Tải bản đầy đủ (.docx) (13 trang)

tài liệu d8h10bweeblycom

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (114.64 KB, 13 trang )

(1)

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


- Xác định phụ tải cơ giới và lực tác động lên dây dẫn và dây chống sét.
- Ưùng suất cơ học của đường dây trong các điều kiện làm việc khác


nhau.


- Độ võng lớn nhất.
2. Các định nghĩa:


- l : chiều dài khoảng cột (khoảng vượt),
có thể xem là khoảng cách giữa 2 tâm cột
điện cạnh nhau.


- h : chiều cao treo dây.


- h0 : quy cách an toàn của đường dây


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


- f : độ võng.



3. Các nguyên nhân cơ học gây hư hỏng đường dây :


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


- Gió : gió thổi sẽ tạo nên một lực tác động lên chiều ngang làm tăng tải cơ học
của dây và làm dây dao động theo phương ngang (dây bị rung) có thể gây đứt
dây hay chạm các pha với nhau.


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


---o0o---f


h h



(2)

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


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


- Phương ngang : do gió thổi.


Ngồi ra khi nhiệt độ thay đổi cũng làm thay đổi sức căng và độ võng của
đường dây.


Trong thực tế thì phụ tải cơ giới khơng phân bố đều đặn dọc theo chiều


dài dây nhưng để đơn giản khi tính tốn ta giả thiết phụ tải cơ giới phân bố đều
đặn dọc theo chiều dài dây trong khoảng vượt.


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


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


g1=aG0


F [N/m.mm


2]


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


F – tiết diện tính tốn. [mm2]


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


g2=T


F


Với T là sức ép của gió lên 1m dây : T=c.k.λ.d.a.v
2


16000 sinϕ [N/m]



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


d > 20 mm thì c = 1,2


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


[m]  50 100 150



250


k 1,2 1,1 1,05 1


 - hệ số biểu thị sự phân bố không đồng đều của 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]



(3)

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


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



phương ngang:


g=

g12+g22



(4)

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


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


- Trọng lượng dây phân bố đều dọc theo chiều dài dây.


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


phương tiếp tuyến tại điểm đó.


Lực kéo Txy được 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 trong vật liệu dây dẫn bằng sức căng trên một đơn vị


tiết 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 là ứng suất tại điểm treo dây lớn hơn ứng suất tại điểm


thấp nhất. Tuy nhiên, đối với khoảng vượt trung bình (<700m) thì A và 0


chênh lệch không lớn nên có thể dùng 0 để tính tốn tải cơ của 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 và k = 0,1


với dây AC).


2. Độ võng lớn nhất trên khoảng vượt:


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


y=y0cosh x


y0



Taïi A: x = −ℓ


2  yA=y0cosh(
− ℓ


2y0)=y0cosh



2y0


Hình vẽ: f = yA – y0 = y0

(

cosh



2y01

)



A B


y


x
O


yA y0 y


Txy
To


(x, y)
l




(5)

Maø: y0=σ0


gf=


σ0
g

(

cosh


ℓg
2σ0


1

)



Khai triển Furier hàm cosh : coshx = 1+ 2x2!+ x
4


4!+. .. Đối với khoảng trung bình


có thể lấy đến bậc 2. Khi đó:


f ≈ gℓ


2


8σ0 [m] (Phương trình dạng parabol).


3. Tính chiều dài dây trong khoảng vượt:


Gọi L là chiều dài dây trong khoảng vượt. Ta có biểu thức tính chiều dài
từ điểm thấp nhất O đến điểm bất kỳ (x,y) như sau:



LO-xy = y0

|

sinh


x
y0

|



 Chiều dài từ A đến O : LO-A = y0

|

sinh


− ℓ


2y0|=y0sinh



2y0


Maø: L = 2LO-A = 2y0sinh




2y0 = 2
σ0


g sinh
ℓg
2σ0


Khai triển Furier hàm sinh : sinhx = x + 3x3!+x
5


5!+.. . Đối với khoảng trung bình



có thể lấy hai số hạng đầu. Khi đó: L≈ ℓ+ g
2


3
24σ02


4. Tính độ võng tại một điểm bất kỳ trong khoảng vượt:


Khi mặt đất phía dưới khoảng vượt khơng bằng phẳng thì khoảng cách an
tồn có thể khơng nằm dưới điểm thấp nhất của dây dẫn.


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


 Tính hx và fx :


fx = yA – y = y0cosh




2y0 − y0cosh


x
y0


Thay y0=σ0


g , vaø coshx = 1+
x2


2! vào ta được : fx≈


g
2σ0

(



2


4− x


2


)


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


2σ0



(6)

Khoảng cách an toàn: hx = yA – fx – z.



(7)

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


1. Khái niệm :


Ở các điều kiện thời tiết khác nhau thì chiều dài, độ võng và ứng suất
dây dẫn cũng sẽ thay đổi khác nhau. Cụ thể ở hai trạng thái thời tiết sau :


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


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


gmin, min.



Xét hai trạng thái thời tiết khác nhau với ký hiệu trạng thái là m và n.
G/sử biết các thông số của trạng thái m là ứng suất tại điểm thấp nhất m, tỷ tải


gm, nhiệt độ m . Bài toán đặt ra là nếu biết n , gn hãy xác định n .


2. Tính ứng suất dây dẫn khi thời tiết thay đổi:


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


công thức :


Lm(n)=+ gm(n)
2 3


24σm2(n) (1)


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


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


ΔL2=Lm


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


Lm


E (σn− σm) (2)
Thay (1) vào (2) ta được :



gn23


24σn2


Lm


E σn=


gm23


24σm2 +Lm.α.(θn−θm)


Lm


E σm


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


thể lấy gần đúng Lm  l, khi đó:


σnEgn


2


2


24σn2 =σm−
Egm



2


2


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


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


Ý nghĩa thực tế: trạng thái m chính là trạng thái thời tiết xảy ra ứng suất lớn
nhất, còn 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 nhất của đường dây cần thi công.



(8)

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


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


Từ phương trình trạng thái:


+ Cho l  0 : σn=σm− α.E(θn−θm) : ứng suất phụ thuộc nhiệt độ.
+ Cho l   : σn2


=gn
2


g2mσm



2


: ứng suất phụ thuộc tỷ tải g.


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


2. Tính khoảng vượt tới hạn:


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


- Đ/n khoảng vượt tới hạn: là khoảng vượt mà tại đó ứng suất khi phụ tải cơ giới
lớn nhất bằng với ứng suất khi nhiệt độ thấp nhất và cũng bằng ứng suất cho
phép max của dây dẫn:


gbão = min = [ ]


- Xác định lth :


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


l




[ ]



lth


gbaõo


mi


n



(9)

σ¿2
¿


σ¿2
¿


24¿


24¿


[σn]Egθmin
2


th
2


¿


Giải phương trình: th=[σ].

24α(θbão− θmin)


g2bão− gθ2min [m]



Sau khi xác định được lth ta có nhận xét sau:


- l > lth : ứng suất max xảy ra khi bão.


- l < lth : ứng suất max xảy ra khi nhiệt độ thấp nhất.



(10)

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


Dây nhơm lõi thép có phần nhơm dùng để dẫn điện và phần thép dùng
tăng cường sức bền. Tuy nhiên, Al và thép là hai kim loại có ứng suất khác
nhau ứng với cùng một độ dãn dài như trên đồ thị sau:


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


2. Tính ứng suất và độ võng của dây nhôm lõi thép:


- Đ/n ứng suất giả tưởng: là ứng suất duy nhất của dây phức hợp trong những
đ/k giống nhau của cả hai thành phần nhôm và thép:


σgt= T0


FAl+FFe
=T0


F0



T0 – lực kéo mà dây phức hợp phải chịu.


F0 – tiết diện của toàn bộ dây phức hợp.


- Đ/n module đàn hồi: E=σ.


Δℓ


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


σgt=σAl E0
EAl


=σFe E0
EFe


Với: EAl, EFe là module đàn hồi của Al và Fe.


E0 là module đàn hồi của dây phức hợp : E0=


EAlFAl+EFeFFe


FAl+FFe (1)


Gọi a là tỷ số tiết diện phần Al và thép : a=FAl


FFe . Chia (1) cho FFe ta được:


E0=aEAl+EFe



1+a


l


Al
Fe


Thép


Nhôm



(11)

- Độ võng của dây phức hợp: fAC gℓ
2


8σgt


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


σgtn−E0gn


22


24σgtn2 =σgtm


Eogm2 2



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


αAlEAlFAl+αFeEFeFFe
EAlFAl+EFeFFe


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




---o0o---Bài 12.7: KHOẢNG CỘT TỚI HẠN CỦA DÂY PHỨC HỢP
Dây phức hợp ngồi ứng suất do phụ tải cơ giới cịn có ứng suất do nhơm
và thép có hệ số dãn nở khác nhau sinh ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ. Tổng
hai ứng suất này không vượt quá ứng suất cho phép của dây dẫn. Vì vậy cần
xác định khoảng vượt tới hạn cho đường dây dùng dây phức hợp khi ứng suất
lớn nhất xảy ra trong trường hợp nhiệt độ thấp nhất min và nhiệt độ khi bão bão


(phụ tải cơ giới lớn nhất).


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


th=


24αAl(θbaõo−θmin)


(

gbaõo


σgtbaõo

)




2


(

min
σgt−θmin

)



2


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


σgtbaõo= E0


EAl


(σAl)+E0(αAl−α0)(θbaõo−θ0)


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


σgt− θmin= E0
EAl


(σAl)+E0(αAl−α0)(θmin−θ0)



(12)

---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 thì sẽ làm dây dẫn bị rung
theo phương thẳng đứng. Sự rung của dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố :


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



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


không xảy ra rung dây.


- Khơng gian đi dây : rung dây xảy ra nơi trống trải hoặc ở các khoảng
cột lớn.


2. Aûnh hưởng của rung dây:


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


Nếu dùng kẹp nối dây động thì sự hư hỏng sẽ giảm đi đáng kể nhưng
không thể loại trừ hồn tồn sự hư hỏng của đường dây.


3. Các biện pháp chống rung dây:


Biện pháp chống rung dây hiệu quả nhất và áp dụng phổ biến là dùng tạ
chống rung.


Tạ chống rung có cấu tạo gồm hai đối trọng được nối với nhau bằng cán
thép và được treo vào dây dẫn nhờ kẹp chuyên dùng. Khi có hiện tượng rung
dây, tạ sẽ triệt tiêu dao động bằng ma sát giữa các sợi của cáp treo hai đối
trọng.



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


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


- Ứng suất vận hành trung bình hàng năm vượt quá 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



(13)

t


Khối lượng tạ và khoảng cách treo tạ có thể 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





Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay
×