tài liệu d8h10bweeblycom

- Gioù : gioù thoåi seõ taïo neân moät löïc taùc ñoäng leân chieàu ngang laøm taêng taûi cô hoïc cuûa daây vaø laøm daây dao ñoäng theo phöông ngang (daây bò rung) coù theå gaây ñöùt da[r]

Chương 12: TÍNH TỐN ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG

Bài 12.1: ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 1 Khái niệm:

Đường dây gồm dây dẫn trụ chịu tác động phụ tải giới gồm trọng lượng thân, gió, dãn nở nhiệt độ thay đổi, mơi trường… Do cần tính tốn kiểm tra độ bền học đường dây nhằm phục vụ cho việc thiết kế, thi công đường dây, bao gồm nội dung sau:

- Xác định phụ tải giới lực tác động lên dây dẫn dây chống sét - Ưùng suất học đường dây điều kiện làm việc khác

nhau

- Độ võng lớn 2 Các định nghĩa:

- l : chiều dài khoảng cột (khoảng vượt), xem khoảng cách tâm cột điện cạnh

- h : chiều cao treo dây

- h0 : quy cách an toàn đường dây

(khoảng cách từ điểm thấp dây dẫn đến mặt đất)

- f : độ võng

3 Các nguyên nhân học gây hư hỏng đường dây :

- Nhiệt độ : nhiệt độ giảm dây dẫn co lại, chiều dài dây ngắn nên chổ kẹp dây ứng suất học tăng lên Khi nhiệt độ tăng lên dây bị dãn, chiều dài tăng làm tăng độ võng, giảm khoảng cách an tồn

- Gió : gió thổi tạo nên lực tác động lên chiều ngang làm tăng tải học dây làm dây dao động theo phương ngang (dây bị rung) gây đứt dây hay chạm pha với

- Không khí ô nhiễm : ăn mòn dây, gây phóng điện bề mặt

-o0o -f

h h

Bài 12.2 : PHỤ TẢI CƠ GIỚI CỦA DÂY DẪN 1 Khái niệm :

Phụ tải giới tác dụng lên dây dẫn đường dây gồm hai phần: - Phương thẳng đứng: trọng lượng thân dây

- Phương ngang : gió thổi

Ngồi nhiệt độ thay đổi làm thay đổi sức căng độ võng đường dây

Trong thực tế phụ tải giới không phân bố đặn dọc theo chiều dài dây để đơn giản tính toán ta giả thiết phụ tải giới phân bố đặn dọc theo chiều dài dây khoảng vượt

Phụ tải giới biểu diển tỷ tải Tỷ tải phụ tải giới tác dụng lên đơn vị chiều dài dây (1m) có tiết diện 1mm2.

2 Các loại tỷ tải tác dụng lên dây dẫn: a) Tỷ tải trọng lượng thân g1 :

g1=aG0

F [N/m.mm

2]

Với: G0 – khối lượng 1m dây dẫn [kg/m]

F – tiết diện tính tốn [mm2]

a – gia tốc trọng trường: a 9,81N/kg b) Tỷ tải áp lực gió g2 :

g2=T

F

Với T sức ép gió lên 1m dây : T=c.k.λ.d.a.v

16000 sinϕ [N/m]

c – hệ số động lực khơng khí, phụ thuộc đường kính dây dẫn : d  20 mm c = 1,1

d > 20 mm c = 1,2

k – hệ số biểu thị ảnh hưởng chiều dài khoảng vượt : (Bảng 12.4) Chiều dài khoảng vượt

[m]  50 100 150

 250

k 1,2 1,1 1,05

 - hệ số biểu thị phân bố không đồng gió : (Bảng 12.3) Tốc độ gió

[m/s]  20 25 30 40

 1 0,85 0,75 0,7

d – đường kính dây dẫn v – tốc độ gió [m/s]

c) Tỷ tải tổng hợp tác dụng lên dây dẫn g :

Tỷ tải tổng hợp tổng hai tỷ tải g1 theo phương thẳng đứng g2 theo

phương ngang:

g=√g12+g22

-o0o -Bài 12.3 : SỨC CĂNG VAØ ĐỘ VÕNG CỦA DÂY DẪN 1 Sức căng ứng suất dây dẫn:

Xét khoảng vượt với giả thiết : - Dây võng lý tưởng không bị kéo căng

- Trọng lượng dây phân bố dọc theo chiều dài dây

- Tại điểm có tọa độ (x, y) có lực kéo Txy tác động theo

phương tiếp tuyến điểm

Lực kéo Txy tính theo cơng thức : Txy = g.F.y

(y – khoảng cách từ điểm (x,y) đến trục hoành) Tương tự : T0 = g.F.y0

TA = g.F.yA = g.F.(y0 + f)

 Đ/n ứng suất: ứng suất vật liệu dây dẫn sức căng đơn vị

tieát diện dây: σ=T

F [N/mm2]

 σ0=

T0

F=g.y0 ; σA=

TA

F =g.yA=g.(y0+f)=σ0+g.f

Nhận xét: A > 0 nghĩa ứng suất điểm treo dây lớn ứng suất điểm

thấp Tuy nhiên, khoảng vượt trung bình (<700m) A 0

chênh lệch khơng lớn nên dùng 0 để tính tốn tải dây Như vậy,

các nội dung cần đánh giá gồm: - 0  cho phép

- A (hoặc B ) (1+k)cho phép (k = 0,05 với dây nhôm k = 0,1

với dây AC)

2 Độ võng lớn khoảng vượt:

Phương trình độ võng đường dây có dạng đường dây xích :

y=y0cosh x

y0

Taïi A: x = −ℓ

2  yA=y0cosh( − ℓ

2y0)=y0cosh

ℓ 2y0

Hình vẽ: f = yA – y0 = y0(cosh

ℓ 2y0−1)

A B

y

x O

yA y0 y

Txy To

(x, y) l

Maø: y0=σ0

g  f=

σ0 g (cosh

ℓg 2σ0

−1)

Khai trieån Furier haøm cosh : coshx = 1+ 2x2!+ x

4!+ Đối với khoảng trung bình

có thể lấy đến bậc Khi đó:

f ≈ gℓ

2

8σ0 [m] (Phương trình dạng parabol)

3 Tính chiều dài dây khoảng vượt:

Gọi L chiều dài dây khoảng vượt Ta có biểu thức tính chiều dài từ điểm thấp O đến điểm (x,y) sau:

LO-xy = y0|sinh

x y0|

 Chiều dài từ A đến O : LO-A = y0|sinh

− ℓ

2y0|=y0sinh

ℓ 2y0

Maø: L = 2LO-A = 2y0sinh

ℓ

2y0 = σ0

g sinh ℓg 2σ0

Khai triển Furier hàm sinh : sinhx = x + 3x3!+x

5!+ Đối với khoảng trung bình

có thể lấy hai số hạng đầu Khi đó: L≈ ℓ+ g

ℓ3 24σ02

4 Tính độ võng điểm khoảng vượt:

Khi mặt đất phía khoảng vượt khơng phẳng khoảng cách an tồn khơng nằm điểm thấp dây dẫn

Từ hvẽ ta thấy khoảng cách an toàn lúc hx với độ võng fx

 Tính hx fx :

fx = yA – y = y0cosh

ℓ

2y0 − y0cosh

x y0

Thay y0=σ0

g , vaø coshx = 1+ x2

2! vào ta : fx≈ g 2σ0(

ℓ2

4− x

2

) Nếu tính theo t : thay t = 2ℓ− x , ta : fx≈ g.t(ℓ − t)

2σ0

Khoảng cách an toàn: hx = yA – fx – z

-o0o -Bài 12.4: ỨNG SUẤT VAØ ĐỘ VÕNG CỦA DÂY DẪN TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT KHÁC NHAU

1 Khái niệm :

Ở điều kiện thời tiết khác chiều dài, độ võng ứng suất dây dẫn thay đổi khác Cụ thể hai trạng thái thời tiết sau :

- Bão: gây phụ tải lớn nhất, thông số tương ứng bão, gbão, bão

- Nhiệt độ thấp nhất: ứng suất lớn nhất, thông số tương ứng min,

gmin, min

Xét hai trạng thái thời tiết khác với ký hiệu trạng thái m n G/sử biết thông số trạng thái m ứng suất điểm thấp m, tỷ tải

gm, nhiệt độ m Bài toán đặt biết n , gn xác định n

2 Tính ứng suất dây dẫn thời tiết thay đổi:

Gọi Lm(n) chiều dài dây dẫn trạng thái m(n), Lm(n) xác định theo

công thức :

Lm(n)=ℓ+ gm(n) ℓ3

24σm2(n) (1)

Khi nhiệt độ thay đổi từ m đến n chiều dài dây thay đổi lượng:

ΔL1=Lm.α(θn−θm) ( - hệ số giản nở dây dẫn [độ -1]) Khi ứng suất thay đổi từ m đến n chiều dài dây thay đổi lượng:

ΔL2=Lm

E (σn− σm) (E – module đàn hồi dây dẫn [N/mm2]) Khi : Ln = Lm + L1 + L2 = Lm + Lm..(n - m) +

Lm

E (σn− σm) (2) Thay (1) vào (2) ta :

gn2ℓ3

24σn2−

Lm

E σn=

gm2ℓ3

24σm2 +Lm.α.(θn−θm)−

Lm

E σm

Vì chiều dài dây dẫn Lm không khác nhiều với chiều dài khoảng vượt l nên có

thể lấy gần Lm  l, đó:

σn−Egn

2

ℓ2

24σn2 =σm− Egm

2

ℓ2

24σm2 − α.E(θn−θm) (Phương trình trạng thái-bậc 3)

Giải phương trình trạng thái tìm n, từ xác định fn

Ý nghĩa thực tế: trạng thái m trạng thái thời tiết xảy ứng suất lớn nhất, trạng thái n ứng với thời tiết lúc thi công đường dây Việc giải phương trình trạng thái xác định fn để biết độ võng lớn đường dây cần thi công

-o0o -Bài 12.5: KHOẢNG VƯỢT TỚI HẠN 1 Khái niệm:

Ứng suất dây dẫn thay đổi theo thời tiết đạt trạng thái max thời tiết bão, hay nhiệt độ khơng khí thấp Vì vậy, thiết kế đường dây với khoảng vượt biết trước cần xác định ứng suất đường dây lớn

Từ phương trình trạng thái:

+ Cho l  : σn=σm− α.E(θn−θm) : ứng suất phụ thuộc nhiệt độ + Cho l   : σn2

=gn

g2mσm

2

: ứng suất phụ thuộc tỷ tải g

Nhận xét: đ/v khoảng vượt nhỏ ứng suất dây dẫn lớn nhiệt độ khơng khí thấp nhất; đ/v khoảng vượt lớn ứng suất max phụ tải giới lớn

2 Tính khoảng vượt tới hạn:

Khi chiều dài khoảng vượt l tăng ảnh hưởng nhiệt độ giảm dần, ngược lại ảnh hưởng bão (phụ tải giới ) tăng dần Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng chiều dài dây lên ứng suất sau:

- Đ/n khoảng vượt tới hạn: khoảng vượt mà ứng suất phụ tải giới lớn với ứng suất nhiệt độ thấp ứng suất cho phép max dây dẫn:

gbaõo = min = [ ]

- Xác định lth :

Từ phương trình trạng thái, thay thơng số m n ứng với trạng thái bão trạng thái nhiệt độ thấp ta được:

l



[ ]

lth

gbaõo

mi

n

σ¿2 ¿

σ¿2 ¿

24¿

24¿

[σn]−Egθmin ℓ

th

¿

Giải phương trình: ℓth=[σ].√24α(θbão− θmin)

g2baõo− gθ2min [m]

Sau xác định lth ta có nhận xét sau:

- l > lth : ứng suất max xảy bão

- l < lth : ứng suất max xảy nhiệt độ thấp

-o0o -Bài 12.6: ỨNG SUẤT VÀ ĐỘ VÕNG CỦA DÂY NHƠM LÕI THÉP 1 Khái niệm:

Dây nhôm lõi thép có phần nhơm dùng để dẫn điện phần thép dùng tăng cường sức bền Tuy nhiên, Al thép hai kim loại có ứng suất khác ứng với độ dãn dài đồ thị sau:

Với độ dãn dài l ứng suất Fe lớn ứng suất Al nên việc tính tốn ứng suất dây nhơm lõi thép trở nên phức tạp Từ đó, để đơn giản người ta đưa khái niệm ứng suất giả tưởng gt cho dây phức hợp

2 Tính ứng suất độ võng dây nhôm lõi thép:

- Đ/n ứng suất giả tưởng: ứng suất dây phức hợp đ/k giống hai thành phần nhôm thép:

σgt= T0

FAl+FFe =T0

F0

T0 – lực kéo mà dây phức hợp phải chịu

F0 – tiết diện toàn dây phức hợp

- Đ/n module đàn hồi: E=σ.ℓ

Δℓ

Từ đ/n module đàn hồi ta có cơng thức tính gt sau:

σgt=σAl E0 EAl

=σFe E0 EFe

Với: EAl, EFe module đàn hồi Al Fe

E0 module đàn hồi dây phức hợp : E0=

EAlFAl+EFeFFe

FAl+FFe (1)

Goïi a tỷ số tiết diện phần Al thép : a=FAl

FFe Chia (1) cho FFe ta được:

E0=aEAl+EFe

1+a

l 

Al Fe

Thép

Nhôm

- Độ võng dây phức hợp: fAC≈ gℓ

8σgt

3 Ứng suất độ võng dây phức hợp đ/k thời tiết khác nhau: Để tính ứng suất độ võng dây phức hợp hai đ/k thời tiết m ta dùng phương trình trạng thái với ứng suất module đàn hồi dây phức hợp gt E0

σgtn−E0gn

2ℓ2

24σgtn2 =σgtm−

Eogm2 ℓ2

24σgtm2 − α0.E0(θn−θm) (2) 0 – hệ số dãn nở nhiệt dây phức hợp: α0=

αAlEAlFAl+αFeEFeFFe EAlFAl+EFeFFe

Giải (2) ta ứng suất giả tưởng đ/k thời tiết mới, từ tính độ võng đ/k thời tiết

-o0o -Bài 12.7: KHOẢNG CỘT TỚI HẠN CỦA DÂY PHỨC HỢP Dây phức hợp ứng suất phụ tải giới cịn có ứng suất nhơm thép có hệ số dãn nở khác sinh có chênh lệch nhiệt độ Tổng hai ứng suất không vượt ứng suất cho phép dây dẫn Vì cần xác định khoảng vượt tới hạn cho đường dây dùng dây phức hợp ứng suất lớn xảy trường hợp nhiệt độ thấp min nhiệt độ bão bão

(phụ tải giới lớn nhất)

Khoảng vượt tới hạn dây phức hợp xác định từ phương trình trạng thái bản:

ℓth=

√24αAl(θbaõo−θmin)

( gbaõo

σgt−baõo)

2

−( gθmin σgt−θmin)

2

Với : gt-bão – ứng suất giả tưởng dây phức hợp bão :

σgt−baõo= E0

EAl

(σAl)+E0(αAl−α0)(θbaõo−θ0)

gt-min – ứng suất giả tưởng dây phức hợp nhiệt độ thấp :

σgt− θmin= E0 EAl

(σAl)+E0(αAl−α0)(θmin−θ0)

-o0o -Bài 12.8: CHỐNG RUNG CHO DÂY DẪN 1 Hiện tượng rung dây:

Khi gió thổi vào dây dẫn với cường độ đủ lớn làm dây dẫn bị rung theo phương thẳng đứng Sự rung dây dẫn phụ thuộc vào yếu tố :

- Tốc độ gió: dây dẫn bị rung tốc độ gió đạt từ 5-8 m/s

- Hướng gió : dây dẫn bị rung hướng gió tạo với trục dây dẫn góc  từ 45-900,  từ 30-450 rung khơng trì,  < 300

không xảy rung dây

- Khơng gian dây : rung dây xảy nơi trống trải khoảng cột lớn

2 Aûnh hưởng rung dây:

Khi bị rung dây dễ hư hỏng, đặc biệt vị trí kẹp nối dây vào cách điện Ở vị trí này, sợi nhỏ dây dẫn chịu nhiều ứng suất khác ứng suất tĩnh, ứng suất động uốn dây, ứng suất các thiết bị kẹp dây gây ra… ứng suất thay đổi theo chu kỳ rung dây nên làm cho vật liệu bị mỏi dần đứt Khi đứt sợi nhỏ sợi cịn lại đứt nhanh Phần dây chỗ kẹp bị hư hại mau hơn.

Nếu dùng kẹp nối dây động hư hỏng giảm đáng kể nhưng khơng thể loại trừ hồn tồn hư hỏng đường dây.

3 Các biện pháp chống rung dây:

Biện pháp chống rung dây hiệu áp dụng phổ biến dùng tạ chống rung

Tạ chống rung có cấu tạo gồm hai đối trọng nối với cán thép treo vào dây dẫn nhờ kẹp chuyên dùng Khi có tượng rung dây, tạ triệt tiêu dao động ma sát sợi cáp treo hai đối trọng

Theo qui phạm trang bị điện cần phải treo tạ chống rung hội đủ điều kiện:

- Đường dây qua khu vực trống, phẳng - Khoảng cột l > 110m

- Ứng suất vận hành trung bình hàng năm vượt trị số cho phép (Bảng 12.5):

Loại dây Dây nhôm Dây AC-35, 50, 70, 90

AC - 95 Dây đồng

Dây thép

[ ] [N/mm2]

39 59 49 upload.1

23doc.ne

t

Khối lượng tạ khoảng cách treo tạ tham khảo bảng 12.6: Mã dây Khoảng cột

[m]

Khoảng cách treo tạ[m]

Khối lượng tạ [kg]

AC-185 275 1,02 6,2

AC-150 250 0,92 4,4

AC-120 250 0,82 4,4

AC-95 200 0,73 2,8

AC-70 175 0,65 2,8

M-120 250 0,82 4,4