèo.

+ Sứ đường dây hạ áp, điện áp dưới 1000 V.- Sứ do Việt Nam sản xuất có nhãn hiệu H104, H103, H102, H101, A20, A30 ...- Sứ nhập từ Liên Xô (cũ) tương ứng có : T4, T3, T2, T1.Loại sứ nhỏ nhất là H104 và T4 dùng cho dây dẫn có tiết diện từ 10 - 16 mm2.Sứ H103 và T3 dùng cho dây dẫn tiết diện từ 25 - 35 mm2.Sứ H102 và T2 dùng cho dây dẫn tiết diện từ 50 - 70 mm2.Còn sứ H101 và T1 dùng cho dây dẫn tiết diện từ 95 mm2 trở lên.Các loại sứ trên và sứ A20 dùng cho cột trung gian.Đối với sứ A30 và sứ A K Liên Xô ( cũ) dùng cho các cột đầu, cuối, néo và góc rẽ.+ Sứ dùng cho đường dây điện áp từ 1-35 kV.

179

Sứ do Việt Nam sản xuất có các chữ và con số kèm theo chỉ điện áp ký hiệu là VHD6, VHD10, VHD35. Sứ do Liên Xô cũ sản xuất: Đối với cột trung gian dùng loại UIC, các cột đầu, cuối, hãm dùng loại III

b. Sứ cách điện treo

Sứ treo dùng cho điện áp từ 35 kV trở lên. Để tăng cường sự cách điện hay giảm sự phóng điện của dây dẫn đối với sứ, người ta thường chế tạo thành 2 hay nhiều tầng (có các áo sứ khác nhau) gọi là bát sứ. Các tầng được gắn với nhau bằng vữa chịu lực cao, các sứ treo nối tiếp nhau thành chuỗi sứ. Sứ treo gồm có các bát sứ gắn với nhau bằng vữa, trên là chụp bằng kim loại có lỗ đặt chốt nối với bát sứ trên cùng. Nếu chuỗi sứ chỉ giữ chặt dây dẫn thì gọi là chuỗi sứ treo, Nếu chuỗi sứ căng dọc theo dây dẫn gọi là sứ kéo. Sứ kéo dùng cho các cột đầu, cuối, hãm hay cột vượt.

Ngày nay người ta thay dần các chuỗi sứ do Liên Xô (cũ) sản xuất bằng các loại sứ thuỷ tinh của Italia và các một số nước khác. Ví dụ đường dây 10 kV đến 35 kV dùng 1-3 bát sứ, đường dây 110 kV dùng 7-8 bát sứ, ... đường dây 220 kV hiện nay dùng khoảng 13 bát sứ. Số bát sứ dùng trong một chuỗi sứ phụ thuộc vào điện áp của đường dây cho trong bảng sau.

Bảng 8.6. Số bát sứ cách điện trong chuỗi sứ do Liên Xô cũ sản xuát

Đặc điểm chuỗi sứSố bát sứ và thông số theo điện áp kV

35 110 220

Số sứ

Chiều dài (m)

Trọng lượng (kG)

3

0,9

25

7

1,5

50

13

2,7

95

Theo " quy trình trang bị điện" đối với đường dây điện áp từ 35 - 110 kV số bát sứ của chuỗi sứ kéo nhiều hơn sứ treo một chiếc. Ngoài ra những nơi dễ xảy ra nguy hiểm như khu vực lò hơi ..., người ta còn dùng còn loại sứ tăng cường hay loại sứ treo nhiều tầng.

8.7.2. Các loại xà

Xà thường được chế tạo bằng thép góc loại khoẻ chịu lực, thường là loại thép góc 63x63x6 mm hoặc lớn hơn. Đôi khi ở đường dây cao áp người ta còn dùng xà bằng bê tông cốt thép hoặc xá là một tổ hợp các thanh thép chịu lực. + Xà cao áp thường có các ký hiệu như sau:

X1 là xà đơn 3 sứ đứng dùng để đỡ dây dẫn trên cột trung gian.X2A là xà kép 6 sứ dùng để cố định dây dẫn ở các vị trí đầu cuối, néo.X2B là xà kép 4 sứ dùng để rẽ nhánh, chuyển hướng dây hay ở các vị trí cột góc.X3 là xà đơn 6 sứ dùng để đỡ dây dẫn trên các cột vượt.Các loại xà có ký hiệu từ X4 trở đi dùng cho các vị trí cột xuất tuyến và đỡ dây đến, xà đỡ dây

xuống, xà đỡ cầu dao ... ở các trạm biến áp hay phân đoạn.+ Xà hạ thế

180

Xà hạ thế dùng cho đường dây 3 pha 4 dây, 2 pha 3 dây, một pha hai dây. Đối với xà dùng cho đường dây 3 pha 4 dây, theo chức năng và công dụng người ta chia ra các loại xà như xà đơn, xà kép, xà có 4 lỗ hay 2 lỗ, xà bắt cột đơn hay cột kép ... Tuỳ theo từng địa phương xà hạ thế có thể có các ký hiệu như sau:

XD4S là xà đơn 4 sứ .XK4S là xà kép 4 sứ ...Để biểu thị đầy đủ chức năng và công dụng của các loại xà nhằm tiêu chuẩn hoá khi chế tạo

người ta còn dùng các ký hiệu như: 413HKD; 421KKD; 413KDK ... trong đó:Con số thứ nhất chỉ số lỗ bắt sứ.Con số thứ hai chỉ số tầng bắt xà.Con số thứ 3 chỉ loại xà đơn hay xà kép: số 1 là xà đơn; số 3 là xà kép.Chữ cái thứ nhất chỉ kiểu cột mắt vuông, mắt chéo hay ly tâm.Chữ cái thứ hai chỉ cột đơn (D) hay cột kép (K)Chữ cái thứ ba chỉ xà bắt mặt đơn (D) hay mặt kép (K)Tuỳ theo loại xà đơn hay xà kép mà xà được bắt chặt vào cột bằng 2 bu lông với thanh ốp xà

hoặc 4 bu lông. Đối với xà cao áp còn dùng ốp chân sứ . Sứ được bắt vào xà bằng các ty sứ. Đối với đường dây hạ áp, ty sứ chỉ có ren ở phần chân còn đầu được cắm vào sứ bằng xi măng mác cao. Ty sứ ở đường dây điện áp cao cả 2 đầu đều có ren để vặn vào sứ và bắt vào xà.

8.7. 3. Néo cột

Ở những vị trí quan trọng như cột đầu, cột cuối, cột góc ... do tải trọng tác động lên cột lớn nên cần phải có néo đề phòng gẫy cột khi thi công đường dây và khi làm việc bình thường.

Néo cột gồm các chi tiết như sau: côlyê và bu lông bắt vào cột, dây néo, mỏ giữ néo, tăng đơ và giằng néo. Cần chú ý, khi thi công đường dây phải bắt néo trước khi kéo dây.

8.7. 4. Các thiết bị khác

+ Các loại kẹp nối dây và giữ dây dẫn: gồm có các loại ghíp để nối dây dùng sứ đứng như ghíp 2 bu lông, ghíp 3 bu lông, ghíp xử lý dùng để nối 2 dây dẫn bằng 2 kim loại khác nhau như đồng nhôm ...Các loại kẹp dùng kẹp dây dẫn vào chuỗi sứ cho sứ treo như kẹp chắc, kẹp trượt, kẹp dao động ... Đối với cáp điện áp cao người ta nối bằng phễu cáp.

+ Ống nối: Dùng để nối dây dẫn của DDK nó đảm bảo yêu cầu chắc chắn, tiếp xúc tốt không bị phát nóng dữ dội khi có dòng tải đi qua. Nó có hai kiểu là ống nối kiểu ô van dùng cho các dây có tiết diện tới 185 mm2 và ống nối kiểu ép dùng cho các dây có tiết diện từ 240 mm2 trở lên.

+ Các loại khác: đường dây trên không còn dùng các loại thiết bị khác như: cơ cấu phân đoạn, tạ chống rung, kháng điện ... Ngoài ra còn bố trí các cọc tiếp địa tại các cột đầu cuối, rẽ nhánh chỗ đông người qua lại đối với đường dây hạ áp. Còn đường dây cao áp thì cứ một đến 2 cột cần dùng một cọc tiếp địa. Đối với các đường dây điện áp từ 220 kV trở lên có phân nhỏ dây dẫn các pha, để giữ cho khoảng cách giữa các dây dẫn không đổi người ta sử dụng các thanh giữ phân pha.

181

8.7. 5. Một số quy định khi thiết kế đường dây

Bảng 8.7 Khoảng cách tối thiểu giữa các pha và các bộ phận cột

TT Điều kiện tính toánKhoảng cách cách điện nhỏ nhất cho phép (cm)

10kV

22 kV 35 kV 110 kV 220 kV 500 kV

I Quá điện áp khí quyển (sứ đứng)

Quá điện áp khí quyển (sứ treo)

15/20

20/20

25/45

35/45

35/50

40/50 110/135 180/250 320/400

II Quá điện áp nội bộ 10/22 15/35 30/44 80/100 160/200 300/420

Chú ý: - tử số là khoảng cách tối thiểu giữa dây dẫn và các bộ phận cột.

- mẫu số là khoảng cách điện tối thiểu giữa pha - pha.

Bảng 8.8 Khoảng cách giữa các đường dây đi chung một cột (m)

Điện áp định mức < 1 kV 22 kV 35 kV 110 kV 220 kV

< 1 kV 1,2 2

22kV Sứ đứngSứ treo

22

33

3,54

56

35 kV Sứ đứngSứ treo

2,53

3,54

56

110 kV 4

220 kV 6

Bảng 8.9 Khoảng cách an toàn đến các vật thể ở gần (m)

TT Điện áp (kV) Đến 22 35 110 220 500

1 Đến mặt đất thưa dânĐến mặt đất đông dânNơi khó qua lại

67

78

10148

2 Đến ngọn cây 2 2 3 4 6

3 Đến nhà, công trình 2 3 4 6 10

4 Đến mặt nước cao nhất không có thuyềnĐến mặt nước cao nhất có thuyền

2,55,5

36

47

58

5 Đến đỉnh cột buồm 1,5 2 3 4

Bảng 8.10 Khoảng cách giao chéo và đi gần (m)

182

TT Điện áp (kV) 10 22 35 110 220 500

1 K/c giữa 2 đường dây giao nhau 2 2,5 3 4 4,5 5,5-8

2 K/c giữa 2 đường dây đi gần nhau 4,5 4 5 7

3 K/c đến anten phát thanh sóng trung, dài 150 200 200

4 K/c từ đường dây đến đường sắt 3 3 6 8 12

5 K/c giữa đường dây với đường điện yếu 2 3 4 5

Bảng 8.11 Khoảng cách từ dây dẫn đến mặt đất (m)

TT Khoảng cách từ dây dẫn đến mặt đất < 1 1-20 35-110 150 220

1 Qua khu vực không dân cư 5 6 6 6,5 7

2 Qua khu vực dân cư, khu CN 6 7 7 7,5 8

3 Vượt đường sắt 7,5 7,5 7,5 8 8.5

4 Vượt đường ô tô chở hàng 6 7 7 7,5 8

Bảng 8.12 Các kích thước kết cấu của đường dây trên không (m)

TT Điện áp (kV) K/c giữa các dây dẫn (m)

Chiều dài khoảng vượt (m)

Chiều cao cột điện(m)

K/c an toàn đường dây hcp (m)

1 < 1 kV 0,5 40 - 50 8 - 9 6 - 7

2 6 – 10 kV 1 50 - 100 10 6 - 7

3 35 kV 3 150 - 200 10 6 - 7

4 110 kV 4 170 - 250 13 - 14 6 – 7

5 220 kV 7 250 – 350 25 - 30 7 – 8

6 330 kV 9 300 - 400 25 - 30 7,5 – 8

7 500 kV 12 350 - 450 25 - 30 8

8 750 kV 15 450 - 750 30 - 41 10 – 12

8-8. MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG

Sự cố đường dây trên không chủ yếu là do quá điện áp khí quyển hay thao tác vận hành, thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh, tác động của gió, băng đóng trên dây dẫn, do dây bị rung, bị đu đưa, do không khí bị ô nhiễm....

183

+ Quá điện áp khí quyển trên đường dây gây ra do ảnh hưởng của sét đánh vào đường dây. Thời gian tác động của quá điện áp khí quyển thường ngắn nhưng với cường độ lớn, điện áp cao làm phá vỡ sứ, đánh thủng cách điện gây ngắn mạch. Các thiết bị bảo vệ sẽ tác động ngắt mạch điện làm gián đoạn quá trình cung cấp điện. Quá điện áp thao tác hay quá điện áp nội bộ do khi đóng cắt các máy cắt điện. Hiện tượng này cũng có thể gây hư hỏng cách điện giống nhu khi bị quá điện áp khí quyển. Đối với các đường dây có điện áp thấp đến 220 kV thì quá điện áp xảy ra chủ yếu là do quá điện áp khí quyển vì mức cách điện của đường dây không cao. Đối với đường dây có điện áp Udm>220 kV thì nguy hiểm xảy ra la do quá điện áp nội bộ.

+ Nhiệt độ không khí có thể dao động mạnh, biên độ dao động có thể từ -400C đến +400C tuỳ thuộc vào khu vực đường dây đi qua. Khi nhiệt độ không khí tăng cao, dây dẫn dãn nở và bị võng xuống có thể làm cho khoảng cách an toàn không đảm bảo. Khi nhiệt độ không khí giảm thấp, điều kiện toả nhiệt tốt hơn nhưng dây dẫn bị co lại làm cho ứng suất trong dây dẫn tăng lên có thể nguy hiểm cho dây nếu ứng suất vượt quá ứng suất cho phép.

+ Tác động của gió tạo ra một lực phụ thêm theo chiều nằm ngang làm tăng phụ tải cơ giới tác động lên dây dẫn, dây chống sét và cột. Tác động này làm cho ứng suất trong các vật liệu tăng lên, khi bị bão hoặc lốc xoáy có thể làm cho cột bị uốn mạnh gây đổ, gẫy; dây dẫn bị đứt gây sự cố.

+ Dây dẫn bị rung trong quá trình vận hành, gây ra do những làn gió nhẹ tạo các dòng xoáy không khí trên bề mặt dây dẫn. Dây dẫn bị dao động với tần số cao (5 – 50 Hz) và chiều dài sóng ngắn (2 – 10m), biên độ dao động không đáng kể thường từ 2 đến 3 lần đường kính của dây. Sự rung này sẽ làm cho vật liệu làm dây dẫn bị mỏi, một số sợi dây nhỏ của dây vặn xoắn bị đứt tại chỗ kẹp dây ở gần cột. Khả năng chịu lư của dây dẫn sẽ bị kém đi, khi số lượng sợi dây bị nhỏ bị đứt nhiều dẫn đến dây dẫn bị đứt khi có tải trọng cơ giới tác động mạnh.

+ Dây dẫn bị đu đưa do dao động với tần số thấp từ 0,2 – 0,4 Hz, chiều dài sóng lớn bằng từ một đến hai khoảng vượt và biên độ lớn từ 0,5 đến 5m hoặc lớn hơn. Thời gian dao động thường không lớn nhưng đôi khi cũng kéo dài trong vài ngày. Hiện tượng dây đu đưa xảy ra khi gió manh, đường dây có tiết diện lớn. Dây đu đưa sẽ làm tăng lực tác động lên dây dẫn và cột có thể làm dây bị đứt và làm cột bị gãy. Dao động mạnh sẽ làm cho khoảng cách cách điện bị thu hep, có thể dẫn đến phóng điện giữa các pha. Hiện tượng dây đu đưa xảy ra tuy không nhiều nhưng khí xảy ra sẽ dẫn đến những sự cố nặng nề.

+ Không khí bị ô nhiễm trong khu vực đường dây đi qua là nguy hiểm vì có những tạp chất hoá học, bụi bẩn lắng đọng trên bề mặt cách điện đường dây và các thiết bị khác. Khi thời tiết ẩm ướt sẽ tạo thành những đường dẫn gây phóng điện trên bề mặt. Sự cố này xảy ra không chỉ khi có hiện tượng quá điện áp mà thậm chí xảy ra ngay cả ở điều kiện vận hành bình thường. Không khí ô nhiễm đôi khi làm cho dây dẫn bị ăn mòn (vùng gần bờ biển hơi nước có muối mặn, khu vực nhà máy hoá chất có thể có chất ăn mòn dây dẫn) làm cho tiết diện dây bị giảm dễ ây sự cố cho đường dây.

184