5 Cấu trúc đường dây truyền tải điện năng – Tài liệu text

1.5.1 Đường dây trên không

Các phần tử chủ yếu của đường dây trên không là dây dẫn, dây chống sét,

cột, cách điện và phụ kiện của đường dây. Dây dẫn dùng để dẫn điện. Dây

chống sét dùng để bảo vệ dây dẫn khỏi quá điện áp khí quyển. Cột dùng để treo

dây dẫn và dây chống sét. Cách điện dùng để cách ly các dây dẫn và dây chống

sét với cột. Phụ kiện đường dây dùng để kẹp các dây dẫn vào cách điện và các

cách điện vào cột.

Phổ biến nhất hiện nay là sử dụng các đường dây một mạch và hai mạch.

Hai mạch của đường dây trên không có thể bố trí trên cùng một cột.

730

730

660

Hình 1-5: Cột thép của đường

dây hai mạch

Hình 1-4: Cột thép của

đường dây một mạch

12

1.5.1.1 Dây dẫn và dây chống sét.

Các dây dẫn không bọc cách điện (dây dẫn trần) được sử dụng cho đường

dây trên không. Các dây nhôm, dây nhôm lõi thép và dây hợp kim nhôm được

dùng phổ biến nhất ở các đường dây trên không.

Các dây dẫn cần phải có điện trở suất nhỏ đồng thời phải có độ bền cơ

giới tốt, chịu được các tác động của khí quyển và của các tạp chất hoá học

trong không khí, đặc biệt khi đường dây đi qua vùng ven biển, hồ nước mặn và

khu công nghiệp hoá chất.

Các vật liệu để chế tạo dây dẫn là đồng, nhôm, thép và hợp kim của nhôm

(nhôm-magiê-silic). Đồng là vật liệu dẫn điện tốt nhất, sau đó là nhôm và cuối

cùng là thép.

Đồng có điện trở suất nhỏ, ở nhiệt độ 20 oC dây đồng có điện trở suất ρ =

18,8 Ω.mm2/Km. Ứng suất kéo của dây đồng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo.

Ứng suất kéo của dây đồng kéo nguội có thể đạt từ (38 ÷ 40)kG/mm2. Bề mặt

của dây đồng được bao bọc một lớp oxit đồng, do đó dây đồng có khả năng

chống ăn mòn tốt. Nhưng đồng là kim loại quý và đắt tiền, vì vậy các dây đồng

chỉ được dùng cho các mạng đặc biệt (ví dụ như hầm mỏ, khai thác quặng…).

Nhôm là kim loại phổ biến nhất trong thiên nhiên, điện trở suất của nhôm

lớn hơn điện trở suất của đồng khoảng 1,6 lần. Điện trở suất của nhôm ρ = 31,5

Ω.mm2/Km ở nhiệt độ 20o C. Lớp oxit bao bọc xung quanh dây nhôm có tác

dụng bảo vệ cho dây nhôm không bị ăn mòn trong khí quyển. Nhược điểm lớn

của dây nhôm là độ bền cơ tương đối nhỏ, ứng suất kéo của nhôm cán nguội

13

chỉ đạt khoảng (15 ÷ 16) kG/mm2 do đó người ta không sản xuất dây nhôm một

sợi. Dây nhôm nhiều sợi được dùng cho các mạng phân phối có điện áp đến 35

kV.

Thép có điện trở suất lớn hơn nhiều so với đồng và nhôm. Điện trở suất

của thép phụ thuộc vào loại thép, công nghệ chế tạo và giá trị dòng điện chạy

trong dây thép. Dây thép có các đặc tính cơ lý rất tốt. Ứng suất kéo của thép có

thể đạt tới (120 ÷ 180)kG/mm2. Nhược điểm chính của dây thép là bị oxy hoá

mạnh. Để tránh bị phá huỷ cần phải dùng dây thép tráng kẽm. Dây thép được

sử dụng ở các khoảng vượt đặc biệt lớn (khoảng 2 km và lớn hơn).

Dây nhôm lõi thép được sử dụng phổ biến nhất ở các đường dây trên

không điện áp từ 35 kV trở lên.

Dây hợp kim nhôm có độ bền cơ giới rất tốt và lớn hơn nhiều độ bền cơ

của dây nhôm. Dây hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi ở một số nước trên

thế giới, đặc biệt là ở Pháp.

Một kiểu mới khác của các dây dẫn là dây nhôm lõi thép và hợp kim

nhôm lõi thép chịu nhiệt. Dây nhôm lõi thép chịu nhiệt được ủ ở nhiệt độ

400oC, nó có thể làm việc ở nhiệt độ khoảng 140 oC mà các thông số của dây

dẫn không thay đổi. Đặc điểm này cho phép tăng đáng kể dòng điện tải của dây

dẫn. Ưu điểm khác của dây dẫn kiểu này là giảm biên độ dao động và sức căng

của dây dẫn trong quá trình vận hành. Dây dẫn này được chế tạo ở Mỹ. Dây

dẫn hợp kim nhôm chịu nhiệt được chế tạo ở Nhật, có thể làm việc ở nhiệt độ

(150 ÷230)oC.

14

Dựa vào cấu trúc của dây dẫn có thể phân thành dây dẫn một sợi, dây dẫn

nhiều sợi và dây dẫn rỗng. Các dây dẫn được ký hiệu khác nhau, đồng thời các

ký hiệu này phụ thuộc vào qui định của các nước chế tạo dây dẫn. Các dây dẫn

sản xuất tại Liên Xô cũ được ký hiệu bằng các chữ cái và chữ số. Các chữ cái

chỉ vật liệu của dây dẫn, các giải pháp chống ăn mòn và tăng độ bền cơ, còn

các chữ số chỉ tiết diện. Ví dụ: A-35 là dây nhôm có tiết diện 35 mm 2; AC-150

là dây nhôm lõi thép tiết diện 150 mm 2; ACY-300 là dây nhôm lõi thép tăng

cường tiết diện phần thép, tiết diện dây dẫn 300 mm 2; ACO-400 là dây nhôm

lõi thép tăng cường tiết diện phần nhôm, tiết diện dây dẫn 400 mm 2. Các dây

dẫn ở Pháp được ký hiệu bằng các chữ số. Ví dụ: 595 là dây nhôm lõi thép tiết

diện tổng 595 mm2, trong đó tiết diện danh định của dây dẫn là 490 mm 2, tiết

diện thép là 105 mm2. Các dây dẫn sản xuất ở Mỹ, Anh, Thuỵ Sỹ, Phần Lan

được ký hiệu bằng tên các loài chim và động vật quý hiếm. Ví dụ: Cardinal,

plowerd, zebra, curlew, finch …

1.5.1.2 Cột của đường dây trên không.

Phân loại theo chức năng thì có các loại cột: Cột trung gian, cột mốc, cột

góc, cột vượt…Phân loại theo vật liệu làm cột có: Cột gỗ, cột thép, cột bê tông

cốt thép…

a. Cột gỗ

Nguyên liệu chủ yếu là gỗ, nếu gỗ xử lý hoá học tốt (hấp gỗ, quét hắc ín,

tẩm dầu, tẩm chất hoá học…) thì có độ bền lên tới hàng chục năm. Cột gỗ có ưu

điểm là rẻ tiền, nhẹ nên dễ vận chuyển nhưng có nhược điểm là dễ mục, mối

nhất là với khí hậu Việt Nam ẩm nên ít được dùng. Ở các nước khác cột gỗ

15

thường dùng là cột gỗ thông vì nó thẳng và được dùng cho mạng điện từ 110

kV trở xuống.

Đối với những mạng điện hạ áp ở nông thôn, có thể dùng những cột bằng

tre ngâm, dùng loại cột này khá kinh tế vì ở nông thôn tương đối sẵn, rất thuận

lợi cho việc thi công nhanh chóng phục vụ kịp thời cho sản xuất.

b. Cột thép

Làm thành nhiều thanh ghép lại với nhau bằng bu lông hay đinh tán. Cột

thép có sức bền cơ học lớn nhất trong các loại cột, dễ vận chuyển, có thể dùng

ở độ cao không hạn chế. Chính vì vậy cột thép được sử dụng phổ biến cho các

đường dây từ 110 kV trở lên. Nhược điểm của cột thép là đắt tiền, hàng năm

phải sơn chống rỉ, đôi khi ở phần phía trên phải dùng loại thép đặc biệt không

rỉ. Ngoài ra việc thi công cột thép phức tạp vì phải đổ bê tông móng, thời gian

lắp ghép lâu. Đối với đường dây dùng loại cột khác, thông thường cũng phải

dùng cột thép tại các vị trí dừng, bẻ góc hoặc vượt sông để đảm bảo độ bền cơ

học.

c. Cột bê tông cốt thép

Cột bê tông cốt thép có lợi là rẻ tiền, không phải bảo quản nhưng nặng nề.

Do tình hình khí hậu nước ta và tình hình nguyên vật liệu như xi măng, sỏi, cát

trong nước tương đối sẵn cho nên khi thiết kế có thể quyết định ngay là chọn

dùng cột bê tông cốt thép cho đường dây tải điện cao áp (không phải so sánh

với phương án dùng cột gỗ hay cột thép nữa). Trên các đường dây dùng cột bê

tông cốt thép đã thiết kế từ trước tới nay ở nước ta có tới 15 loại chiều cao: 8,2;

16

8,6; 9,6; 10; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 20 m. Bao gồm cột đơn, cột đôi,

cột hình Π, cột A, cột có dây néo.

Về cấu tạo thì cột có kiểu chữ H (8,2÷12) m, kiểu cột chữ K (8,2÷18) m,

và kiểu cột ly tâm (16÷20) m. Cần phải tiến tới tiêu chuẩn hoá một số chiều cao

của cột bê tông cốt thép để có thể sản xuất hàng loạt dễ dàng, việc thiết kế và

thi công được thuận tiện, đỡ phức tạp. Cột bê tông kiểu chữ H thì dễ thi công

nhưng chịu lực yếu. Cột bê tông chữ K chịu lực khoẻ hơn cột chữ H nhiều. Cột

ly tâm hiện nay được sử dụng khá phổ biến, cột này chịu được lực từ mọi phía

như nhau nên rất lợi cho những đường dây phải xét đến lực đứt dây, sản xuất

lại nhanh. Ở nước ta đã có nhà máy sản xuất cột loại này, sản xuất từng đoạn 6;

8; 10 m tiện lợi cho việc vận chuyển (vì rỗng giữa, thể tích nhỏ, đoạn gốc có

thể tích 0,66 m3 và nặng 1,2 tấn, đoạn ngọn có thể tích 0,35 m 3 và nặng 0,91

tấn). Giá thành của cột này tương đối cao vì phải dùng bê tông mác cao.

Cột có néo ngày càng được dùng phổ biến vì rất kinh tế, nó có thể thay

thế được một số cột sắt. Dây néo có thể dùng thép tròn và tăng đơ kiểu chữ U.

Cột có thể néo dọc theo đường dây, néo góc theo đường phân giác ngoài, néo

hai dây theo đường kéo dài của hướng dây ở góc ngoài… Cột có dây néo thi

công đơn giản nhưng có nhược điểm là tốn diện tích, nhất là ở những vùng

canh tác và những nơi dễ bị phá hoại thì phải cân nhắc kỹ.

1.5.1.3 Xà

Là nơi để gắn sứ cách điện, tạo phân bố lực đều đặn cho cột và cho bản

thân xà, vị trí lắp đặt xà sẽ quyết định hình dáng của dây dẫn và khoảng cách

giữa các pha. Đối với loại cột thép thì xà cũng là một phần của cột.

17

Có các loại xà sau:

a. Xà sắt

Rất tiện lợi, dễ chế tạo, thi công nhanh, độ bền cơ học tốt, thông thường

hay dùng sắt chữ U hay chữ L để làm xà. Loại xà sắt không mạ kẽm hàng năm

phải sơn chống rỉ, han rỉ là nhược điểm cơ bản của sắt.

b. Xà gỗ

Làm bằng gỗ nên ít xảy ra hiện tượng gãy gục do chịu lực mà chỉ có một

số trường hợp bị mục, mọt do phương pháp xử lý gỗ chưa tốt, một số đường

dây việc tiếp địa chưa đảm bảo nên khi sét đánh, xà bị chẻ và gây ra sự cố.

Thực tế xà gỗ cách điện tốt, tránh được hiện tượng rò điện và có khả năng tăng

cường chống sét. Nếu gỗ được xử lý bằng các phương pháp tiên tiến và nghiên

cứu dùng rộng rãi các loại gỗ thông thường thì có ý nghĩa về mặt kinh tế rất lớn

và có tác dụng phục vụ tích cực rộng rãi cho việc phát triển lưới điện nông

thôn.

c. Xà bê tông cốt thép

Được coi là ưu việt hơn cả vì xà bê tông chịu lực rất tốt, bền, quản lý vận

hành dễ dàng nhưng có khuyết điểm là nặng nề, chế tạo và thi công khó vì kích

thước xà chưa được tiêu chuẩn hoá và xà thường được bắt vào nhiều loại cột

khác nhau.

1.5.1.4 Sứ cách điện

Sứ cách điện được chế tạo từ vật liệu gốm cách điện có tráng một lớp

men bên ngoài và thuỷ tinh nung. Hình dạng bên ngoài không làm dạng hình

18

trụ thẳng mà gồm nhiều lớp sứ có gợn hoặc nhiều bát sứ đặt chồng lên nhau

nhằm tạo đường phóng điện bề mặt từ đầu đến cuối sứ là dài nhất.

Sứ cách điện đường dây có hai kiểu chính:

a. Sứ đứng

Là loại sứ gồm một khối duy nhất được lắp thẳng đứng phía trên sao cho

chỉ chịu lực nén theo chiều thẳng đứng.

Sứ đứng được chế tạo để dùng ở các đường dây điện áp 35 kV trở xuống.

Kinh nghiệm vận hành sứ ở nước ta cho thấy, việc nhập mua sứ ở nước ngoài

chưa nhiệt đới hoá cần phải chú ý thích đáng vì những sứ đó làm việc trong

điều kiện ẩm ướt hay bị rò điện và gây sự cố đường dây, ví dụ những sứ VHD20, VHD-35, B-24 thực tế làm việc không đảm bảo cách điện tốt trong các tình

trạng vận hành. Để đảm bảo tình trạng vận hành an toàn có đường dây đã phải

dùng sứ VHD-45, tuy về vốn đầu tư có tăng hơn dùng sứ VHD-35 khoảng

(4÷5)% nhưng vẫn kinh tế hơn vì thực tế thiệt hại do sự cố của sứ gây ra dẫn

đến việc ngừng cung cấp điện giảm đi rõ rệt.

b. Sứ treo

Gồm nhiều bát sứ ghép lại với nhau thành chuỗi, số lượng bát sứ nhiều

hay ít tuỳ theo cấp điện áp và tuỳ loại sứ. Loại sứ này được sử dụng nhiều ở

các đường dây có điện áp ≥ 35 kV. Ví dụ như đường dây 35 kV thì mỗi chuỗi

sứ gồm 3 bát sứ, đường dây 110 kV thì mỗi chuỗi gồm 7 bát sứ (nếu khu vực

nào có nhiều sét thì tăng thêm 1 bát sứ).

19

Các đường dây đi qua khu vực có bụi, hoá chất phải dùng loại sứ chống

bụi. Việc ghép bát sứ làm cho chuỗi sứ có hình dáng linh động hơn, vừa chịu

kéo, vừa chịu nén được.

1.5.2 Đường dây cáp

Đường dây cáp khác đường dây trên không ở chỗ: Dây cáp có tiết diện

lớn vì có nhiều lớp cách điện, có vỏ bọc chắc chắn, có nhiều lõi để dẫn điện

được nhiều pha trong cùng một vỏ bọc, thường được đi ngầm dưới đất.

Đường dây trên không có nhược điểm là tốn nhiều không gian, nhiều diện

tích và đường đi ngang dọc làm mất mỹ quan, mất an toàn, đặc biệt là trong

thành phố. Do đó hiện nay ở các thành phố lớn trên thế giới, người ta có xu

hướng dùng đường dây cáp ngầm thay cho đường dây trên không. Tuy nhiên ở

nước ta hiện nay đường dây cáp chưa được phổ biến vì các lý do sau:

– Đường dây cáp rất đắt tiền (gấp 2÷3) lần so với đường dây trên không từ

35 kV trở xuống và gấp (5÷8 ) lần so với đường dây trên không 110 kV trở lên.

– Việc sửa chữa, nối đầu cáp khó khăn, đòi hỏi thiết bị tốt và kỹ thuật cao.

Khi thi công đường dây cáp ngầm phải chú ý đặc biệt vấn đề khoảng cách an

toàn và dự phòng sửa chữa, một số vấn đề chú ý như sau:

• Khi đặt cáp trong đất đường dây cáp phải cách móng công trình ít nhất

là 0,6m, cách các ống dẫn ít nhất là 1m, cách cây cối ít nhất là 2m…

• Trong thành phố có đường ôtô hoàn chỉnh thì đường dây cáp được đặt

dưới các vỉa hè. Dây cáp không được đặt dưới chỗ xe cộ đi lại vì sẽ nhanh bị

hỏng, khi đào lên gây cản trở giao thông.

20

• Hai dây cáp bắt chéo nhau phải để cách nhau ít nhất là 350 mm, nếu

không đủ thì một cáp phải đặt trong ống.

Hai dây cáp đi song song thì cáp cao áp phải đặt xa nhà, cáp hạ áp đặt gần

nhà vì để an toàn và lấy điện vào nhà dễ dàng hơn.

• Dây cáp không được đặt song song với đường ray tàu điện vì vỏ cáp có

thể bị ăn mòn.

• Dây cáp được đặt trong các hào ở độ sâu 0,7 m.

• Dây cáp được rải ngoằn ngoèo để có chiều dài dự trữ bù lại sự di chuyển

của đất và sự biến dạng do nhiệt độ của chính dây cáp.

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Nêu khái niệm về hệ thống điện và mạng điện?

2. Kể tên điện áp danh định của các phần tử trong mạng điện ba pha?

3. Trình bày sơ đồ mạng điện và hệ thống điện?

4. Nêu các yêu cầu đối với mạng điện?

5. Trình bày cấu trúc của đường dây tải điện?

21

CHƯƠNG 2. TỔNG TRỞ, TỔNG DẪN CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG

MẠNG ĐIỆN

2.1 Tổng trở, tổng dẫn và sơ đồ thay thế của đường dây

2.1.1 Sơ đồ thay thế

Các thông số điện trở tác dụng R, cảm kháng X, điện dẫn tác dụng G, và

điện dẫn phản kháng B phân bố đều dọc theo chiều dài của đường dây. Tính

toán chính xác mức độ ảnh hưởng của chúng khá phức tạp và chỉ cần thiết

trong khi tính toán chế độ xác lập của đường dây siêu cao áp, còn đối với

đường dây điện áp U ≥ 110kV có chiều dài l ≤ 250 km thường không xét đến

sự phân bố đều của các thông số, đồng thời có thể dùng thông số tập trung là

điện trở tác dụng R, cảm kháng X, điện dẫn tác dụng G và điện dẫn phản kháng

B của đường dây trong khi phân tích chế độ xác lập của mạng điện.

Các đường dây điện áp 110kV và lớn hơn thường được biểu diễn bằng sơ

.

đồ thay thế hình π (hình 2.2,a). Trong đó tổng trở Z = R + jX đặt tập trung ở

22

Source: https://vh2.com.vn
Category : Truyền Thông