- Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - Thông số vật lý và thông số tính toán của dây dẫn. - Thông số tính toán của dây dẫn. - 14 Trạng thái làm việc của dây dẫn. - Thành lập phương trình trạng thái của dây dẫn. - Các lực cơ bản tác dụng lên dây dẫn. - Phương trình trạng thái của dây dẫn. - Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao khác nhau. - Khoảng cột tới hạn của dây dẫn. - 43 2.1.1 Dây dẫn truyền thống. - 43 2.1.2 Dây dẫn công nghệ mới. - Các lợi ích và khả năng ứng dụng của dây dây dẫn công nghệ mới. - 47 Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 32.3. - Tính toán so sánh lựa chọn dây dẫn. - Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010 Tác giả Nguyễn Mạnh Dũng Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 6 MỞ ĐẦU 1. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 7Để đường dây được vận hành an toàn, chất lượng điện năng tốt cần phải đảm bảo đầy đủ các yếu tố như: Khả năng chuyên tải công suất của đường dây, khả năng chịu lực của cột, khoảng cách an toàn của dây dẫn, khoảng cách giữa các pha đảm bảo. - Vì vây, đề tài “Nghiên cứu đặc tính cơ học của đường dây trên không và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế đường dây tải điện trên không ở Việt Nam” sẽ phần nào giải quyết được các yếu tố trên. - Đối tượng và phạm vi áp dụng của đề tài Đề tài này tập trung nghiên cứu đặc tính cơ học của dây dẫn công nghệ mới và áp dụng vào thiết kế đường dây tải điện trên không ở Việt Nam. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 8 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY 1.1 Tổng quan về thiết kế đường dây tải điện trên không 1.1.1. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 9Ngoài ra trong thiết kế phải tính toán cột, móng cột: Móng cột đảm bảo khả năng lún, lật và nhổ của móng cột. - Chọn dây dẫn. - Ứng suất trong dây dẫn được tính toán tuân theo phương trình trạng thái của dây dẫn. - Độ võng của dây dẫn. - Khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn (nếu biết chiều cao của hai điểm dây dẫn) đến đất. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 10+ Kiểm tra khoảng cách pha giữa các pha của dây dẫn theo công thức λ. - f: Độ võng của dây dẫn (m. - Thông số vật lý và thông số tính toán của dây dẫn 1.2.1.1. - Thông số cơ bản cho tính toán đường dây trên không - Tiết diện dây dẫn: S [mm2. - Đường kính của dây dẫn: d [mm. - Khối lượng đơn vị của dây dẫn: P [kg/m] hay [daN/m. - Mô đun đàn hồi của dây dẫn: E [kg/mm2. - Hệ số nở dài của dây dẫn: α (1/0C. - Áp lực gió tác động vào dây dẫn: Q (daN/m2. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 11Ở đây. - Dạng địa hình Độ cao, m A B C Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 12 Dạng địa hình Độ cao, m A B C γsd là hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định của công trình là khác nhau, tuân theo bảng 1.2. - Thông số tính toán của dây dẫn: 1. - Tải trọng đơn vị của dây dẫn g1 = P/S [daN/m.mm2]. - P: khối lượng 1m dây dẫn [daN/m]. - S: Tiết diện dây dẫn [mm2]. - Cx: Hệ số khí động học của dây dẫn (Hệ số xem xét theo cỡ dây). - Q: Áp lực gió tác động lên dây dẫn (daN/m2). - Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái nhiệt độ thấp nhất là tải trọng riêng của dây dẫn g1 = P/S. - Trạng thái nhiệt độ không khí trung bình Trạng thái làm việc lâu dài của dây dẫn. - Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái nhiệt độ không khí trung bình là tải trọng riêng của dây dẫn g1 = P/S. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 15+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t0C = 400C. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 161.2.2.3. - Thành lập phương trình trạng thái của dây dẫn 1.2.3.1. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 171.2.3.2. - S: Tiết diện dây dẫn. - σ: Ứng suất của dây dẫn tại vị trí độ võng thấp nhất. - Ta có: Theo công thức (1.12) ta có: σ==.2a.ghY2AA (1.18) Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 20σ==.2b.ghY2BB (1.19) B = l - a (1.20) Độ lệch giữa hai điểm treo dây A, B là h∆ )ab(.2gtg.1hh22A−σ=θ. - l.glLσ+= (1.35) Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng l.glLσ+= (1.36) l.2h.24l.g1)ll(.48g2ll2LLL σ+=+σ. - (1.39) Lcs, LTT: Chiều dài dây dẫn tại trạng thái cơ sở và trạng thái tính toán. - Việc thay đổi trạng thái của dây dẫn đến việc thay đổi chiều dài của dây một đoạn L. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 253. - Các trạng thái còn lại của dây dẫn được tính theo trạng thái cơ sở này (căn cứ theo phương trình trạng thái). - Từ phương trình trạng thái của dây dẫn (1.44) ta thấy ứng suất trong dây dẫn phụ thuộc vào khoảng cột. - Khi khoảng cột thực tế lớn hơn hoặc nhỏ Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 26hơn khoảng cột tới hạn thì ứng suất lớn hơn giá trị cho phép sẽ xuất hiện ở một trạng thái tuỳ theo tính chất trạng thái đó. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 273.1.2.1. - Ta lấy ứng suất trong dây dẫn ở trạng thái này bằng ứng suất cho phép. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 30* Vẽ đồ thị của đường ứng suất ở trạng thái nhiệt độ trung bình )l(f31t=σ: Lấy trạng thái lạnh nhất làm trạng thái suất phát. - Ta lấy ứng suất trong dây dẫn ở trạng thái này lạnh là ứng suất cho phép lớn nhất maxσ. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 332. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 343. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 354. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 365. - Lực tác dụng của lực căng bản thân dây dẫn (ứng suất trong dây dẫn). - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 37Lực do trọng lượng dây được dùng để tính móng cột. - S Trong đó: maxσ: ứng suất cho phép lớn nhất trong dây dẫn. - S: Tiết diện của dây dẫn. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 38Tiết diện dây > 240mm2: k = 0,4 đối với cột thép. - α Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 39ở chế độ sự cố lực căng dây T = Tsc = Tmax, Để thiết kế được ta phải tính được các lực tác dụng lên cột, để kiểm tra cột có đủ chịu lực không. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 40Bảng 1.4: Khoảng cách an toàn nhỏ nhất hmin của dây dẫn tới mặt đất. - (1.53) Sau khi tính được khoảng cột tính toán tạm thời ta còn phải: Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 41+ So sánh với giá trị của các khoảng cột tới hạn 12k, 11k, 13k để xem xét trạng thái cơ sở chính thức của đường dây, từ đó tính lại chính xác khoảng cột tính toán. - (1.55) Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 42Hình 1.13. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 45 Hình 2.5: Dây dẫn ZTACIR 2.1.2.4 Dây nhôm lõi thép tăng cường, chịu nhiệt (ACSS, ACSS/TW) Dây dẫn ACSS, các sợi dây nhôm được ủ nhiệt quấn xoắn quanh lõi thép, nhiệt độ vận hành đến 200oC. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 46Các dảnh bên ngoài của loại dây này được chế tạo từ kim Al-Zr đã được tôi cứng, chịu nhiệt, có thể vận hành ở nhiệt độ cao (liên tục ở 210oC, 240oC trong các trường hợp khẩn cấp quá tải ngắn hạn). - Dây dẫn nhôm lõi composite (ACCC/TW) Hình 2.7: Dây dẫn ACCC b. - Dây dẫn nhôm lõi Composite (ACCR, ACCR/TW) Hình 2.8: Dây dẫn ACCR Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 472.2. - Nhiệt độ dây dẫn(oC) Span – Khoảng cột l=300m Sag (m. - Độ võng f (m) Knee point Temp – Điểm gãy theo nhiệt độ Hình 2.11: Quan hệ độ võng theo nhiệt độ của các dây dẫn GZTACSR, GTACSR và ACSR (F=240mm2, khoảng cột 300m) Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 50 Conductor temperature (oC. - Nhiệt độ dây dẫn(oC) Sag (ft. - Khả năng tải của dây dẫn được tính theo điều kiện kỹ thuật. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 53R0 là điện trở của đường dây : Với dây ACCC R0= 0,1279 Ω/km. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 543.2. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 704. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 743.3 Từ kết quả tính toán và đồ thị lập bảng tổng kết: a. - Lth (km Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 75c. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 80- Với cosϕ = 0,87, chiều dài đường dây l = 30,3km ta có dòng làm việc lớn nhất cho đường dây 1 mạch không có dự phòng là Imax=1,02kA. - Qmax 20 5 Nhiệt độ không khí lớn nhất 0 40 Tuyến đường dây 110kV Long Bối – Tiền Hải đi trên phạm vi huyện Đông Hưng và huyện Tiền Hải – tỉnh Thái Bình đều thuộc vùng gió IVB có giá trị W0 = Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 81155daN/m2. - Q = W0.k.γ daN/m2) 3.Tính toán tải trọng đơn vị tác động lên dây dẫn: Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 82Áp dụng công thức (1.1) và (1.3) ta có bảng kết quả tải trọng đơn vị cho các loại dây dẫn. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 831. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 92Do khoảng cột tính toán là khoảng cột dài nhất nên độ võng cũng là độ võng lớn nhất fmax. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 93Như vậy trạng thái xuất phát phải là trạng thái bão là đúng. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 97So sánh với bảng kết quả khoảng cột tới hạn ta thấy: Khoảng cột thực tế nằm trong khoảng tới hạn l2k và l3k: l1k ảo, 118,57=l2k < l < l3k= 367,7. - Vậy dây dẫn vận hành đảm bảo an toàn. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 98+ Tại vị trí cột số 3 (cột đỡ vượt Đ111-20m), chiều cao của dây pha thấp nhất (tính từ mốc 0) trong cắt dọc là m. - Trong chế độ vận hành bình thường - Khi đứt một dây dẫn ở khoảng cột liền kề (đối với dây dẫn nhỏ hơn 185mm2) 7 5 7 5 Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 99Căn cứ theo hai mục trong Quy phạm trang bị điện đã được nêu ở trên, ta thấy. - Với những nhận xét trên tác giả nhận thấy luận văn “Nghiên cứu đặc tính cơ học của đường dây trên không và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế đường dây tải điện trên không ở Việt Nam„ hoàn toàn có thể đưa vào áp dụng trong thiết kế thực tế ở Việt Nam. - Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam Nguyễn Mạnh Dũng 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt