Báo cáo nghiên cứu khoa học: "ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG CƠ GIỚI LÊN CỘT CỦA MẠNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐẤT LÀM DÂY DẪN"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Việc sử dụng mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn đã đem lại lợi ích đáng kể về kinh tế, một trong các lợi ích đó là tiết kiệm được lượng vốn đầu tư khi xây dựng cột, dây dẫn và các phụ kiện khác… Nội dung dưới đây trình bày kết quả tính toán lượng tiết kiệm vốn đầu tư dựa trên các đánh giá về tải trọng cơ giới tác dụng lên cột của mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn và so sánh với mạng điện ba pha thông thường. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG CƠ GIỚI LÊN CỘT CỦA MẠNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐẤT LÀM DÂY DẪN"

ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG CƠ GIỚI LÊN CỘT CỦA MẠNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐẤT LÀM DÂY DẪN EVALUATION THE EFFECT OF MECHANICAL LOAD ON ELECTRICAL NETWORK POLES USING GROUND AS A CONDUCTOR TRỊNH TRỌNG CHƯỞNG Đại học Công nghiệp Hà Nội TRẦN QUANG KHÁNH Đại học Điện lực TÓM T ẮT Việc sử dụng mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn đã đem lại lợi ích đáng kể về kinh tế, một trong các lợi ích đó là tiết kiệm được lượng vốn đầu tư khi xây dựng cột, dây dẫn v à các phụ kiện khác… Nội dung dưới đây trình bày kết quả tính toán lượng tiết kiệm vốn đầu tư dựa trên các đánh giá v ề tải trọng cơ giới tác dụng lên cột của mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn v à so sánh v ới mạng điện ba pha thông thường. ABSTRACT The low additional charge areas gain practical benefits from the use of ground as a conductor, one of which is the economy of capital investment when constructing an electrical network. The article discusses the economic and technical effects based on the evaluation of the effect of mechanical load on the pole. The research result proves the application of this network is suitable in Vietnam. 1. Đặt vấn đề Ở nước ta vào những năm 1970 của thế kỷ trước nhiều địa phương đã thiết kế, vận hành mạng điện sử dụng đất làm dây dẫn (MĐG) phục vụ nông nghiệp nông thôn với mục đích tiết kiệm vốn đầu tư. Tuy nhiên việc vận hành còn mang tính thử nghiệm, hơn nữa các số liệu vận hành không được thống kê ghi chép đầy đủ và cũng chưa có nhiều nội dung nghiên cứu về MĐG nên chưa có cơ sở khoa học khách quan để đánh giá phân tích về mặt kỹ thuật mạng điện này ở nước ta. Do đó các ý kiến về sử dụng phương thức truyền tải điện bằng MĐG phục vụ nông nghiệp, nông thôn, các vùng có mật độ phụ tải nhỏ ở nước ta hiện nay vẫn tồn tại nhiều quan điểm khác nhau. Có nhiều phương pháp để đánh giá, phân tích lơi ích của MĐG so với mạng điện ba pha thông thường [1], [2]. Bài viết dưới đây trình bày kết quả đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tải và lượng vốn tiết kiệm do giảm chi phí cột dựa vào việc tính toán tải trọng cơ giới tác dụng lên cột của MĐG, với mục đích làm rõ thêm ưu điểm của mạng điện này so với mạng điện ba pha thông thường xét theo lợi ích kinh tế khi giảm vốn đầu tư xây lắp điện, tạo cơ sở khoa học để có thể ứng dụng mạng điện này cho các vùng có mật độ phụ tải nhỏ. 2. Nội dung phương pháp Mạng điện ngoài trời luôn chịu sự tác động của môi trường xung quanh, sự ảnh hưởng của các điều kiện khí hậu, địa lý đối với mạng điện khá phức tạp. Sự phân tích đặc điểm cho phép thiết lập mô hình toán học nghiên cứu các ảnh hưởng khác nhau của điều kiện khí hậu, địa lý đối với các thông số kỹ thuật của mạng điện. Trong hình 1 biểu diễn ảnh hưởng của các yếu tố: tốc độ gió, nhiệt độ, độ cao so với mặt biển đối với khả năng tải của đường dây. Tính toán cho loại dây dẫn tiết diện từ AC - 16
đến AC - 120 ở vùng đồng bằng Bắc Bộ [4] cho thấy tốc độ gió và nhiệt độ môi trường có Icp, A ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tải (giá trị 300 dòng điện cho phép của dây nhôm nhỏ hơn so với giá trị cho trong sổ tay thiết kế khoảng 200 0,77 lần), còn điều kiện về địa hình chỉ ảnh hưởng đến các thông số kinh tế. 100 Khi tốc độ gió tiếp tục tăng, dòng điện V,m/s cho phép tăng chậm hơn. Như vậy với tốc độ 0 10 gió vừa phải thì chế độ làm việc của mạng 20 điện sẽ thuận lợi hơn. Khi tốc độ gió lớn, khả Icp, A 300 năng truyền tải của mạng điện sẽ tăng nhưng đường dây sẽ phải chịu một tải trọng cơ học 200 lớn. Riêng đối với các khu vực có mật độ 100 phụ tải nhỏ, mạng điện thường đi qua những địa hình phức tạp: đồi núi, sông ngòi…nên  0C những đánh giá cụ thể về điều kiện môi 0 10 20 30 40 trường xung quanh đến dây dẫn, cột, 50 60 Icp, A móng…là rất cần thiết để làm cơ sở khoa học 300 so sánh với mạng điện ba pha thông thường về các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Một trong 200 những nội dung quan trọng để đánh giá là xác định tải trọng cơ giới tác dung lên cột, bởi vì 100 chúng quyết định đến lượng vốn đầu tư xây dựng và thời gian phục vụ của mạng điện. H, m Tải trọng cơ giới tác dụng lên cột của 0 200 400 600 mạng điện bao gồm tải trọng nằm ngang và tải 800 1000 trọng thẳng đứng, trong đó tải trọng nằm H×nh 1: Sù phô thuéc thuéc cña dßng ®iÖn cho ngang là áp lực gió lên cột, gió lên dây và sức phÐp vµo c¸c yÕu tè: a) tèc ®é giã; b) nhiÖt ®é trung b×nh cña m«i trêng xung quanh; c) ®é cao căng dây; tải trọng thẳng đứng gồm trọng so víi mÆt biÓn. lượng cột, dây dẫn, xà, sứ và tải trọng xây lắp. 2.1. Các loại tải trọng cơ giới Qua các nghiên cứu trước đây của tác giả, lượng vốn đầu tư tiết kiệm được do giảm chi phí cột có thể được xác định theo nhiều cách [1]. Tuy nhiên trong thực thế thì việc tính toán thiết kế xác định vị trí cột lại phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa hình. Loại cột được chọn phải đảm bảo độ bền trong suốt thời gian phục vụ. Do đó trong thiết kế cần phải tính đến khả năng chịu uốn, chịu xoắn của cột. Giả thiết cột có chiều cao là H (m) được dùng trong thiết kế có khoảng cột là l (m), đ i qua vùng có vận tốc gió là v (m/s), lúc đó tải trọng ngang tác dụng lên cột bao gồm áp lực gió tác dụng lên cột, sức căng dây và áp lực gió tác dụng lên dây được xác định lần lượt như sau: - Áp lực gió tác dụng lên cột có diện tích bề mặt là S [3] : 9,81  k .C x .v 2 .S .10 3 , N Pgc  16 (1) trong đó: k: hệ số không đồng đều của gió;
Bảng 1: Hệ số không đồng đều của gió v (m/s) 20 25 30 ≥35 k 1 0,85 0,75 0,70 C x : hệ số khí động học của gió (cột phẳng: C = 1,5; cột tròn C = 0,7). x x S: diện tích bề mặt cắt ngang của cột; S  0,5(b1  b2 ).H k , m 2 (2) với: b1, b2: đường kính đỉnh cột và chân cột, m; - Tải trọng gió tác dụng lên dây trong một khoảng vượt là: 9,81  k .C x .v 2 .d .l. sin  .10 3 Pgd  16 ,N (3) trong đó: d: đường kính dây dẫn; φ: góc giữa hướng gió và tuyến dây; Ngoài ra cột còn chịu một lực căng của dây dẫn. Lực đó tỷ lệ với tiết diện dây dẫn và ứng suất dây: T   .F , N (4) với: F: tiết diện dây dẫn, mm2 ;  : ứng suất của dây dẫn, N/mm2  : (Đối với cột trung gian khi có sự cố đứt dây, dùng sứ treo thì sức căng dây giảm đi 70%; còn dùng sứ đứng thì T = 1500 N) [5]. 2.2. Mômen tính toán tác dụng lên cột Mômen tính toán tác dụng lên cột bao gồm: mômen lật do áp lực của gió tác dụng lên cột, mômen lật do áp lực của gió tác dụng lên dây, mômen uốn và mômen xoắn. - Mômen lật do áp lực gió tác dụng lên một dây dẫn: 9,81 . k .C x .v 2 .d .l.H .10 3 , Nm M gd  Pgd .H  16 (5) - Mômen lật do gió tác dụng lên cột: 9,81 . k .C k .v 2 .S .hi .10 3 , Nm M gc  Pgc .hi  16 (6) với: hi: chiều cao trọng tâm điểm đặt lực gió. H 2b  b2 hi  k . 1 ,m 3 b1  b2 (7) Mômen uốn tổng cộng: M    M gd  M gc   Pgd .H  Pgc .hi (8) trong đó: Mgd: tổng mômen của các dây dẫn. Mômen uốn tổng cộng có kể thêm 10% mômen xây lắp [5]: M u   1,1.n d .M  , Nm với nd: hệ số dự trữ.
Mômen uốn do sức căng của dây: M uc  T .H , Nm Mômen uốn tổng cộng do sức căng của dây: M uct  1,1.n d . T .H , Nm (9) Điều kiện bền chống uốn: M u   M cu M uct  M cu (10) ở đây: Mcu: mômen chống uốn của cột. Còn mô men xoắn tác dụng lên cột được lấy gần đúng bằng mômen uốn của xà: X M xc  Tsc . 2 (11) ở đây: Tsc: lực căng khi sự cố đứt dây về một phía, N. X: chiều dài của xà, m. Điều kiện bền chống xoắn là: M xtt  n d .M xc  M cx (12) trong đó: Mxtt: Mômen xoắn tính toán, Nm; Mxc: Mômen chống xoắn của cột, Nm. 2.3.Tính toán đối với cột trung gian của các đường dây (Trong phạm vi bài viết tác giả chỉ đề cập tính toán cho cột trung gian là cột chịu tác dụng của gió lớn nhất, thổi vuông góc với các tuyến dây và ở chế đọ bình thường gây ra mômen lật lớn nhất. Còn ở các loại cột khác được tính toán tương tự). 1Pgd 3Pgd 2Pgd Pgc Pgc H×nh 2: S¬ ®å ®i d©y vµ tÝnh to¸n cét trung gian cña ®êng d©y ba pha th«ng thêng (Ghi chú: 1D + Đ: mạng điện 1 dây trên không - đất; 2D + Đ: mạng điện 2 dây trên không - đất ) 2Pgd Pgd Pgc Pgc H×nh 3: S¬ ®å ®i d©y vµ tÝnh to¸n cét trung gian cña ®êng d©y 1D+§ vµ 2D+§
Nếu sử dụng cột có cùng chiều cao, dây dẫn có cùng tiết diện thì tại một vị trí nhất định mômen uốn do tải trọng cơ giới tác dụng lên cột trung gian của đường dây ba pha thông thường Mutt3f (tính toán đối với trường hợp 3 dây đi trên cùng một xà) được xác định theo (8): M utt 3 f  1,1.nd .M u  1,1.nd .(M gd  M gc ), Nm 9,81 9,81 . k .C x .v 2 .d .l.H k .10 3  . k .C x v 2 .S .hi .10 3 ), Nm M utt 3 f  1,1.nd .(3. 16 16 9,81 . k .C x .v 2 .10 3 (3.d .l.H k  S .hi )  1,1.nd . M utt 3 f 16 (13) Thay hi từ (7) vào (13) được:   2b  b 9,81  k .C x .v 2 .H k .10 3  3.d .l  S 1 2 , Nm M utt 3 f  1,1.nd .   b1  b2 16   (14) Tính toán hoàn toàn tương tự với đường dây 1D + Đ và 2D + Đ được kết quả sau: Mạng điện 1D + Đ:   2b  b2 9,81 . k .C x .v 2 .H k .10 3  d .l  S 1 , Nm M utt1D  1,1.n d   b1  b2 16   (15) Mạng điện 2D + Đ:   2b  b2 9,81 . k .C x .v 2 .H k .10 3  2.d .l  S 1 , Nm M ut 2 D  1,1.nd   b1  b2 16   (16) Tiến hành lập các tỷ số: M M K 1  utt 2 D K 2  utt1D M utt 3 f M utt 3 f vµ thu được: 2b1  b2 2.d .l  S b1  b2 K1  2b  b2 3.d .l  S 1 b1  b2 (17) 2b1  b2 d .l  S b1  b2 K2  2b  b2 3.d .l  S 1 b1  b2 và Như vậy ứng với mỗi cấp điện áp của đường dây, loại cột sử dụng, độ chôn sâu cột…chúng ta sẽ dễ dàng xác định được các giá trị K1 và K2 để từ đó đánh giá được tải trọng
cơ giới tác dụng lên cột so với mạng điện ba pha thông thường trong các trường hợp khác nhau. Ngoài ra chúng ta cũng có thể đánh giá tải trọng tác dụng lên cột qua mômen tính toán quy về lực đầu cột bằng cách lập tỷ số: M Ptt  utt , N Hk (18) Từ đó cũng lập được các tỷ số K1 và K2: Ptt 2 D Ptt1D K1  K2  Ptt 3 f Ptt 3 f và 3. Kết quả tính toán Bảng 2: Số liệu tính toán (áp dụng cho cấp điện áp 35 kV và 10 kV ) Cấp điện áp Khoảng cách T/bình Loại cột Vật liệu làm xà, (kV) (m) sử dụng kích thước (mm) Sắt góc mạ kẽm L 73.73.7 35 kV 100 LT14B; LT14C Sắt góc mạ kẽm L 70.70.7 10 kV 75 LT12B; LT12C Kết quả tính toán ứng với các loại tiết diện dây dẫn khác nhau: 1 1 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 K1 0.6 0.6 K1 0.5 0.5 K K 0.4 0.4 0.3 0.3 K2 0.2 0.2 K2 0.1 0.1 0 0 AC 35 AC 50 AC 70 AC 95 AC 120 AC 150 AC 185 AC 35 AC 50 AC 70 AC 95 AC 120 AC 150 AC 185 M· d©y dÉn M· d©y dÉn Hình 4: Hệ số K1, K2 của đường dây 10 kV Hình 5: Hệ số K1, K2 của đường dây 35 kV Nhận xét Qua kết quả tính toán trên hình 4, 5 và (18) nhận thấy rằng: - Tải trọng cơ giới tác dụng lên cột trung gian của đường dây 1D + Đ giảm ít nhất 24% so với tải trọng cơ giới tác dụng lên cột trung gian của đường dây ba pha thông thường.Nếu thay đổi loại cột sử dụng (cột có cùng độ cao nhưng lực đầu cột nhỏ hơn một cấp) thì giá trị giảm tối đa là 25% lực đầu cột của cột cao hơn một cấp chịu lực. Do vậy nếu cùng một khoảng cột, cùng một tiết diện thì đường dây 1D + Đ hoàn toàn có thể sử dụng loại cột có cùng độ cao nhưng có lực đầu cột nhỏ hơn một cấp. Riêng đối với cột trung gian của mạng điện 2D + Đ thì tải trọng cơ giới tác dụng lên cột giảm tối đa 20%. - Đường dây 1D + Đ không gây ra mômen uốn trong mọi trường hợp.
4. Kết luận Nội dung trình bày đã đưa ra được một phương pháp đánh giá tải trọng cơ giới tác dụng lên cột bằng cách so sánh mômen uốn tổng cộng tác dụng lên cột của MĐG với mạng điện ba pha thông thường. Công thức (17) là một công cụ hữu hiệu để trợ giúp thiết kế khi xây dựng MĐG. Qua [1] và kết quả tính toán nêu trên cho thấy nếu khoảng cách truyền tải càng lớn thì lượng vốn tiết kiệm được càng nhiều, hay nói cách khác, đối với các khu vực có mật độ phụ tải nhỏ hoặc nằm xa nguồn thì việc sử dụng MĐG là một giải pháp tốt để tiết kiệm chi phí xây dựng lưới điện, góp phần làm giảm giá thành điện năng. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Trọng Chưởng, Phạm Văn Hoà, Nghiên cứu đặc điểm của mạng điện sử dụng [ 1] đất làm dây dẫn, Tạp chí Khoa học và Công nghệ các trường Đại học Kỹ thuật, số 55/2006. Trịnh Trọng Chưởng, Phạm Văn Hoà, Khả năng ứng dụng mạng điện sử dụng đất làm [ 2] dây dẫn cho các vùng nông thôn xét theo chiều dài giới hạn, Chuyên san Khoa học và Công nghệ Điện lực, số 1/2005. [ 3] M.G. Knight, Power system engineering, Thomas Nelson, Australia, 1991. Trần Quang Khánh, Budzco I.A, Lesinskaia T. B, Ảnh hưởng của yếu tố khí hậu tự [ 4] nhiên đến các thông số cấu trúc và kinh tế của lưới điện nông nghiệp, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật Nông nghiệp, số 307, Hà Nội, 3/1988. Nguyễn Văn Sắc, Nguyễn Ngọc Kính, Mạng điện nông nghiệp, Nhà Xuất bản Giáo [ 5] dục, Hà Nội, 1999.