Nghiên cứu tính toán đường dây cao áp nhiều mạch đi chung cột ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-----------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP
NHIỀU MẠCH ĐI CHUNG CỘT Ở VIỆT NAM

NGUYỄN PHI LONG

HÀ NỘI-2005


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP
NHIỀU MẠCH ĐI CHUNG CỘT Ở VIỆT NAM
NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN
MÃ SỐ : 02.06.07

NGUYỄN PHI LONG

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. TRẦN BÁCH

HÀ NỘI 2005

MỤC LỤC

Trang
LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÁC SƠ ĐỒ CỘT DDK 110KV VÀ 220KV.
SỰ CẦN THIẾT VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................4

I.1. Các sơ đồ cột DDK thông dụng.......................................................4
I.2. Hành lang an toàn tuyến của DDK..................................................6
I.3. Sự cần thiết và nội dung nghiên cứu của luận văn...........................9
CHƯƠNG II : LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY...................11

II.1. Các thơng số tính tốn của đường dây trên khơng........................11
II.2. Các trạng thái làm việc của DDK............................................... 14
II.3. Phương trình cơ bản của dây dẫn..................................................17
II.4. Khoảng cột tới hạn của dây dẫn....................................................24
II.5. Các đặc tính quan trọng của cột DDK..........................................30
CHƯƠNG III : CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY
CAO ÁP NHIỀU MẠCH ĐI CHUNG CỘT........................................................33

III.1. Các yêu cầu thiết kế đối với đường dây cao áp nhiều mạch đi
chung cột.........................................................................................................33
III.2. Các giải pháp cơng nghệ tính tốn DDK cao áp nhiều mạch đi
chung cột.........................................................................................................36
III.3. Tính tốn thiết kế các sơ đồ cột nhiều mạch của đường dây 110kV
và 220kV ở Việt Nam......................................................................................73
CHƯƠNG IV : ÁP DỤNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG
DÂY

220KV
CHÈM
AN
DƯƠNG.......................................................................83
CÁC KẾT LUẬN CHUNG....................................................................................92
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


-1Luận văn thạc sĩ khoa học

LI M U

Trong thi i ngày nay, điện năng đã trở thành dạng năng lượng được
sử dụng phổ biến nhất trên thế giới, nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao
với tốc độ tăng rất nhanh. Theo Tổng công ty ĐLVN (EVN) năm 2004 toàn
ngành điện đã sản xuất được 44 tỉ kWh điện, phấn đấu đến năm 2005 đạt sản
lượng khoảng 53 tỷ kWh, năm 2010 đạt sản lượng từ khoảng 88 đến 93 tỷ
kWh và năm 2020 đạt sản lượng từ 201 đến 250 tỷ kWh. [10]
Để đảm bảo cung cấp đầy đủ điện cho nền kinh tế, EVN đã tăng cường
đầu tư xây dựng nhiều nhà máy điện mới. Tổng công suất các nhà máy điện
trong hệ thống đã tăng từ 8.280 MW năm 2001 lên 11.298 MW năm 2004.
Theo quy hoạch phát triển nguồn, tổng công suất các nhà máy điện đến năm
2010 sẽ đến 17.100MW và đến năm 2020 có thể đến 37.000MW.
Song song với sự phát triển nguồn điện, là sự phát triển đồng bộ của lưới
điện, đương nhiên nhiều Trạm trung tâm, Trạm nút sẽ xuất hiện và hàng loạt
đường dây điện trên không (DDK) sẽ được xây dựng để truyền tải năng lượng
đến các trung tâm cơng nghiệp và đơ thị tiêu thụ lớn trong tồn quốc.
Mục tiêu phát triển lưới điện truyền tải của EVN là xây dựng lưới truyền
tải có khả năng truyền tải cơng suất lớn, đảm bảo tính an tồn và ổn định cao

của hệ thống điện, đáp ứng những tiêu chuẩn kỹ thuật tiên tiến, từng bước kết
nối hệ thống truyền tải điện Việt Nam với các nước trong khu vực.
Để đạt được mục tiêu trên, trong giai đoạn 2006-2010 EVN sẽ xây dựng
800km đường dây 500kV, 2644km đường dây 220kV, 2202km đường dây
110kV và trong giai đoạn 2011-2020 EVN sẽ xây dựng 1550km đường dây
500kV, 2250km đường dây 220kV, 17910km đường dây 110kV.[11]
ngun phi long – cao häc HT§-2003


-2Luận văn thạc sĩ khoa học

Vic thc hin xõy dng các cơng trình điện trên gặp nhiều khó khăn,
nhất là việc đền bù giải phóng mặt bằng, tác động tới môi trường và cảnh
quan khu vực. Trong quá khứ chúng ta đã từng thấy xuất hiện những cánh
đồng cột và chằng chịt đường dây ở gần các khu vực Trạm biến áp trung tâm
và trạm nút với đủ mọi cấp điện áp 110kV, 220KV và kể cả 35KV. Hình ảnh
sử dụng đất đai không hợp lý khiến cho cả một vùng rộng lớn bị khống chế độ
cao chỉ có thể trồng lúa, trồng màu, khơng xây dựng được cơng trình nào
khác.
Đất nước Việt Nam có đặc điểm địa hình dài và hẹp, mật độ dân cư cao
do vậy yêu cầu tiết kiệm đất đai trong xây dựng cơng trình ngày càng gay gắt,
do đó để thực hiện phát triển đồng bộ của lưới điện thì đây là bài tốn khó
trong công tác làm quy hoạch phát triển lưới điện.
Một trong các biện pháp ngày nay các nước trong khu vực đã áp dụng và
đang thực hiện ở Việt Nam, đó là công nghệ Compact - đi nhiều mạch DDK
trên cùng một cột.
Thiết kế điện nói chung và thiết kế DDK nói riêng là một ngành chun
sâu của cơng tác tư vấn. Cơng tác thiết kế địi hỏi kiến thức sâu, hiểu biết
rộng, xử lý thơng tin tồn diện. Vì vậy nghiên cứu tính tốn đường dây cao áp
nhiều mạch đi chung cột ở Việt Nam là nhiệm vụ mà các kỹ sư, các chuyên

gia trong công tác tư vấn điện cần phải thực hiện.
Trong bản luận văn này, tác giả trình bày lý thuyết chung về tính tốn cơ
lý đường dây, các giải pháp cơng nghệ tính tốn đường dây cao áp nhiều
mạch đi chung cột, và tính tốn áp dụng cho các sơ đồ đi chung cột ở Việt
Nam.
Bản luận văn được trình bày thành 4 chương sau :
Chương I

: Tổng quan về sơ đồ cột DDK 110kV và 220kV. Sự cần

thiết và nội dung nghiên cứu.

nguyÔn phi long – cao häc HT§-2003


-3Luận văn thạc sĩ khoa học

Chng II : Lý thuyt chung về cơ lý đường dây.
Chương III : Các giải pháp công nghệ thiết kế đường dây cao áp nhiều
mạch đi chung cột.
Chương IV : Áp dụng tính tốn thiết kế cơng trình : Đường dây 220kV
Chèm – An Dương.
Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Trần Bách, cảm
ơn các đồng nghiệp và bạn bè đã tận tình giúp đỡ tơi hồn thành bản luận văn
này. Vì thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu cịn mới mẻ nên bản luận văn
khơng tránh khỏi cịn những thiếu sót. Tơi rất mong được nhận được nhiều
góp ý của các Thầy Cơ và đồng nghiệp.
Trân trọng cảm ơn!

ngun phi long – cao häc HT§-2003

-4Luận văn thạc sĩ khoa học

CHNG I
TNG QUAN V CC SƠ ĐỒ CỘT DDK 110KV VÀ 220KV
SỰ CẦN THIẾT VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-------------------------------------------------------------------

Hiện nay, các tuyến đường dây cao áp ở Việt Nam sử dụng các sơ đồ cột
DDK thông dụng đã và đang mang lại hiệu quả kinh tế. Tuỳ thuộc vào dạng
địa hình, khí hậu...mà hình thành nên các dạng sơ đồ cột DDK khác nhau.
Dưới đây trình bày các thơng số về sơ đồ cột thép (cột đỡ và cột néo) thông
dụng của DDK 110kV và 220kV :
I.1. CÁC SƠ ĐỒ CỘT DDK THÔNG DỤNG

I.1.1. Sơ đồ cột của đường dây 110kV
Hiện nay, đối với cấp điện áp 110kV đã có bộ sơ đồ cột định hình, trong
đó đã đưa ra sơ đồ của hầu hết các loại cột (đã được tính tốn theo một số cỡ
dây, vùng gió, độ lớn góc lái trên tuyến đường dây và chiều dài khoảng cột
khác nhau)[17]. Các sơ đồ cột thép đường dây 110kV thông dụng như sau:
a. Sơ đồ cột đỡ 110kV:
- Khoảng cách giữa các tầng xà (khoảng cách pha- pha) là 4m.
- Chiều dài cánh xà là 2,5m. Khoảng cách 2 pha ngoài cùng là 5m. Chiều
rộng thân cột là 1m.
- Chiều rộng hành lang yêu cầu là: 5 + 4 + 4 = 13m.
- Khoảng cách từ tầng xà trên cùng tới đỉnh cột là 4 m.

ngun phi long – cao häc HT§-2003

-5Luận văn thạc sĩ khoa học

- Chiu cao t tng xà thấp nhất tới đất có chiều cao tiêu chuẩn là : 15 m.
Tuỳ thuộc vào dạng địa hình, vượt chướng ngại vật có thể nâng chiều cao cột
bằng cộng thêm vào phần thân cột này các đoạn : +4m, +5m, +9m.
- Khoảng cột thông dụng là : 250 300m
b. Sơ đồ cột néo 110kV:
Trên đường dây 110kV các vị trí đổi hướng tuyến, vượt các chướng ngại
vật quan trọng hoặc tại những vị trí mà địa hình khơng cho phép sử dụng cột
đỡ sẽ phải dùng các cột néo. Cột néo sử dụng thông thường trong công tác
thiết kế các đường dây 110kV hiện nay có các thơng số là:
- Khoảng cách giữa các tầng xà (khoảng cách pha- pha) là 4 m.
- Chiều dài cánh xà là 3,5 m. Khoảng cách 2 pha ngoài cùng là 7m.
Chiều rộng thân cột là 2m.
- Chiều rộng hành lang yêu cầu là : 7 + 4 + 4 = 15m.
- Khoảng cách từ tầng xà trên cùng tới đỉnh cột là 6,2 m.
- Chiều cao từ tầng xà thấp nhất tới đất có chiều cao tiêu chuẩn là : 10,5
m. Tuỳ thuộc vào dạng địa hình, vượt chướng ngại vật có thể nâng chiều cao
cột bằng cộng thêm vào phần thân cột này các đoạn : +4m, +5m, +9m.
I.1.2. Sơ đồ cột của đường dây 220kV
Các sơ đồ cột đường dây 220kV có trọng lượng cột và chiều cao lớn hơn
nhiều so với các sơ đồ cột đường dây 220kV. Do đó tuỳ thuộc vào từng dạng
địa hình, khí hậu sẽ có các dạng sơ đồ cột tương ứng để đảm bảo việc giảm
thiểu về kinh tế chi phí xây dựng cột. Hiện nay, các sơ đồ cột thép của đường
dây 220kV thông thường sử dụng [18] là :
a. Sơ đồ cột đỡ 220kV:
- Khoảng cách giữa các tầng xà, tuỳ thuộc vào dạng địa hình, khí hậu,
chủng loại dây có giá trị : từ 5,5 m đến 6,5 m.

nguyÔn phi long – cao häc HT§-2003


-6Luận văn thạc sĩ khoa học

- Chiu di cỏnh x từ 4m đến 4,6 m. Đối với đường dây 220kV hai
mạch, cá biệt chiều dài cánh xà tầng giữa có thể có kích thước tới 6 m.
Nhưng phổ biến là sơ đồ cột có khoảng cách giữa 2 pha ngồi cùng là 9.2m.
- Chiều rộng hành lang yêu cầu là : 9,2 + 6 + 6 = 21,2m.
- Khoảng cách từ tầng xà trên cùng tới đỉnh cột thay đổi từ 3.5 m tới 5 m
tuỳ thuộc chiều dài cánh xà đỡ dây chống sét.
- Chiều cao từ tầng xà thấp nhất tới đất có chiều cao tiêu chuẩn là : 22,5
m. Tuỳ thuộc vào dạng địa hình, vượt chướng ngại vật có thể nâng chiều cao
cột bằng cộng thêm vào phần thân cột này các đoạn : +3m, +6m, +9m.
- Khoảng cột thông dụng là : 350 400m
b. Sơ đồ cột néo 220kV:
Sơ đồ cột néo của đường dây 220kV hiện nay rất đa dạng tuỳ thuộc vào
dạng địa hình của tuyến đường dây, vào số mạch đường dây, dạng sơ đồ của
cột đỡ… nhưng có thể tổng hợp một số số liệu sau đây về cột néo của đường
dây 220kV:
- Khoảng cách giữa các tầng xà từ 5,5 m đến 6,5 m .
- Chiều dài cánh xà từ 4,5 m tới 6 m. Đối với các đường đường dây
220kV hai mạch, chiều dài cánh xà tầng giữa có thể có kích thước tới 8,9m.
- Khoảng cách từ tầng xà trên cùng tới đỉnh cột thay đổi từ 5m tới 10,5m
tuỳ thuộc chiều dài cánh xà đỡ dây chống sét và chiều dài cánh xà của tầng xà
trên cùng mắc dây dẫn.
- Chiều cao từ tầng xà thấp nhất tới đất có chiều cao tiêu chuẩn là : 15,5
m. Tuỳ thuộc vào dạng địa hình, vượt chướng ngại vật có thể nâng chiều cao
cột bằng cộng thêm vào phần thân cột này các đoạn : +4m, +5m, +9m.
I.2. HÀNH LANG AN TỒN TUYẾN CỦA DDK

ngun phi long – cao häc HT§-2003


-7Luận văn thạc sĩ khoa học

Hnh lang an ton tuyn của DDK là một phần trong nghị định của chính
phủ về bảo vệ an toàn lưới điện cao áp [12]. Dưới đây là trích dẫn một số
điểm về hành lang an toàn lưới điện cao áp đối với DDK như sau :
Về chiều cao hành lang, tính từ đáy móng cột đến đỉnh cột cộng thêm
khoảng cách an toàn sau :
+ Đối với đường dây 220kV: 4 m.
+ Đối với đường dây 110kV: 3 m.
Về chiều rộng hành lang, tính từ dây dẫn ngồi cùng về mỗi phía:
+ Đối với đường dây 220kV: 6 m.
+ Đối với đường dây 110kV: 4 m.
Trong đó, chiều dài hành lang tuyến được tính từ cột xuất tuyến của trạm
này đến cột néo cuối của trạm kế tiếp.
Ngoài ra khi thiết kế các ĐDK còn quan tâm đến các yêu cầu về khoảng
cách tối thiểu từ dây dẫn của pha thấp nhất trong điều kiện nhiệt độ khơng khí
cao nhất tới đất :
- Đối với đường dây 220kV:
+ Đi qua vùng đông dân cư : 8 m.
+ Đi qua vùng ít dân cư: 7 m.
- Đối với đường dây 110kV:
+ Đi qua vùng đông dân cư: 7 m.
+ Đi qua vùng ít dân cư : 6 m.
Thực tế cho thấy, để xây dựng DDK nhu cầu diện tích đất vĩnh viễn dành
cho xây dựng móng cột khơng nhiều, nhưng hành lang đất đai dành cho tuyến
đi trên không (làm hạn chế chiều cao của các cơng trình trên mặt đất) là rất

đáng kể.
Căn cứ vào các sơ đồ cột thơng dụng và điển hình nhất của DDK 110kV
và 220kV trên các hình sau ở Phần phụ lục I: (hình I.1a), (hình I.1b), (hình

ngun phi long – cao häc HT§-2003


-8Luận văn thạc sĩ khoa học

I.2a), (hỡnh I.2b), cú th tính được (gần đúng) diện tích hành lang DDK khống
chế các cơng trình khác và diện tích chiếm đất vĩnh viễn của các móng cột
trên 1km chiều dài tuyến ĐDK và được tổng hợp trong (Bảng 1.1).
Bảng 1.1
HÀNH LANG ĐDK VÀ DIỆN TÍCH CHIẾM ĐẤT VĨNH VIỄN
(tính trên 1 km)

Các thơng số
Khoảng cách 2 dây
pha ngồi cùng

Cột đỡ
110kV- 2
mạch

Cột néo
110kV- 2
mạch

Cột đỡ
220kV- 2

mạch

Cột néo
220kV- 2
mạch

5

7

9.2

9.2

5+2x4
= 13

7+2x4
= 15

9.2 + 2 x 6
= 21.2

9.2 + 2 x 6
= 21.2

13.000

15.000

21.200

21.200

208

208

260

260

4

4

2.5

2.5

Dmax (m)
Chiều rộng hành
lang quy định
D+2S (m)
Diện tích đất bị
DDK khống chế trên
mặt bằng/1km
(m2)
Diện tích đất chiếm
dụng vĩnh viễn xây

dựng móng cột/1km
(m2)
Số cột DDK/1km

ngun phi long – cao häc HT§-2003


-9Luận văn thạc sĩ khoa học

I.3. S CN THIT V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Từ các sơ đồ cột DDK thông dụng cấp điện áp 110kV, 220kV và phân
tích phạm vi hành lang an tồn tuyến cần có của DDK đi đến các nhận xét
quan trọng sau :
- Tác dụng to lớn của DDK cao áp là truyền tải điện năng từ khu vực có
nguồn điện đến các trung tâm phụ tải sử dụng điện, tuy nhiên nó hình thành
nên hành lang tuyến an tồn điện nhất định, khống chế các cơng trình xây
dựng khác.
- Mặt khác, cùng một hướng tuyến DDK để truyền tải điện năng cung
cấp cho một khu vực có nhiều trung tâm phụ tải, phân bố rải rác với các nhu
cầu sử dụng điện năng có nhiều cấp điện áp, do đó sẽ cần phải xây dựng nhiều
các tuyến DDK có cấp điện áp khác nhau để truyền tải điện năng. Khi đó
hành lang an toàn của DDK càng rộng hơn, chiếm giữ các khoảng khơng đất
đai lớn hơn. Ngồi ra, khi có nhiều lộ xuất tuyến đi và đến các Trạm biến áp
trung tâm (TBA 220/110kV), khi đó sẽ rất khó khăn cho việc bố trí các tuyến
đường dây vào ra trạm, cũng như khi có nhiều tuyến đường dây vượt qua
sơng suối, vượt qua đường giao thông, giao chéo với các công trình đặc biệt
khác.
- Hơn nữa để xây dựng nhiều tuyến DDK để truyền tải điện năng sẽ
liên quan nhiều đến các cơng tác đền bù, giải phóng mặt bằng, thoả thuận

tuyến và ảnh hưởng lớn đến việc qui hoạch xây dựng các cơng trình, đến mơi
trường xung quanh, cũng như làm tăng chi phí đầu tư xây dựng cơng trình.

ngun phi long – cao häc HT§-2003


-10Luận văn thạc sĩ khoa học

c bit khi cỏc tuyn DDK qua các khu dân cư, đơ thị thì cơng tác đó càng
trở nên phức tạp và khó khăn.
- Hiện tại để truyền tải điện năng, EVN đang sử dụng các sơ đồ cột thép
DDK cao áp có nhiều chủng loại (phần lớn là các sơ đồ cột DDK của Liên xô
cũ), chưa thống nhất và chưa đi sâu phân tích cơng nghệ, tính hiệu quả để phù
hợp với địa hình khí hậu Việt Nam. Do đó cần có nhiều nghiên cứu về tính
tốn, thiết kế DDK.
- Vì vậy, để giải quyết các vấn đề lớn còn tồn tại nêu trên cần thiết phải
nghiên cứu tính tốn xây dựng các sơ đồ DDK cao áp nhiều mạch đi chung
cột (110kV và 220kV).
Phạm vi của vấn đề là rộng lớn và phức tạp, không nhiều các đề tài
nghiên cứu cùng lĩnh vực trước đó, lại mang tính kinh nghiệm áp dụng thực
tế. Do đó, nội dung bản luận văn chủ yếu xác định các giải pháp cơng nghệ :
phương pháp tính toán cơ lý đường dây cao áp nhiều mạch đi chung cột, xác
định kích thước sơ đồ cột và bố trí dây hợp lý, tính tốn áp dụng cho các cấp
điện áp 110kV, 220kV và tính tốn áp dụng phân bố cột trên địa hình tuyến
đường dây của cơng trình cụ thể.
Bản luận văn sẽ khơng đi sâu vào tính tốn kết cấu phần xây dựng cột,
móng bởi vì phần kết cấu phụ thuộc vào vùng đất đai và địa chất cơng trình cụ
thể mà khơng phụ thuộc vào điện áp đường dây.
Do vậy, đề tài luận văn “Nghiên cứu tính tốn đường dây cao áp nhiều
mạch đi chung cột ở Việt Nam ” là cần thiết để giải quyết các vấn đề khó

khăn trên.

ngun phi long – cao häc HT§-2003


-11Luận văn thạc sĩ khoa học

CHNG II
Lí THUYT CHUNG V CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY
-------------------------------------------------------------------------

II.1. CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHƠNG

II.1.1. Các thơng số cơ bản của DDK
• Tiết diện dây dẫn : F [mm2].
• Đường kính dây dẫn : d [mm].
• Trọng lượng đơn vị của dây dẫn : P [daN/m] hay [kg/m]
• Lực đứt dây hay giới hạn bền của dây : Tđ [daN]
• Ứng suất cho phép ở các chế độ :
-  d : là ứng suất bền của dây,  d =

 CP =

d
k at

[daN/mm2]

(2.1)

Td
[daN/mm2]
F

- kat : là hệ số an toàn tính theo %, có giá trị trong bảng sau [6]:
kat%
Chế độ tính tốn

Dây dẫn
AC, ACO

Dây TK

Chế độ tải trọng lớn nhất và nhiệt độ thấp nhất

40

50

Chế độ trung bình năm

25

35

• Momen đàn hồi của dây dẫn : E [daN/mm2]
• Hệ số nở dài của dây dẫn : a [1/0C]
• Áp lực gió tác dụng vào dây dẫn : Q [daN/m2]
Q = W0 . gsd. k
Trong đó :

ngun phi long – cao häc HT§-2003

(2.2)


-12Luận văn thạc sĩ khoa học

- W0 : l giỏ trị của áp lực gió tiêu chuẩn ở độ cao 10m. [8]
Vùng áp lực gió

IA

IB

IIA

IIB

IIIA

IIIB

IV

W0 (daN/m2)

55

65

83

95

110

125

155

- gsd : là hệ số hiệu chỉnh theo thời gian sử dụng giả định của cơng trình,
được xác định theo bảng sau []: (các số liệu trung gian phải nội suy)
Thời gian (năm)

5

10

20

30

40

gsd

0,61

0,72

0,83

0,91

0,96

- k : là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa
hình. Độ cao tính tốn áp lực gió đối với dây dẫn hoặc dây chống sét của
đường dây được tính theo độ cao qui đổi :

hqđ = htb –

2
.f
3

(2.3)

htb : là độ cao trung bình mắc dây dẫn và dây chống sét.
f : là độ võng dây dẫn lớn nhất.
II.1.2. Tải trọng cơ học của DDK [1]
Có hai tải trọng tác động lên dây dẫn là :
- Tải trọng do trọng lượng dây gây ra.
- Tải trọng do áp lực gió tác dụng lên dây dẫn gây ra.
a. Tải trọng đơn vị do trọng lượng dây.
Trọng lượng đơn vị 1m : P [kg/m] = P [daN/m]
Tải trọng đơn vị do trọng lượng dây : g1 =

P

[daN/m.mm2]
F

b. Tải trọng đơn vị do gió tác dụng lên dây dẫn.
- Tính tốn với trường hợp lớn nhất, hướng gió thổi ngang vng góc
chiều dài dây dẫn, gây ra áp lực gió trên 1m dây dẫn :
Pv = a . Cx . Qmax . d. 10-3 [daN/m]
Trong đó :
- Qmax : là áp lực gió tác dụng vào dây dẫn;[daN/m2].
- d : là đường kính của dây dẫn; [mm]
ngun phi long – cao häc HT§-2003

(2.4a)


-13Luận văn thạc sĩ khoa học

- Cx : l h số khí động học của dây dẫn, phụ thuộc vào đường kính dây
khi d < 20 mm : Cx = 1,2
khi d ≥ 20 mm : Cx = 1,1
- á (x) : là hệ số không đồng đều của áp lực gió, phụ thuộc vào áp lực
gió cho dưới bảng sau [6]: (các giá trị trung gian có thể tính nội suy)
Q [daN/m2]
á (x)

< 27

40

55

>76

1

0,85

0,75

0,7

- Tải trọng đơn vị do gió tác dụng lên dây dẫn :
gv =

 .C x .Qmax.d .10 −3
Pv
=
; [daN/m.mm2]
F
F

(2.4b)

c. Tải trọng đơn vị do gió tác dụng lên dây dẫn khí có q điện áp khí quyển
(hay khi có giơng sét):
- Áp lực gió lên 1m dây dẫn khi có dơng sét :
PGkq = a . Cx . Qdơng. d. 10-3 [daN/m]

(2.5a)

Trong đó :
Qdơng = 0,1.Qmax [daN/mm2]
Nếu : Qdơng  6,25 daN/mm2 thì lấy giá trị Qdơng đó.
Qdơng < 6,25 daN/mm2 thì lấy giá trị Qdơng = 6,25 daN/mm2
- Tải trọng đơn vị do gió tác dụng lên dây dẫn khi có dơng sét :
gGqa =

PGkq
F

=

 .C x .0,1.Qmax.d .10 −3
F

; [daN/m.mm2]

(2.5b)

d. Tải trọng đơn vị do gió tác dụng lên dây dẫn khi có sự cố (đứt dây dẫn
hoặc dây chống sét) :
Khi xét ở chế độ sự cố áp lực gió được giảm đi một cấp là 30daN/m 2,
nhưng không được nhỏ hơn 40daN/m2
- Áp lực gió lên 1m dây dẫn khi có sự cố :
PGsc = a . Cx . (Qmax- 30). d. 10-3 [daN/m]
- Tải trọng đơn vị do gió tác dụng lên dây dẫn khi có sự cố :
ngun phi long – cao häc HT§-2003

(2.6a)

-14Luận văn thạc sĩ khoa học

.C x .(Qmax 30).d.103
PGsc
gGsc =
=
; [daN/m.mm2]
F
F

(2.6b)

II.2. CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA DDK

Đường dây trên không vận hành trong các trạng thái khác nhau. Mỗi
trạng thái được đặc trưng bởi tập hợp các thông số mơi trường và tình trạng
của dây dẫn và dây chống sét. Trạng thái môi trường là thời tiết được cho bởi
hai thơng số đặc trưng :
- Tốc độ gió, hướng gió lấy vng góc với chiều dài đường dây hoặc
xiên 45 độ.
- Nhiệt độ khơng khí.
Các thơng số mơi trường khác như độ ơ nhiễm của khơng khí, độ nhiễm
mặn...được sử dụng để chọn sứ cách điện và phụ kiện dây dẫn.
II.2.1. Trạng thái bình thường
Là trạng thái được thể hiện bởi các thơng số : dây dẫn bình thường +
nhiệt độ khơng khí + tốc độ gió.
Thơng số nhiệt độ được lấy bằng nhiệt độ môi trường xung quanh dân
dẫn, có nghĩa tính tốn dây dẫn trong tình trạng khơng tải điện. Chỉ khi tính
tốn cột vượt đường sắt hoặc trong các trường hợp xét thấy cần thiết mới tính

đến nhiệt độ thực của dây dẫn do dịng điện sinh ra.
Điều kiện thời tiết ở các khu vực địa lý khác nhau có thể khác nhau. Các
trạng thái thời tiết bình thường quan trọng dùng làm cơ sở tính tốn cơ lý
đường dây trên khơng :
a. Trạng thái nhiệt độ thấp nhất (lạnh nhất) : dây dẫn bị co lại, gây ứng
suất trong dây lớn nhất. Dây bị co lại có thể gây lực kéo ngược chuỗi sứ và
nhổ cột, khoảng cách giữa các pha và dây chống sét bị thu hẹp. Đây là một
trong hai trạng thái gây ra ứng suất lớn nhất, dùng để tính tốn treo dây.

ngun phi long – cao häc HT§-2003


-15Luận văn thạc sĩ khoa học

- Ti trng tỏc ng trong trạng thái nhiệt độ cao nhất là tải trọng đơn vị
do trọng lượng riêng của dây dẫn : gTmin = g1
- Nhiệt độ môi trường xung quanh : 5 0C
- Áp lực gió : Q = 0
b. Trạng thái bão : dây dẫn chịu tải trọng cơ học lớn nhất, dây bị lệch
khỏi mặt phẳng đứng. Đây là cũng trạng thái gây ra ứng suất lớn nhất, dùng
để tính toán treo dây.
- Tải trọng tác động trong trạng thái bão là tải trọng tổng hợp của tải
trọng đơn vị do trọng lượng riêng của dây với tải trọng đơn vị khi có gió tác
động vào dây : g2 = gbao = g 12 + g V2
- Nhiệt độ môi trường xung quanh : 25 0C
- Áp lực gió : Q = Qmax
c. Trạng thái nhiệt độ trung bình : đây là trạng thái làm việc lâu dài của
dây dẫn. Dây chịu sự rung động thường xuyên do gió gây mỏi dây và gây
nguy cơ đứt các sợi dây ở các chỗ kẹp dây. Trạng thái này dùng để tính dây
dẫn theo ứng suất cho phép chống rung.

- Tải trọng tác động trong trạng thái nhiệt độ cao nhất là tải trọng đơn vị
do trọng lượng riêng của dây dẫn : g3 = gtb = g1
- Nhiệt độ môi trường xung quanh : 25 0C
- Áp lực gió : Q = 0
d. Trạng thái nhiệt độ cao nhất (nóng nhất) : dây dẫn bị giãn ra nhiều
nhất làm cho khoảng cách từ dây dẫn thấp nhất đến đất lớn nhất. Độ võng
trong trạng thái này là độ võng lớn nhất của dây dẫn trong thời gian vận hành.
Trạng thái này dùng để tính kiểm tra khoảng cách an tồn của dây dẫn với đất.
- Tải trọng tác động trong trạng thái nhiệt độ cao nhất là tải trọng đơn vị
do trọng lượng riêng của dây dẫn : g4 = gTmax = g1
- Nhiệt độ môi trường xung quanh : 40 0C
ngun phi long – cao häc HT§-2003


-16Luận văn thạc sĩ khoa học

- p lc giú : Q = 0
e. Trạng thái quá điện áp khí quyển (có dơng sét) : xảy ra trong các giờ
giơng sét . Trong thái này nếu dây dẫn bị gió làm dao động đến gần nhau và
gần cột thì khả năng gây phóng điện rất cao. Trạng thái này dùng để tính dây
chống sét và kiểm tra độ lệch chuỗi sứ.
- Tải trọng tác động trong trạng thái quá điện áp khí quyển là tải trọng
tổng hợp của tải trọng đơn vị do trọng lượng riêng của dây với tải trọng do
2
gió trong trạng thái q điện áp khí quyển : g5 = g12 + g Gkq

- Nhiệt độ môi trường xung quanh : 20 0C
- Áp lực gió : Q = 0,1.Qmax , nhưng không được nhỏ hơn 6,25 daN/mm2
II.2.2. Trạng thái sự cố
Là trạng thái được thể hiện : Một dây hoặc hai dây bị đứt + nhiệt độ +

tốc độ gió.
Trong trạng thái sự cố, ngồi tác động như trong chế độ bình thường, dây
dẫn bị lơi về một phía làm tăng độ võng của dây đứt trong khoảng cột bên
cạch, làm lệch chuỗi sứ, cột xà vị kéo vì bị uốn.
- Tải trọng tác động trong trạng thái sự cố là tải trọng tổng hợp của tải
trọng đơn vị do trọng lượng riêng của dây với tải trọng do gió trong trạng thái
2
sự cố : g6 = g12 + g Gsc

- Nhiệt độ môi trường xung quanh : 25 0C
- Áp lực gió : Q = (Qmax-30) ,nhưng không được nhỏ hơn 40 daN/mm2
II.2.3. Trạng thái khi thi cơng
Ngồi ra cịn phải tính các trạng thái khí hậu khi thi công đường dây, độ
võng lấy theo điều kiện thực tế lúc thi công, độ võng này được tính tốn sao
cho khi dây dẫn rơi vào các trạng thái bình thường trên sẽ khơng gây ra ứng

ngun phi long – cao häc HT§-2003


-17Luận văn thạc sĩ khoa học

sut trong dõy ln hn ứng suất cho phép, đảm bảo độ yêu cầu. Trạng thái khi
thi cơng khơng có trạng thái bão.
Bảng tổng hợp thông số các trạng thái làm việc của dây dẫn.
Điều kiện tính tốn
Nhiệt độ

Trạng thái

TT

0

Tải trọng

Áp lực gió

(daN/m.mm2)

2

( C)

(daN/mm )

1

Nhiệt độ khơng khí thấp nhất

5

0

g1

2

Trạng thái bão

25

Qmax

g2 = g 12 + g V2

3

Nhiệt độ khơng khí trung bình

25

0

g3 = g1

4

Nhiệt độ khơng khí cao nhất

40

0

g4 = g1

5

6

Trạng thái q điện áp khí

0,1. Qmax
20

quyển

2

( 6,25 daN/m )
Qmax –30

Trạng thái khi sự cố

25

2

( 40 daN/m )

2
g5 = g12 + g Gkq

2
g6 = g12 + g Gsc

II.3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA DÂY DẪN [1]

II.3.1. Phương trình căng dây trên hai điểm treo dây có cùng độ cao
Xét dây dẫn treo trên hai điểm A, B cao bằng nhau (hình 2.1a) chịu tác
động của trọng lượng riêng của dây và của gió thổi vng góc với dây dẫn.

y
A
fx

A

f
hA

Y

B

B
fx

c

yx

hB

hA

hB

f

h0
yx

l/2

o

x

l/2 x

H×nh 2.1a

ngun phi long – cao học HTĐ-2003

l/2

c
Hình 2.1b

x

l/2 X


-18Luận văn thạc sĩ khoa học

Lp h trc to như sau : trục tung đi qua điểm giữa C và cũng là
điểm thấp nhất của dây, trục hoành đi qua điểm thấp nhất O cách điểm C một
đoạn bằng h0. Giả thiết phụ tải cơ giới phân bố đều đặn trên dây với tỷ tải là g
và dây được treo tự do trên hai điểm A và B có cùng độ cao thì dây dẫn sẽ
võng xuống thành một đường cong có dạng dây xích với phương trình biểu
diễn là :

x

 y x = ho .ch h

o

L = h .sh x
o
 x
ho

(2.7)

Trong đó :
yx : là độ cao của dây dẫn trên trục hoành
Lx : là chiều dài dây trong một nửa khoảng cột
h0 : là tỷ số giữa ứng suất tại điểm thấp nhất 0[daN/mm2] và tỷ
tải tổng hợp gT[daN/m.mm2]

:

h0 =

0
gT

[m]

Khai triển các công thức (2.7) thành chuỗi và thay h0 = 0/gT và x = l/2
vào các công thức (2.7) ta được độ cao của các điểm treo dây hA, hB và độ dài

của dây dẫn :
h A = hB =

0
gT

l 4 g T3
l 2 gT
+
+
+ ...
8 o
4!16 03

l 5 g T4
l 3 g T2
L=l+
+
+ ...
5!16 04
3!4 02

(2.8a)
(2.8b)

Độ võng lớn nhất của dây dẫn là :
f = h A – h0 =

l 4 g T3
l 2 gT

+
+ ...
8 o
4!16 03

(2.8c)

Các công thức (2.8a), (2.8b), (2.8c) là những cơng thức cơ bản để tính độ
dài dây dẫn trong khoảng cột và độ võng lớn nhất của dây dẫn.

nguyÔn phi long – cao häc HT§-2003


-19Luận văn thạc sĩ khoa học

Cụng thc (2.8c) khụng ph thuộc vào hệ toạ độ của dây dẫn, độ võng
của dây dẫn là khoảng cách từ đường thẳng căng dây (nối hai điểm treo dây)
đến điểm chính giữa đường cong treo dây, chỉ phụ thuộc vào thông số của dây
dẫn là : khoảng cột l, tỷ tải gT và ứng suất 0 ở điểm thấp nhất của dây dẫn.
Đối với khoảng cột khơng lớn (l < 500  1000m), có thể bỏ qua các
thành phần bậc 4,5 trở lên của ...., ta được :
➢ Chiều dài dây dẫn và độ võng dây dẫn :
l 3 g T2
8f 2
L=l+
=l+
3l
24 02

(2.9a) ;

l 2 gT
f=
8 o

(2.9b)

Từ đó ta tính ngược lại được ứng suất trong dây dẫn ở điểm thấp nhất và
có ý nghĩa : nếu ta biết khoảng cột l và tỷ tải tổng hợp thì ứng suất trong dây
dẫn phụ thuộc vào độ võng của dây dẫn, mà độ võng do người thiết kế đường
dây lựa chọn và được thực hiện khi thi công đường dây.
Nếu bỏ qua các thành phần từ bậc 4 trở lên trong (2.7) và thay h 0 = 0/gT
ta được phương trình căng dây : yx = h0 +


x 2 gT
x 2 gT
= 0 +
2 o
2 o
gT

(2.10a)

➢ Từ đó ta có thể tính độ võng tại điểm x bất kỳ :
fx = hB – yx =

0
gT

0
l 2 gT
x 2 gT
g
+
= T
8 o
2 o
gT
2 o

 l2

 − x2 
4


(2.10b)

Cơng thức tính fx theo (2.10b) là hàm parapol có trục tung đi qua điểm
giữa khoảng cột, cịn trục hồnh có thể lấy tuỳ ý vì f x khơng phụ thuộc tung
độ y. Ta cũng có thể chuyển trục tung ta đầu bên trái khoảng cột cắt điểm treo
dây A bằng cách thay x = x – l/2, ta được : fx =

4 x. f  x 
l − 
l  l

Nếu lấy trục hoành đi qua điểm thấp nhất C và trục tung đi qua điểm
g T .x 2

giữa đường căng dây thì phương trình (2.10a) trở thành : yx =
2 o

(2.10c)
ngun phi long – cao häc HT§-2003


-20Luận văn thạc sĩ khoa học

Phng trỡnh (2.10c) dựng tính đường cong căng dây mẫu để phân bố
cột trên tuyến đường dây. (hình 2.1b)
II.3.2. Phương trình căng dây trên hai điểm treo dây không cùng độ cao
Khi điểm treo dây A và B khơng cùng độ cao (hình 2.2a), ta có thể khẳng
định dây dẫn vẫn tạo thành đường cong parabol dạng dây xích duy nhất đi qua
hai điểm treo dây A và B. Tâm của của trục toạ độ sẽ gần về phía điểm treo
dây thấp hơn.
Y
l
l/2

l/2

B

B



c

h



h
A

fx

y

A
hB

fC

hA

hA
C
a

o

yx

yC
xC

b

hB

x

X

a

o

X

b
Y

H×nh 2.2b

H×nh 2.2a

Nếu bỏ qua các thành phần bậc cao, từ phương trình (2.10c), trong đó ký
hiệu 0 đổi thành  ta được :

yx =

Thay độ dài a, b vào (2.11) ta được :

g T .x 2
2

(2.11)

g T .x 2
g T .x 2
hA =
; hB =
2
2

g T .x 2 2
Độ lệch giữa điểm treo dây là : h = hB – hA = l.tg =
(b – a2)
2

( là góc tạo bởi đường thẳng AB với trục hoành)
Thay b = l – a vào công thức trên và biến đổi ta xác định được a, b:
a=

l  0. .h l T0. .h
−
= −
2 g T .l
2 PT .l

(2.12a)

b=

l  0. .h l T0. .h
+

= +
2 g T .l
2 PT .l

(2.12b)

nguyÔn phi long – cao häc HT§-2003


-21Luận văn thạc sĩ khoa học
h
- yC
2

vừng chính giữa khoảng cột fC là : fC = hB -

 .h
l
-a= 0
. Thay các giá trị và biến
g T .l
2

Với yC là độ cao của dây tại xC =

đổi ta được độ võng ở chính giữa khoảng cột cũng giống như khi hai điểm
treo dây bằng nhau :

fC =

g T .l 2
8 0

(2.13)
Từ (hình 2.2b) ta tính được độ cao y, đó là khoảng cách từ đường ngang
đến dây dẫn tại điểm cách cột B đoạn x :

y = hB - yx = fx + x.

h
l

Mặt khác ta có khoảng cách tới đất tại điểm bất kỳ x trong khoảng cột :
yx =

g T .(b − x) 2
g
h
= T .x.(l − x) + x.
2
2
l

Ta có độ võng tại điểm bất kỳ x trong khoảng cột : fx =
Từ hình vẽ ta có:

LA = 2a +

(2a) 3 g T2
24 02

gT
.x.(l − x)
2

; LB = 2b +

(2b) 3 g T2
(2.14)
24 02

➢ Từ (2.12a,b) và (2.14) ta xác định chiều dài dây dẫn L :
l 3 g t2
L A + LB
h 2
L=
=l+
+
2.l
2
24 02

(2.15)

Từ đường cong căng dây, ta kéo dài đường parabol về phía A được điểm
B’ ngang với điểm B (hình 2.2c). Đường B’AB tạo ra đường căng dây tương
đương lớn. Tương tự với điểm A’ ta có đường cong căng dây tương đương bé.
Đặt trục toạ độ vào điểm thấp nhất C ta có trường hợp hai điểm treo dây
y

l"t®

ngang nhau.

l
B

B'
h
l'tđ

A

A'
hB

hA cao học HTĐ-2003
nguyễn phi long
a

o

a

X


-22Luận văn thạc sĩ khoa học

Ta cú khong ct tương đương lớn là : l’td = 2b = l +

➢ Ta có khoảng cột tương đương bé là : l’’td = 2b = l -

2 0 .h
(2.16a)
g T .l

2 0 .h
g T .l

(2.16b)

II.3.3. Phương trình trạng thái của dây dẫn
Khi ta treo dây dẫn lên hai cột có khoảng cột l, với độ võng ban đầu là f,
nhiệt độ mơi trường  và tốc độ gió v thì trong dây dẫn xảy ra ứng suất ban
đầu : 0 (đây là ứng suất tại điểm thấp nhất, được ký hiệu để chỉ ứng suất tại
điểm thấp nhất trong trạng thái xuất phát).
Sau đó nhiệt độ thay đổi, tốc độ gió thay đổi dẫn đến f, L và ứng suất
cũng thay đổi theo (đây là trạng thái thứ 2: là trạng thái tiếp theo của dây
dẫn)
Người thiết kế phải tính được độ võng ban đầu sao cho :
- Trong mọi biến đổi của thời tiết không được vượt quá giá trị cho
phép CP vì như vậy sẽ làm hỏng dây dẫn.
- Độ võng khơng được q lớn vì sẽ vi phạm khoảng cách an toàn của
dây dẫn.
Để thực hiện được điều này phải biết được : Quy luật biến đổi của ứng
suất , độ võng f theo nhiệt độ và tốc độ gió thể hiện qua tỷ tải g và g v . Quy
luật biến đổi này chính là phương trình trạng thái của dây dẫn.
II.3.3.1. Dây dẫn treo trên hai điểm có độ cao bằng nhau

ngun phi long – cao häc HT§-2003