Cách Thiết Kế Cột Đường Dây Trung Thế 10kV
Bài viết này kết hợp các ví dụ thực tế để tinh chỉnh logic lựa chọn cho cột thép ống 10kV, thảo luận về các quy tắc chung rõ ràng, quy trình thiết kế và yêu cầu cụ thể để sử dụng trong thiết kế và xây dựng đường dây điện trung áp 10kV. Các điều kiện đặc biệt (như khoảng cách dài hoặc khu vực băng tuyết dày) yêu cầu thêm các kiểm tra chuyên môn dựa trên nền tảng này để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy của cột.
Các Quy Tắc Chung cho Việc Lựa Chọn Cột Đường Dây Điện Trung Áp
Việc lựa chọn cột đường dây điện phải cân nhắc giữa khả năng thích ứng với điều kiện thiết kế, kinh tế và độ an toàn dư thừa, tuân theo những quy tắc cốt lõi sau để đảm bảo khả năng chịu tải ổn định trong suốt chu kỳ sống của cột:
Kiểm Tra Điều Kiện Thiết Kế Trước
Trước khi lựa chọn, các thông số thiết kế chính phải được xác định rõ, bao gồm độ dày băng tuyết cho dây dẫn và dây tiếp đất, tốc độ gió tham chiếu (theo loại địa hình B), và thời gian đặc trưng của phổ đáp ứng động đất. Đối với các khu vực đặc biệt (ví dụ: cao nguyên, khu vực gió mạnh), cần thêm các hệ số điều chỉnh khí hậu địa phương để tránh quá tải cột do thiếu thông số.
Nguyên Tắc Tối ưu Hóa Kinh Tế
Nên ưu tiên các loại cột và chiều cao tiêu chuẩn để tối đa hóa việc sử dụng công suất định mức của cột và giảm thiểu thiết kế tùy chỉnh. Đối với cột căng có góc xoay lớn, hãy tối ưu hóa vị trí để giảm chiều cao cột. Kết hợp cột cao và thấp theo đặc điểm địa hình để tránh sử dụng cột cao suốt tuyến, gây lãng phí chi phí.
Yêu Cầu Kiểm Tra Tải An Toàn
Cột thẳng: Độ bền chủ yếu được kiểm soát bởi điều kiện gió mạnh; cần kiểm tra mô men uốn và biến dạng của thân cột dưới tốc độ gió cực đại.
Cột căng (cột căng, cột góc): Độ bền và ổn định được xác định bởi lực căng dây dẫn; góc xoay và lực căng dây dẫn tối đa phải được kiểm soát nghiêm ngặt. Cần tính toán lại cường độ cấu trúc nếu vượt quá giới hạn thiết kế.
Điều kiện Đặc biệt: Khi dây dẫn được hoán vị, cần kiểm tra xem khoảng cách điện sau khi dây dẫn bị cong có đáp ứng yêu cầu hay không. Khi sử dụng cột thép cấp điện áp cao hơn, cần xác nhận rằng góc bảo vệ dây tiếp đất đáp ứng yêu cầu chống sét. Khi thanh ngang cột căng lệch khỏi phân giác, cả cường độ cột và khoảng cách an toàn điện phải được kiểm tra đồng thời.
Quy Trình Lựa Chọn Cột Tiêu Chuẩn
Để đảm bảo tính hợp lý và an toàn, phải tuân theo quy trình thiết kế hệ thống 7 bước sau để tạo thành logic lựa chọn vòng kín:
Xác Định Khu Vực Khí Tượng: Dựa trên dữ liệu khí tượng tại vị trí dự án, xác định khu vực khí tượng (ví dụ: độ dày băng tuyết, tốc độ gió cực đại, nhiệt độ cực đoan) làm cơ sở tính toán tải.
Lọc Thông Số Dây Dẫn: Xác định loại dây dẫn (ví dụ: ACSR, dây nhôm bọc thép), số mạch và hệ số an toàn (thông thường không ít hơn 2.5).
Kết Nối Bảng Mối Quan Hệ Lực-Căng: Dựa trên các thông số khí tượng đã chọn và loại dây dẫn, lấy bảng mối quan hệ lực-căng tương ứng để xác định phạm vi khoảng cách áp dụng.
Lựa Chọn ban Đầu Loại Cột: Dựa trên phân loại cột (cột thẳng, cột căng) và bảng giới hạn tải cột, sàng lọc ban đầu các loại cột phù hợp với yêu cầu khoảng cách và tiết diện dây dẫn.
Thiết Kế Đầu Cột và Thanh Ngang: Dựa trên đặc điểm bố trí đường dây khu vực (ví dụ: một mạch/double circuit, có dây điện hạ thế trên cùng cột), chọn cấu hình đầu cột (ví dụ: đầu cột 230mm, 250mm) và thông số thanh ngang.
Lựa Chọn Dụng Cụ Cách Điện: Theo độ cao (mức cách điện phải được hiệu chỉnh nếu trên 1000m) và mức ô nhiễm môi trường (ví dụ: khu vực công nghiệp là mức ô nhiễm III), xác định loại dụng cụ cách điện (ví dụ: sứ, composite) và số lượng đơn vị.
Xác Định Loại móng: Dựa trên báo cáo khảo sát địa chất (khả năng chịu lực của đất, mực nước ngầm), thông số kỹ thuật cột và kết quả kiểm tra lực móng, chọn móng bậc, cọc khoan hoặc cọc ống thép.
Nguyên Tắc Thiết Kế Đặc Biệt cho Cột Thép Ống 10kV
Đối với đặc điểm của đường dây điện 10kV, thiết kế cột thép ống phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật sau, cân nhắc giữa sự ổn định cấu trúc và tiện lợi thi công:
3.1 Thông Số Cơ Bản và Phạm Vi Áp Dụng
Giới Hạn Khoảng Cách: Đối với cột thép ống thẳng, khoảng cách ngang Lh ≤ 80m, khoảng cách dọc Lv ≤ 120m.
Tương Thích Dây Dẫn: Có thể mang dây dẫn nhôm cách điện như JKLYJ-10/240 hoặc thấp hơn, ACSR như JL/G1A-240/30 hoặc thấp hơn, dây nhôm bọc thép như JL/LB20A-240/30 hoặc thấp hơn.
Hệ Số Áp Suất Gió: Hệ số áp suất gió theo độ cao được tính đều theo loại địa hình B (ví dụ: hệ số áp suất gió 1.0 ở độ cao 10m, 1.2 ở độ cao 20m).
3.2 Yêu Cầu về Cấu Trúc và Vật Liệu
Thiết Kế Thân Cột:
➻ Quy Tắc Phân Đoạn: Cột 19m chia thành 2 đoạn, cột 22m chia thành 3 đoạn; các đoạn nối bằng đai ốc (đai ốc phải được gia công từ tấm thép rắn, không được nối ghép).
➻ Hình Dạng Mặt Cắt: Thân cột chính là mặt cắt hình đa giác đều 16 cạnh, tỷ lệ thu nhỏ đều 1:65.
➻ Kiểm Soát Độ Cong: Dưới tác dụng của tải trọng lâu dài (không có băng, tốc độ gió 5m/s, nhiệt độ trung bình hàng năm), độ cong tối đa ở đỉnh ≤ 5‰ chiều cao cột.
➻ Điểm Tính Lực: Giá trị thiết kế và giá trị tiêu chuẩn của mô men uốn, lực ngang và lực xuống ở chân cột đều được tính tại khớp nối đai ốc dưới cùng của cột thép ống.
Tiêu Chuẩn Vật Liệu:
➼ Thân Cột và Thanh Ngang: Sử dụng thép Q355, chất lượng vật liệu không thấp hơn lớp B, phải cung cấp chứng chỉ vật liệu.
➼ Bảo Vệ Chống ăn Mòn: Toàn bộ cột (bao gồm thân cột, thanh ngang, phụ kiện) sử dụng quy trình mạ kẽm nhúng nóng; yêu cầu độ dày mạ kẽm: tối thiểu ≥70μm, trung bình ≥86μm; yêu cầu thử nghiệm bám dính sau mạ kẽm (phương pháp lưới không bong tróc).
3.3 Thiết Kế Móng và Kết Nối
Loại Móng: Hỗ trợ móng bậc, cọc khoan, và cọc ống thép; lựa chọn phải xem xét:
➬ Mực Nước Ngầm: Trong trường hợp có nước ngầm, phải sử dụng khối lượng riêng nổi của đất và móng trong tính toán khả năng chịu lực để tránh tác động nổi.
➬ Khu Vực Đất Nở Đông: Chiều sâu chôn móng phải dưới độ sâu đóng băng địa phương (ví dụ: ≥1.5m ở Đông Bắc Trung Quốc).
Yêu Cầu Kết Nối:
➵ Bulông Neo: Sử dụng thép cacbon cấp 35 chất lượng cao, cấp độ cường độ ≥5.6; đường kính và số lượng bulông phải phù hợp với lực đai ốc (ví dụ: cột 19m với 8 bộ bulông M24).
➵ Quy Trình Lắp Đặt: Cột thép ống được kết nối cứng với móng thông qua bulông neo; lực xiết bulông phải đáp ứng yêu cầu thiết kế (ví dụ: bulông M24 lực xiết ≥300N·m).
Ví dụ về Lựa Chọn Cột Thép Ống Trực Tiếp 10kV
Cột thép ống trực tiếp 10kV được phân loại theo kích thước đầu cột và tình huống áp dụng. Các ví dụ lựa chọn cốt lõi như sau, bao gồm các điều kiện điển hình cho đường dây một mạch và hai mạch:
4.1 Cột Thép Ống Series Đầu Cột 230mm
Chiều Dài Cột: 19m, 22m;
Áp Dụng: Đường dây 10kV một mạch, không có dây điện hạ thế trên cùng cột;
Tương Thích Dây Dẫn: Dây dẫn có tiết diện ≤240mm² (ví dụ: JKLYJ-10/120, JL/G1A-240/30);
Giới Hạn Khoảng Cách: Khoảng cách ngang ≤80m, khoảng cách dọc ≤120m;
Đặc Điểm Cấu Trúc: Khoảng cách ngang đầu cột 800mm, khoảng cách dọc 2200mm, thanh ngang sử dụng bố trí một cánh (tương thích với dây dẫn một mạch).
4.2 Cột Thép Ống Series Đầu Cột 250mm
Chiều Dài Cột: 19m, 22m;
Áp Dụng: Đường dây 10kV hai mạch, không có dây điện hạ thế trên cùng cột;
Tương Thích Dây Dẫn: Mỗi mạch mang dây dẫn có tiết diện ≤240mm² (ví dụ: hai mạch JL/LB20A-240/30);
Giới Hạn Khoảng Cách: Khoảng cách ngang ≤80m, khoảng cách dọc ≤120m;
Đặc Điểm Cấu Trúc: Khoảng cách ngang đầu cột 1000mm, khoảng cách dọc 2200mm, thanh ngang sử dụng bố trí hai cánh đối xứng (tương thích với dây dẫn hai mạch, tránh nhiễu pha).
