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
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.63 MB, 104 trang )
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------------
Nguyễn Mạnh Dũng
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
Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS TRẦN BÁCH
Hà Nội - 2010
Nguyễn Mạnh Dũng
1
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 6
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG
............................................................................................................................... 8
VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY .................................. 8
1.1 Tổng quan về thiết kế đường dây tải điện trên không................................. 8
1.1.1. Các yêu cầu cần có đối với thiết kế đường dây trên không ................ 8
1.1.2. Các vấn đề cần lưu ý trong thiết kế đường dây tải điện trên không ... 9
1.1.3. Kết luận ............................................................................................. 10
1.2. Cơ sở lí thuyết của cơ lý đường dây ........................................................ 10
1.2.1. Thông số vật lý và thông số tính toán của dây dẫn........................... 10
1.2.1.1. Thông số cơ bản cho tính toán đường dây trên không ...................... 10
1.2.1.2. Thông số tính toán của dây dẫn:........................................................ 13
1.2.2. Các chế độ tính toán của đường dây trên không............................... 14
1.2.2.1. Các chế độ làm việc của đường dây trên không ................................ 14
Trạng thái làm việc của dây dẫn .................................................................... 15
1.2.2.2. Trạng thái sự cố ................................................................................. 15
1.2.2.3. Trạng thái khi thi công đường dây..................................................... 16
1.2.3. Thành lập phương trình trạng thái của dây dẫn ................................ 16
1.2.3.1. Các lực cơ bản tác dụng lên dây dẫn................................................. 16
1.2.3.2. Phương trình treo dây giữa hai điểm có độ cao bằng nhau. ............. 17
1.2.3.3. Phương trình treo dây giữa hai điểm có độ cao khác nhau (Hình 1.3)
......................................................................................................................... 19
1.2.4. Phương trình trạng thái của dây dẫn. ................................................ 22
1.2.4.1. Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao bằng nhau........... 23
1.2.4.2. Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao khác nhau. .......... 24
1.2.5. Khoảng cột tới hạn của dây dẫn........................................................ 24
3.1.2. 2. Khoảng cột tới hạn........................................................................ 29
3.1.3. Tính các trạng thái............................................................................. 31
1.2.6. Các lực tác động lên cột của ĐDK.................................................... 36
1.2.6.1. Các lực tác động lên cột................................................................. 36
1.2.6.2. Các khái niệm cần biết trong tín toán lực tác động lên cột........... 39
CHƯƠNG 2 DÂY DẪN CÔNG NGHỆ MỚI................................................ 43
2.1.1 Dây dẫn truyền thống:........................................................................ 43
2.1.2 Dây dẫn công nghệ mới ..................................................................... 43
2.2. Các lợi ích và khả năng ứng dụng của dây dây dẫn công nghệ mới........ 47
Nguyễn Mạnh Dũng
2
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
2.3. Đặc tính kỹ thuật của dây công nghệ mới................................................ 50
CHƯƠNG 3 KHẢ NĂNG TẢI CỦA DÂY DẪN CÔNG NGHỆ MỚI........ 52
3.1.Khái niệm chung. ...................................................................................... 52
3.2. Kết quả tính toán và lập đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất giới hạn
PU và PI theo cosϕ của các loại dây dẫn CNM, cho ĐZ 110kV, 220kV với các
chiều dài ĐZ khác nhau................................................................................... 54
3.2.1. Kết quả tính toán............................................................................... 54
3.2.2. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số cosϕ và công suất cho đường
dây 110kV và 220kV với các chiều dài đường dây khác nhau. .................. 54
3.3 Từ kết quả tính toán và đồ thị lập bảng tổng kết: ..................................... 74
CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH ÁP DỤNG DÂY DẪN CÔNG NGHỆ MỚI ĐỂ
CẢI TẠO, NÂNG CẤP ĐDK........................................................................... 77
4.1 Hiện trạng đường dây được cải tạo ........................................................... 77
4.2. Phương án cải tạo của đường dây: ........................................................... 79
4.2.1. Sự cần thiết phải cải tạo: ................................................................... 79
4.2.2. Lí do lựa chọn dây CNM: ................................................................. 79
4.2.3. Phương án cải tạo:............................................................................. 79
4.3. Tính toán so sánh lựa chọn dây dẫn:........................................................ 80
4.3.1 Các chế độ tính toán........................................................................... 80
4.3.2. Tính toán lực do dây dẫn tác dụng lên cột để lựa chọn dây dẫn về mặt
cơ lí đường dây:........................................................................................... 82
4.4.Tính toán kiểm tra điều kiện làm việc của dây dẫn về ứng suất và độ võng
..................................................................................................................... ....88
4.5. Kiểm tra khoảng cách giao chéo an toàn từ đường dây 110kV đến các
đường dây có điện áp thấp hơn và đường giao thông:.................................... 97
4.6. Kết luận: ................................................................................................. 101
KẾT LUẬN:..................................................................................................... 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 104
Nguyễn Mạnh Dũng
3
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan 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” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Nội dung trong luận văn có
tham khảo, sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và
các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn. Các số liệu, kết quả trình bày trong
luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào trước
đây./.
Tác giả luận văn
Nguyễn Mạnh Dũng
Nguyễn Mạnh Dũng
4
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
Lời cảm ơn
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự
hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, đồng nghiệp và các bạn.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới:
Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học, Bộ môn Hệ thống điện trường Đại
Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học
tập và hoàn thành luận văn.
PGS. TS Trần Bách, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động
viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.
Ban Giám đốc cơ quan, các cán bộ Phòng tư vấn và thiết kế điện đã tạo điều
kiện và giúp đỡ tôi để tôi có thời gian thể hoàn thành được luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho tôi
những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn bố mẹ anh chị em đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp
đỡ tôi học tập, làm việc và hoàn thành luận văn..
Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010
Tác giả
Nguyễn Mạnh Dũng
Nguyễn Mạnh Dũng
5
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài:
Trong hệ thống điện, lưới điện đảm nhận vai trò truyền tải và phân phối điện
năng từ nguồn điện đến các phụ tải điện thông qua các loại đường dây và trạm biến áp.
Lưới điện cần thiết phải đảm bảo các chỉ tiêu cần thiết như sau:
1- An toàn điện;
2- Chất lượng điện năng;
3- Độ tin cậy cung cấp điện;
4- Hiệu quả kinh tế.
Việc nghiên cứu lưới điện truyền tải, đặc biệt là hệ thống các đường dây tải
điện trên không có cấp điện áp 110kV, 220kV đang là vấn đề được Ngành điện và các
Cơ quan chuyên ngành quan tâm nhất bởi các lý do sau:
- Tốc độ tăng trưởng phụ tải nhanh, mật độ phụ tải lớn nên bán kính cấp điện
giữa các trạm 110kV ngày càng ngắn lại, theo tiêu chí của Tập đoàn điện lực Việt
Nam, bán kính cấp điện giữa các trạm 110kV sẽ dao động từ 30-40km.
- Số lượng lưới điện 110kV trong hệ thống truyền tải chiếm tỷ trọng lớn nhất,
chi phí xây dựng cũng vì vậy mà rất được quan tâm do đầu tư lớn.
- Lưới điện 110kV thường đi trong vùng gần dân cư nên khả năng đảm bảo
hành lang tuyến là rất khó khăn. Do lịch sử để lại, nhiều tuyến đường dây 110kV hiện
có vẫn đi trong khu vực dân cư tập trung như các đô thị lớn, các vùng dân cư tập trung.
- Lịch sử phát triển của Ngành điện trước đây mang tính chắp vá như đường
dây tiết diện nhỏ, còn nhiều mạch đơn cấp điện cho các phụ tải. Với mức độ tăng
trưởng phụ tải trên toàn quốc như thời gian qua (điện năng trung bình tăng trưởng
18%/năm) đã dẫn tới tình trạng bất cập đối với lưới điện 110kV: Tiết diện nhỏ, khả
năng cải tạo bằng hình thức xây mới khó thực hiện vì khâu giải phóng mặt bằng, điều
kiện giải toả hành lang tuyến.....
- Việc chiếm tỷ trọng vốn lớn trong lưới truyền tải nên cần cân nhắc việc giữ
nguyên kết cấu xây dựng trong khi vẫn đảm bảo tăng khả năng cấp điện sau cải tạo là một
ưu tiên trong công tác cải tạo đường dây tải điện trên không.
Nguyễn Mạnh Dũng
6
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
Để 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...
Trong các yếu tố trên dây dẫn đóng một vai trò hết sức quan trọng, nó quyết
định đến khả năng mang tải của đường dây và kết cấu xây dựng cho đường dây.
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.
2. Mục đích của đề tài
Đề tài nghiên cứu áp dụng các dây dẫn công nghệ mới, nêu lên được sự ưu việt
của nó trong thiết kế đường dây tải điện trên không về các mặt như: tăng khả năng tải
điện của đường dây, giảm độ võng và tăng khoảng cách của khoảng cột so với dùng
các dây dẫn thông thường.
3. 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.
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Hiện tại đường dây tải điện trên không ở Việt Nam hầu hết sử dụng dây dẫn
nhôm lõi thép thông thường. Khả năng truyền tải công suất của dây dẫn nhôm lõi thép
không cao nhưng trọng lượng bản thân lớn, do đó kết cấu xây dựng kéo theo sẽ lớn và
không kinh tế khi xây dựng đường dây tải điện với công suất chuyên tải lớn. Dây dẫn
công nghệ mới có một số tính năng ưu việt hơn hẳn dây dẫn thông thường, xong cũng
có nhược điểm so với dây nhôm lõi thép; không phải với chiều dài bao nhiêu cũng có
thể sử dụng dây dẫn công nghệ mới, dây dẫn công nghệ mới chỉ phát huy ưu điểm
trong những khoảng cách nhất định với từng cấp điện áp và số mạch đường dây. Việc
phân tích để tìm ra khoảng cách tối ưu của nó thay cho dây dẫn thông thường chính là
ý nghĩa của đề tài này.
Nguyễn Mạnh Dũng
7
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
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. Các yêu cầu cần có đối với thiết kế đường dây trên không
Thiết kế đường dây trên không phải đảm bảo đường dây vận hành an toàn,
muốn vậy người thiết kế phải thiết kế đường dây đảm bảo các yêu cầu sau:
- Chọn dây dẫn đảm bảo khả năng mang tải của đường dây (trong chế độ bình
thường cũng như sự cố).
- Chịu lực của dây dẫn: Dây dẫn được tính toán để đảm bảo ứng suất, lực cho
phép trong mọi chế độ vận hành:
Chế độ bão: σbão ≤ σcp;
Chế độ lạnh: σθmin ≤ σcp;
Chế độ nhiệt độ trung bình: σθtb ≤ σcptb.
- Chịu lực của cột: cột phải chịu được tác dụng của các lực như lực căng của
dây dẫn, lực tác dụng của gió vào dây và cột.
- Khoảng cách an toàn theo Quy phạm: khoảng cách từ đường dây đến mặt đất,
mặt nước hoặc các phương tiện qua lại trong mọi chế độ, trong chế độ nhiệt độ nóng
nhất. Tính toán khoảng cách an toàn phải đúng theo Quy phạm để đảm bảo được tính
kỹ thuật, kinh tế của công trình. Nếu khoảng cách an toàn lớn thì sẽ phải nâng chiều
cao của cột, gây tốn kém về kinh tế. Nếu khoảng cách này nhỏ gây ra mất an toàn cho
người và phương tiện trong quá trình vân hành đường dây.
- Đảm bảo khoảng cách pha, khoảng cách giao chéo với đường dây điện lực,
đường dây thông tin, khoảng cách pha-đất, khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét
trong chế độ nhiệt độ max và min. Khoảng cách pha lớn sẽ gây tốn kém về kinh tế do
phải tăng chiều dài xà, ngược lại khoảng cách pha nhỏ sẽ không đạt được yêu cầu về
an toàn. Việc tính toán các yếu tố này phụ thuộc vào điện áp đường dây và độ võng
của dây dẫn.
Nguyễn Mạnh Dũng
8
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
Ngoài ra trong thiết kế phải tính toán cột, móng cột: Móng cột đảm bảo khả
năng lún, lật và nhổ của móng cột; cột đảm bảo mọi trạng thái vận hành.
1.1.2. Các vấn đề cần lưu ý trong thiết kế đường dây tải điện trên không
1. Chọn dây dẫn.
- Vật liệu dây dẫn trước tiên phải có tính dẫn điện cao, điều kiện làm việc
của đường dây trên không cũng yêu cầu đối với dây có độ bền cơ học cao, trọng
lượng nhẹ.
- Trị số ứng suất trong dây dẫn phụ thuộc vào trị số lực kéo bên ngoài. Lực
này phụ thuộc vào tải trọng cơ học tác dụng lên dây kể cả trọng lượng bản thân
dây và phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Ứng suất trong dây dẫn được tính toán tuân theo phương trình trạng thái
của dây dẫn. Ứng suất σ phụ thuộc vào chiều dài khoảng cột và chế độ của đường
dây tại thời điểm tính toán. Cụ thể như sau:
+ Mỗi một khảng néo (gồm một hay nhiều khoảng cột) khác nhau sẽ có một
ứng suất khác nhau.
+ Ứng suất của dây dẫn khác nhau trong chế độ gió bão, chế độ nhiệt độ lạnh và
chế độ nhiệt độ trung bình.
Tuy nhiên theo chế tạo của dây dẫn, mỗi một loại dây dẫn có một lực giới hạn
và tiết diện mặt cắt riêng của chúng. Chính hai thông số này sẽ quyết định ứng suất tối
đa trong từng chế độ, nếu vượt quá ứng suất này dây dẫn sẽ gặp nguy hiểm trong từng
chế độ vận hành của đường dây.
2. Độ võng của dây dẫn.
Độ võng là khoảng cách giữa điểm thấp nhất của dây dẫn so với đường nối hai
điểm treo dây. Đây là một thông số rất quan trọng của đường dây, từ độ võng ta có thể
tính toán biết được:
+ Khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn (nếu biết chiều cao của hai điểm
dây dẫn) đến đất.
+ Nếu chưa biết được chiều cao của hai điểm treo dây, từ độ võng đã biết cộng
thêm độ cao an toàn trong Quy phạm ta sẽ tính được chiều cao cột cần thiết để đảm
bảo độ an oàn cho con người và đường dây.
Nguyễn Mạnh Dũng
9
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
+ Kiểm tra khoảng cách pha giữa các pha của dây dẫn theo công thức
D=
U
+ 0,65 f + λ
110
ở đây:
+ D là khoảng cách pha (m)
+ f: Độ võng của dây dẫn (m)
+ U: Điện áp của đường dây (kV)
+ λ: Chiều dài chuỗi cách điện (m)
(Công thức tính khoảng cách pha được lấy theo Quy phạm trang bị điện 11 TCN 19: 2006).
Biết được khoảng cách pha, ta sẽ tính được chiều dài của xà, cũng như các
khoảng cách treo sứ cho phù hợp.
1.1.3. Kết luận
Như vậy trong quá trình thiết kế đường dây trên không ta phải thiết kế dây dẫn
điện treo trên cột với các yêu cầu: Truyền tải công suất lớn, an toàn và có độ võng cụ
thể trên các khoảng cột, các ứng suất trong dây dẫn không được vượt quá các ứng suất
giới hạn của chúng.
1.2. Cơ sở lí thuyết của cơ lý đường dây
1.2.1. 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];
- Lực đứt dây hay giới hạn bền của dây dẫn: Tđ [daN];
- 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);
+ Giá trị của Q được tính theo Tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 27371995;
+ Q = Q0.k.γsd (giá trị Q ở đây đã được tính để đảm bảo Điều 1.6 của TCVN
2737-1995).
Nguyễn Mạnh Dũng
10
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
Ở đây:
- Q0 là giá trị của áp lực gió lấy theo phân vùng ở phụ lục D và E của
TCVN 2737-1995.
- k là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực giói theo độ cao và dạng
địa hình lấy theo bảng 1.1 (trích TCVN 2737-1995).
+ Độ cao ở đây được tính là độ cao của trọng tâm quy đổi của tất cả các dây
(dây dẫn và dây chống sét) (theo điều II.5.21 đến II.5.22 Quy phạm trang bị điện 11
TCN 19: 2006) được tính theo công thức:
hqđ = htb -
2
.f
3
Trong đó: htb: Độ cao trung bình mắc dây dẫn và dây chống sét vào cách điện.
f: Độ võng dây dẫn, quy ước lấy giá trị lớn nhất (khi nhiệt độ cao nhất), m
Đối với các khoảng vượt có một khoảng cột hqđ được tính như sau:
hqđ =
h1 + h 2 2
− .f
2
3
h1, h2: độ cao điểm mắc dây tính từ mặt đất hoặc tính từ mặt nước bình thường
(nếu khu vực có nước).
Đối với khoảng vượt bao gồm nhiều khoảng cột, độ cao trọng tâm quy đổi của
dây dẫn và dây chống sét phải tính chung cho cả khoảng vượt (giới hạn bằng 2 cột néo
hãm) theo công thức:
hqđ =
h qd 1 .11 + h qd 2 .12 + ... + h qdn .1 n
11 + 12 + ... + 1 n
Trong đó:
hqd1, hqd2…, hqdn là độ cao trọng tâm quy đổi các khoảng cột.
11, 12,….,1n cấu thành khoảng cách đó.
Bảng 1.1. Hệ số k tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa
hình.
Dạng địa hình
Độ cao, m
3
Nguyễn Mạnh Dũng
A
B
C
1
0,8
0,47
11
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
Dạng địa hình
Độ cao, m
5
10
15
20
30
40
50
60
80
100
- γsd là hệ số điều chỉnh
A
B
C
1,07
0,88
0,54
1,18
1,00
0,66
1,24
1,08
0,74
1,29
1,13
0,80
1,37
1,22
0,89
1,43
1,28
0,97
1,47
1,34
1,03
1,51
1,38
1,08
1,57
1,45
1,18
1,62
1,51
1,25
tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định của công
trình là khác nhau, tuân theo bảng 1.2.
Bảng 1.2: Hệ số điều chỉnh tải trọng gió
với thời gian sử dụng giả định của công trình
Thời gian sử dụng giả định, năm
Hệ số điều chỉnh tải trọng gió
5
10
20
30
40
50
0,61
0,72
0,83
0,91
0,96
1
* Hệ số khí động học của dây dẫn, xem xét theo cỡ dây : Cx
+ d > 20 mm, Cx = 1,1
+ d < 20 mm, Cx = 1,2
* Hệ số điều chỉnh theo cấp độ tải trọng tác động (hệ số không điều hoà giữa
gió và dây) α:
1
Cy =
Khi Q ≤
27 daN/m2
0,85
40 daN/m2
0,77
50 daN/m2
0,73
60 daN/m2
0,71
70 daN/m2
0,70
Khi Q ≥
76 daN/m2
* Ứng suất của dây dẫn: σ dây dẫn: σ [daN/m2]
Nguyễn Mạnh Dũng
12
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
1.2.1.2. 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].
2. Tải trọng đơn vị do gió tác dụng lên dây dãn
g2 =Cx.Cy.Q.d.10-3/S [daN/m.mm2];
Cy: Hệ số điều chỉnh theo cấp độ tải trọng;
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);
d: đường kính của dây (mm);
10-3: hệ số quy đổi đơn vị đường kính mm thành m.
3. Tải trọng đơn vị tổng hợp khi có gió
g 3 = g12 + g 22 [daN / m.mm 2 ] .
4. Tải trọng đơn vị tác dộng lên dây dẫn khi có quá điện áp khí quyển
g4 = Cx.Cy. 0,1.Q.d.10-3/S [daN/m.mm2].
5. Tải trọng đơn vị tổng hợp tác động lên dây dẫn khi có quá điện áp khí quyển.
g5 =
g12 + g 42
6. Ứng suất của dây dẫn: Lực tác dụng lên 1mm2 dây dẫn
σđ = Tđ/S [daN/mm2]: ứng suất đứt của dây dẫn
Theo mục II.5.32 của Quy phạm trang bị điện 11 TCN 19: 1984 quy định về
ứng suất cho phép lớn nhất của dây dẫn là dây nhôm lõi thép như sau:
+ Khi tải trọng ngoài lớn nhất và khi nhiệt độ thấp nhất ứng suất cho phép tính
theo % ứng lực kéo đứt của dây dẫn là 40%;
+ Khi nhiệt độ trung bình hàng năm ứng suất cho phép tính theo % ứng lực kéo
đứt của dây dẫn là 25%;
Như vậy:
+ Tại chế độ bão (chế độ tải trọng ngoài lớn nhất) và chế độ nhiệt độ thấp nhất,
giá trị ứng suất cho phép lớn nhất là σmax
Nguyễn Mạnh Dũng
13
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
σmax = 0,4.σđ [daN/mm2]: Ứng suất lớn nhất của dây dẫn
+ Tại chế độ nhiệt độ trung bình hàng năm giá trị ứng suất cho phép là σtb
σtb= 0,25.σđ [daN/mm2]: Ứng suất trung bình của dây dẫn
1.2.2. Các chế độ tính toán của đường dây trên không
1.2.2.1. Các chế độ làm việc của đường dây trên không
1. Trạng thái nhiệt độ thấp nhất (lạnh nhất):
+ Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái nhiệt độ thấp nhất là tải trọng riêng
của dây dẫn g1 = P/S;
(1.1)
0
0
+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t C = 5 C;
+ Áp lực gió: Q = 0;
2. Trạng thái bão: Trạng thái dây dẫn chịu tải trọng lớn nhất
+ Tải trọng tác động lên dây trong trạng thái bão là tải trọng tổng hợp của gió
và dây:
g3 =
g12 + g 22
g2 = Cx.Cy..Qmax.d.10-3/S
(1.2)
(1.3)
+ Áp lực gió Q = Qmax
+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t0C = 250C
3. Trạng thái nhiệt độ không khí trung bình
Trạng thái làm việc lâu dài của dây dẫn. Dây dẫn chịu sự rung động thường
xuyên của gió gây mỏi dây.
+ 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.
+ Áp lực gió Q = 0
+ Nhiệt độ môi trường xung quanh : t0C = 250C
4. Trạng thái nhiệt độ không khí cao nhất
Trạng thái nhiệt độ cao, dây dẫn bị võng xuống nhiều nhất, nên trạng thái này
còn được gọi là trạng thái độ võng lớn nhất.
+ 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, áp lực gió Q = 0.
Nguyễn Mạnh Dũng
14
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t0C = 400C.
5. Trạng thái quá điện áp khí quyển (trạng thái giông sét)
+ Tải trọng tác động lên dây dẫn trong trạng thái quá điện áp khí quyển là
tải trọng tổng hợp của dây dẫn với tải trọng trong chế độ quá điện áp khí quyển.
g12 + g 24
g5 =
g4 =
(1.4)
C x .C y .(0,1.Qmax ).d .10 −3
(1.5)
S
(1.6)
+ Áp lực gió Q = 0,1. Qmax
+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: t0C = 200C.
Bảng 1.3: Tổng hợp thông số các trạng thái làm việc của dây dẫn
Điều kiện tính toán
TT Trạng thái làm việc của dây dẫn
Tải trọng đơn
Nhiệt độ
Áp lực gió
vị tác động lên
(oC)
(daN/m2)
dây dẫn
1
Nhiệt độ không khí thấp nhất
5
0
g1
2
Trạng thái bão
25
Qmax
g3
3
Nhiệt độ không khí trung bình
25
0
g1
4
Nhiệt độ không khí cao nhất
40
0
g1
5
Trạng thái quá điện áp khí
quyển
20
0,1Qmax
(≥ 6,25)
g5
1.2.2.2. Trạng thái sự cố
Một dây hoặc 2 dây bị đứt kết hợp với nhiệt độ, tốc độ gió. Trong trạng thái sự
cố, ngoài tác động như trong chế độ bình thường, dây dẫn bị kéo về một phía làm tăng
độ võng của dây đứt trong khoảng cột bên cạnh, làm lệch chuỗi sứ. Cột, xà bị kéo và
bị uốn. Tính toán trong chế độ sự cố theo điều II.5.27 Quy phạm trang bị điện 11 TCN
19-2006.
Nguyễn Mạnh Dũng
15
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
1.2.2.3. Trạng thái khi thi công đường dây
Trạng thái khi thi công đường dây là trạng thái đường dây đang thi công,
bao gồm các công đoạn: làm móng, dựng cột, kéo dây dẫn, treo dây lên cột.
Trạng thái khi thi công không có trạng thái bão
1.2.3. Thành lập phương trình trạng thái của dây dẫn
1.2.3.1. Các lực cơ bản tác dụng lên dây dẫn
Tx
B
A
TM
d©y dÉn
Ty
dl
dy
dx
TN
P.dl
l
f
yA
(hA )
C
dl
TN
TM
yB
(h B )
P.dl
ho
-l/2
O
x
l/2
Hình 1.1
Xét dây dẫn treo trên hai điểm A, B (Hình 1.1), chịu tác động của trọng lượng
riêng của dây và gió thổi tác động vuông góc với dây dẫn.
Tác động của gió lên dây là: P2 = g2.S
(1.7)
Tại thời điểm không có gió dây chịu tác động do trọng lượng của dây là:
P1 = g1. S.
(1.8)
Tại thời điểm có gió, dây chịu tác động của tổng hợp lực do gió và trọng lượng
của dây là: P3 = g3.S
Nguyễn Mạnh Dũng
(1.9).
16
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
1.2.3.2. Phương trình treo dây giữa hai điểm có độ cao bằng nhau.
Xét một đoạn dây dẫn có chiều dài L treo trên hai điểm treo dây A, B có độ cao
bằng nhau, A và B cách nhau một khoảng 1, được bố trí trên hệ trục toạ độ xOy, O là
điểm có độ võng thấp nhất (Hình 1.2)
1. Thành lập phương trình treo dây
y
A
B
l
yA
(hA )
fx
yB
(h B )
f
yx
-l/2
O
C
x
x
l/2
Hình 1.2. Bố trí hai điểm treo dây bằng nhau
Ta có biểu thức trong trường hợp tổng quát là:
dy
P g .S . x g . x
= tgα = =
=
dx
T
σ .S
σ
(1.10)
Ở đây để tạm thời giảm đi sự phức tạp của bài toán giá trị σ được coi như là
một số đã biết do giá trị này sẽ được tính cụ thể tại một giá trị khoảng cột cụ thể trong
chương trình tính toán ở chương III của luận văn.
dL = dx 2 + dy 2
(1.11)
Trong đó:
+P: Lực tác dụng lên dây dẫn (tuỳ trường hợp có thể là P1, P3, P5).
+ g: Tải trọng đơn vị tác dụng lên dây dẫn (tuỳ trường hợp có thể là g1, g3, g5).
+ S: Tiết diện dây dẫn.
+ T: Lực căng , T = σ. S.
+ σ: Ứng suất của dây dẫn tại vị trí độ võng thấp nhất.
+ α: Góc tạo bởi giữa lực tác dụng lên dây dẫn (P) và lực căng dây T.
+ x: Là biến của chiều dài dây có giá trị chạy từ 0 ÷ l/2.
Cho x chạy từ 0 đến l/2 ta được giá trị của ý và chiều dài dây L là
Nguyễn Mạnh Dũng
17
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
1/ 2
y= ∫
0
g.x
g.x 2 1 / 2 g.l 2
dx =
=
2.σ 0
σ
8.σ
1/ 2
1/ 2
L = 2. ∫ dL = 2. ∫
(1.12)
1/ 2
dx + dy = 2. ∫
2
0
2
0
1/ 2
g 2 .x 2 2
g2x2
dx + 2 dx = 2. ∫ 1 + 2 .dx
σ
σ
0
2
khai triển Macloranh với hàm dưới dấu tích phân ta được:
1+
u=
2
2
g .x
= (1 − u)1 / 2
2
σ
1⎛1
1⎛1
⎞
⎞⎛1
⎞
⎜ − 1⎟
⎜ − 1 ⎟.⎜ − 2 ⎟
1
2 2
⎠ u2 + 2 ⎝ 2
⎠⎝2
⎠ u 3 ....
=1+ u + ⎝
2
2!
3!
g 2 .x 2
σ2
Ở đây:
1+
g 2 .x 2
1 g 2 .x 2 1 g 4 .x 4 3 g 8 .x 8
=
+
− . 4 + . 8 ...
1
.
σ2
2 σ2
8 σ
48 σ
Ta xét với đường dây 110kV với các khoảng vượt không lớn ta xét hàm trên
đến bậc 2.
⎛
⎛
g 2 .x 2 ⎞
g 2 .x 3 ⎞ 1 / 2
g 2 .l 3
⎟
⎟.dx = 2.⎜⎜ x +
L = 2. ∫ ⎜⎜ 1 +
=1+
2.σ 2 ⎟⎠
6.σ 2 ⎟⎠ 0
24σ 2
0 ⎝
⎝
1/ 2
g 2 .l 3
8.f 2
L =1+
=1+
24σ 2
3.l
(1.13)
Phương trình (1.13) chính là phương trình treo dây tại giữa hai điểm treo dây có
độ cao bằng nhau.
Kết quả tại công thức (1.12) chính là độ võng của dây dẫn tại trường hợp hai
điểm treo dây cao bằng nhau cách nhau một khoảng cột có chiều dài l.
2. Tính độ võng của dây tại điểm bất kỳ
* Tính độ võng của dây dẫn tại điểm bất kỳ E cách cột B khoảng x, cách gốc
toạ độ là (l/2 - x) (Hình 1.2)
Do điểm E nằm trên đường cong dây dẫn, tuân theo quy luật của công thức
(1.12), nên điểm E ta có yx có giá trị là:
Nguyễn Mạnh Dũng
18
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
⎛1
⎞
g.⎜ − x ⎟
2
⎠
YE = ⎝
2.σ
2 x
=
g.l 2 g.x 2 g.l.x
+
−
8.σ 2.σ
2.σ
(1.14)
0
fE = h B − y E
hB =
(1.15)
g.l 2
(1.16)
8.σ
g.l.x g.x 2
−
fE = h B − y E =
2.σ 2.σ
Thay (1.14), (1.16) vào (1.15) ta được:
(1.17)
1.2.3.3. Phương trình treo dây giữa hai điểm có độ cao khác nhau (Hình 1.3)
D
B
e
d
c
h
fE
A
yB
(h B )
f
yA
(hA )
C
yc
O
E
yE
x
x
a
b
l
Hình 1.3. Bố trí 2 điểm treo dây có độ cao treo dây khác nhau.
1. Thành lập phương trình treo dây.
Ta có: Theo công thức (1.12) ta có:
YA = h A =
Nguyễn Mạnh Dũng
g.a 2
2.σ
(1.18)
19
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
YB = h B =
g.b 2
2.σ
(1.19)
B=l-a
(1.20)
Độ lệch giữa hai điểm treo dây A, B là ∆h
∆h = h A = 1.tgθ =
g 2
(b − a 2 )
2.σ
(1.21)
Thay (1.20) vào (1.21) ta được:
∆h =
g.l
(1 − 2a )
2.σ
(1.22)
Biến đổi (1.22) và (1.20) ta có:
l ∆h σ
a= −
.
1 l g
(1.23)
1 ∆h σ
.
+
2
l g
(1.24)
b=
Theo (1.19) và (1.20) ta có:
yA =
g.a 2 g.l 2 ∆h 2 σ ∆h
=
+ 2 . −
2.σ 8.σ
l
g 2
(1.25)
Trên hình 1.3 ta có tam giác ADB, sử dụng hệ thức tỉ lệ trong tam giác ta được:
d b
b.∆h ⎛ 1 ∆h.σ ⎞ ∆h ∆h 2 σ
⎟.
= ⇒d=
= ⎜⎜ +
= 2 .
l
l.g ⎟⎠ l
∆h l
l g
⎝2
(1.27)
Độ võng thấp nhất của dây dẫn f là:
f = yB − d =
g.l 2
8.σ
(1.28)
* Độ võng ở chính giữa khoảng cột là:
fc = h B −
xC =
∆h
− yC
2
1
∆h σ
.
−a=
2
1 g
(1.29)
(1.30)
Từ (1.12) và (1.19) ta có:
Nguyễn Mạnh Dũng
20
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
2
g.x 2C ∆h .σ
YC =
=
2.σ
2.l 2 .g
(1.31)
Từ (1.26), (1.29), (1.31) ta có:
g.l 2 ∆h 2 .σ
fC =
+
8.σ 2.l 2 .g
(1.32)
Tính chiều dài dây dẫn L: (Hình 1.4)
y
D
B'
B
h
A
A'
yB
(h B )
f
yA
(hA )
x
O
a
b
b
l
l1
l2
Hình 1.4: Tính chiều dài dây dẫn L
Theo (1.23) và (1.24) và (1.13) ta có được các công thức sau:
l 1 = 2.a = 1 −
2.∆h σ
.
1 g
(1.33)
l 2 = 2.b = 1 −
2.∆h σ
.
1 g
(1.34)
g 2 .l 13
L 1 = l1 +
24.σ 2
Nguyễn Mạnh Dũng
(1.35)
21
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
L2 = l2 +
g 2 .l 32
24.σ 2
(1.36)
L 1 + L 2 l1 + l 2
g2
g 2 .l 3 ∆h 2
3
3
+
(l 1 + l 1 ) = 1 +
L=
=
+
2
2
2.l
48.σ 2
24.σ 2
(1.37)
Phương trình (1.37) chính là phương trình treo dây giữa hai điểm treo dây có độ
cao không bằng nhau.
2. Tính khoảng cách tới đất tại điểm bất kỳ.
* Tính khoảng cách tới đất tại điểm E bất kỳ (thuộc dây dẫn) trong khoảng cột,
có khoảng cách cột B (cột có chiều cao cột cao hơn) là x, cách trục Oy một khoảng (bx), khoảng cách tới trục Oy là yE (hình 1.3).
y E = y B − fE − e
E=x.tg θ = x.
(1.37a)
∆h
l
(1.37b)
Áp dụng công thức (1.12) ta được
g.(b − x) 2 g.l 2 ∆h 2 .σ g.x 2 ∆h g.l.x ∆h.x
=
+
+
+
−
−
yE =
2.σ
8.σ 2.l 2 .g 2.σ
2
2.σ
l
(1.37c)
Từ (1.37a, b, c), (1.19) và (1.25) biến đổi ta được.
fE = y B − y E − e =
g.l.x ∆h 2 .σ g.x 2
+
−
2.σ 2.l 2 .g 2.σ
(1.37d)
1.2.4. Phương trình trạng thái của dây dẫn.
Phương trình trạng thái của dây dẫn chính là quy luật biến đổi của ứng suất
trong dây dẫn σ , độ võng của dây dẫn f theo nhiệt độ môi trường t0C và tải trọng gió
Q tác dụng lên dây dẫn.
Xét dây dẫn có khoảng cột l (m) có hai trạng thái ở hai nhiệt độ và môi trường
khác nhau:
Trạng thái thứ nhất: Trạng thái ban đầu hay trạng thái cơ sở của dây dẫn, đây là
trạng thái đã biết toàn bộ các yếu tố của đường dây bao gồm: ứng suất trong dây dẫn
0
σ CS , độ võng của dây dẫn fCS, nhiệt độ môi trường t CS
C và tải trọng đơn vị tổng hợp
gCS tác dụng lên dây dẫn.
Nguyễn Mạnh Dũng
22
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
Trạng thái thứ hai: Trạng thái tiếp theo của dây dẫn, đây là trạng thái ta chưa
biết hay trạng thái cần phải tính toán được các yếu tố của đường dây, bao gồm: ứng
suất trong dây dẫn σ TT , độ võng của dân dẫn fTT , nhiệt độ môi trường t 0TT C và tải
trọng đơn vị tổng hợp g TT tác dụng lên dây dẫn.
1.2.4.1. Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao bằng nhau.
Theo (1.13) ta lần lượt có các công thức của trạng thái thứ nhất và trạng thái thứ
hai như sau:
L CS
2
8.fCS
g 2CS . 13
= 1+
=1+
3.1
24.σ 2CS
L TT = 1 +
(1.38)
2
8.f TT
g 2 .13
= 1 + TT 2
3.1
24.σ TT
(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 . Thay đổi chiều dài do 2 nguyên nhân sau:
+ Thay đổi do nhiệt độ dẫn đến chiều dài của dây thay đổi.
+ Thay đổi do tải trọng bên ngoài tác động vào dây dẫn thay đổi dây dẫn làm
ứng suất trong dây thay đổi dẫn đến chiều dài của dây thay đổi.
∆L = L TT − L CS =
2
2
g 2TT .l 3
g 2CS .l 3
8.f TT
8.f CS
−
=
−
= ∆L t + ∆L σ
3 .1
3. 1
24.σ 2TT 24.σ 2CS
(1.40)
Phần thay đổi do nhiệt độ là ∆Lt , Phần thay đổi do ứng suất là ∆Lσ . Giá trị cụ
thể của hai giá trị trên như sau:
[
]
∆L t = L CS 1 + α( t TT − t CS − L CS
(1.41)
⎡ 1
⎤
∆L σ = L CS ⎢1 + (σ TT − σ CS ⎥ − L CS
⎣ E
⎦
(1.42)
Khi nhiệt độ và ứng suất đồng thời biến đổi, thay (1.41), (1.42), (1.38), (1.39)
vào (1.40) và bỏ qua các thành phần
8.fcs2 1
8.f cs2
và
. .(σ TT − σ CS ) vì quá
.α.(t CS − t TT )
3 .1 E
3.1
nhỏ ta được:
Nguyễn Mạnh Dũng
23
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
∆L = 1.α.(t TT − t CS ) +
1
(σ TT − σ CS )
E
(1.43)
Từ (1.43), (1.40) biến đổi ta được phương trình:
σ TT −
2
2
gTT
.E .l 2
gCS
.E .l 2
=
σ
−
− α .E .(tTT − tCS )
CS
2
2
24.σ TT
24.σ CS
(1.44)
Phương trình (1.44) chính là phương trình trạng thái của dây dẫn. Từ phương
trình trạng thái này ta có thể tính được ứng suất dây dẫn của trạng thái chưa biết đầy
đủ (trạng thái cần phải tính toán) theo một trạng thái ban đầu đã biết (trạng thái cơ sở).
1.2.4.2. Dây dẫn treo trên hai khoảng cột có chiều cao khác nhau.
Thay các biểu thức (1.22), (1.37), (1.41), (1.42), (1.38), (1.39) và (1.40) và bỏ
qua các thành phần
2
2
8.fCS
8.fCS
1
và
. (σ TT − σ CS ) vì quá nhỏ ta được:
.α(t CS − t TT )
3.1 E
3.1
⎛
⎛
tg 2 θ ⎞
tg 2 θ ⎞ 1
⎟⎟ + (σ TT − σ CS ).⎜⎜ 1 +
⎟
∆L = 1.α.( t TT − t CS )⎜⎜ 1 +
2 ⎠ E
2 ⎟⎠
⎝
⎝
(1.45)
Từ (1.45) , (1.40) biến đổi ta được phương trình:
σ TT
g 2CS .E.l 2
g 2TT .E.l 2
2
2
−
.
= σ CS −
.
− α.E(t TT − t CS )
2
2
2
24.σ TT 2 + tg θ
24.σ CS 2 + tg 2 θ
(1.46)
σ TT
g 2CS .E.l 2 2. cos 2 θ
g 2TT .E.l 2 2. cos 2 θ
−
.
= σ CS −
.
− α.E(t TT − t CS )
24.σ 2TT 2 + cos 2 θ
24.σ 2CS 2 + cos 2 θ
(1.47)
1.2.5. Khoảng cột tới hạn của dây dẫn.
Dây dẫn có nhiều trạng thái làm việc, mỗi một trạng thái của dây dẫn, ta lại có
một ứng suất cho phép khác nhau, khi ứng suất vượt quá giá trị này thì không đảm bảo
được sự an toàn của dây dẫn theo Quy phạm trang bị điện.
Từ phương trình trạng thái trên ta thấy: Để tính được các thông số của dây dẫn
trong các trạng thái khác nhau, ta phải biết được trạng thái thứ nhất, trạng thái cơ sở.
Từ đó ta mới tính được trạng thái tiếp theo, trạng thái cần tính toán.
Căn cứ theo điều II.5.34 Quy phạm trang bị điện 11 TCN 19 - 2006 có 3 trạng
thái mà ta cần quan tâm.
1. Trạng thái nhiệt độ thấp nhất (lạnh nhất)
2. Trạng thái bão.
Nguyễn Mạnh Dũng
24
Nghiên cứu đặc tính cơ học của ĐDK và áp dụng dây dẫn công nghệ mới trong thiết kế ĐDK ở Việt Nam
3. Trạng thái nhiệt độ trung bình.
Để dây dẫn có thể làm việc được thì ứng suất σ trong dây dẫn ở trạng thái nào
phải nhỏ hơn ứng suất cho phép của dây trong trạng thái đó. Nếu biết được trạng thái
làm việc nào của dây dẫn sẽ xuất hiện ứng suất lớn hơn ứng suất cho phép thì trạng
thái đó được lấy là trạng thái xuất phát hay trạng thái cơ sở với ứng suất lúc nào được
lấy bằng ứng suất cho phép. Các trạng thái còn lại của dây dẫn được tính theo trạng
thái cơ sở này (căn cứ theo phương trình trạng thái). Trạng thái lạnh nhất và trạng thái
bão có thể xuất hiện ứng suất lớn hơn ứng suất cho phép và giá trị ứng suất ở đây được
quy định về ứng suất cho phép lớn nhất σ max . Trạng thái nhiệt độ trung bình hàng năm
có thể xuất hiện ứng suất lớn hơn ứng suất cho phép và giá trị ứng suất ở đây được quy
về ứng suất cho phép lớn nhất σ tb .
Nếu bảo đảm được ứng suất trong 3 trạng thái trên sẽ xuất hiện ứng suất lớn
hơn ứng suất cho phép. Ta quy ứng suất của trạng thái này bằng ứng suất cho phép của
trạng thái đó. Ta gọi trạng thái này là trạng thái thứ nhất, trạng thái cơ sở.
+ Từ trạng thái cơ sở ta sẽ tính được ứng suất của hai trạng thái còn lại theo ứng
suất cho phép của trạng thái cơ sở.
* Từ phương trình trạng thái của dây dẫn (1.44) ta thấy ứng suất trong dây dẫn
phụ thuộc vào khoảng cột. Do đó khoảng cột chính là một giá trị quyết định ứng suất ở
trạng thái nhất định sẽ xuất hiện một giá trị cho phép ở trạng thái đó.
Vậy đối với mỗi trạng thái nhất định sẽ xuất hiện một giá trị của khoảng cột tới
hạn, mà khi chiều dài khoảng cột lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị đó thì giá trị ứng suất
lớn hơn giá trị cho phép sẽ xuất hiện.
Khoảng cột tới hạn là giá trị của một khoảng cột liên quan đến 2 trạng thái dây
dẫn trong phương trình trạng thái, mà tại giá trị đó, ứng suất lớn hơn giá trị cho phép
của một trong hai trạng thái sẽ xuất hiện, cụ thể hơn tại giá trị khoảng cột này ứng suất
trong dây dẫn sẽ chuyển từ giá trị an toàn cho phép sang ứng suất lớn hơn có thể gây
nguy hiểm cho đường dây và ngược lại.
Tương ứng với 3 trạng thái điển hình của dây dẫn ta có khoảng 3 cột tới hạn là
một sự so sánh giữa một cặp hai trạng thái. Khi khoảng cột thực tế lớn hơn hoặc nhỏ
Nguyễn Mạnh Dũng
25
