Vào năm 2002, CTC Global đã đi tiên phong trong việc phát triển dây dẫn ACCC (“Lõi tổng hợp dây dẫn nhôm công suất cao”). Sau nhiều thử nghiệm, dây dẫn ACCC đã được triển khai thương mại vào năm 2005. Dây dẫn mới đã đạt được mục tiêu công suất cao trong khi vẫn cung cấp một lượng điện năng đáng kể và giảm độ võng nhiệt so với bất kỳ sản phẩm thương mại nào khác do hệ số giãn nở nhiệt rất thấp. Điều quan trọng hơn là do trọng lượng của lõi composite giảm so với thép, cho nên dây dẫn cỡ ACCC Drake có thể kết hợp thêm 28% nhôm sử dụng các sợi hình thang nhỏ gọn, có tổng thể nhẹ cân. Hàm lượng nhôm được thêm vào và độ dẫn điện được cải thiện bằng nhôm loại 1350-O được sử dụng trong dây dẫn ACCC (63% IACS) cho phép chúng hoạt động hiệu quả hơn so với bất kỳ dây dẫn có sẵn trên thị trường có cùng đường kính và trọng lượng tương đương. Dây dẫn ACCC đạt được công suất cao nhất ở nhiệt độ hoạt động mát nhất so với các dây dẫn có khả năng chịu nhiệt độ cao khác, như thể hiện trong Hình 1.
Hình 1 - So sánh dây dẫn cho thấy khả năng tải, có thể đạt được ở giới hạn nhiệt khuyến nghị của một số loại dây dẫn. Dây ACCC cung cấp dòng điện ở trạng thái khẩn cấp lớn hơn ở 2000C so với các dây dẫn khác hoạt động ở nhiệt độ nhiệt độ cao tương ứng 2500C.
Nhiệt độ vận hành mát hơn trong điều kiện tải cao phản ánh đáng kể giảm tổn thất đường dây có thể làm giảm yêu cầu phát điện, giảm nhiên liệu tiêu thụ (và lượng khí thải liên quan) và giảm chi phí vòng đời. Những cái này và một số thuộc tính khác được mô tả trong tài liệu này đã dẫn tới sự thành công triển khai hơn 50.000 km dây dẫn ACCC tại hơn 500 địa điểm dự án trên toàn thế giới.
So sánh độ võng nhiệt của dây dẫn (thể hiện trong Hình 2) dựa trên thử nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Kinectrics bởi Hydro One, trong đó dòng điện 1600 ampe được chạy qua từng loại dây dẫn trên đoạn dây dẫn thử nghiệm trong nhà dài 65 mét (215 ft). Ghi chú rằng dây dẫn ACCC hoạt động ở nhiệt độ mát hơn 60° đến 80°C so với dây khác dây dẫn được thử nghiệm trong điều kiện tải bằng nhau.
Hình 2 - So sánh độ võng/nhiệt độ của một số dây dẫn được thử nghiệm bởi Ontario Hydro tại phòng thí nghiệm Kinectrics. Biểu đồ không chỉ cho thấy độ võng giảm đáng kể mà cũng cho thấy dây dẫn ACCC cụ thể được thử nghiệm hoạt động ở nhiệt độ mát hơn 60° đến 80° C so với các dây dẫn khác được thử nghiệm trong điều kiện tải tương đương 1.600 amp. (Các dây dẫn được liệt kê theo thứ tự xuất hiện từ trên xuống dưới).
Mặc dù có thể thấy rõ sự khác biệt về độ võng nhưng cũng lưu ý đến khả năng vận hành với nhiệt độ mát hơn của dây dẫn ACCC trong điều kiện tải bằng nhau, dẫn đến giảm thêm đáng kể tổn thất trên đường dây I2R do điện trở giảm ở nhiệt độ hoạt động thấp hơn. Tiết kiệm năng lượng đáng kể có thể đạt được bằng cách triển khai dây dẫn ACCC, như trong Hình 3, trong đó tổn thất đường dây được đánh giá là hàm của hệ số tải ở dòng điện cực đại 1.400 ampe trong quãng đường 32 km (20 dặm), mạch 3 pha 230 kV.
Hình 3 - Giảm tổn thất đường dây ACCC so với dây dẫn ACSR cỡ Drake tương đương như là một hàm của hệ số tải trên chiều dài 32 km (20 dặm).
Mặc dù phần lớn thông tin được trình bày là thông tin kỹ thuật và trong một số trường hợp, tính chất so sánh; kinh tế, hiệu quả và năng lực cũng được thảo luận cùng với chiều dài, khi dây dẫn ACCC tiếp tục nâng hiệu suất lên trên dây dẫn thông thường và nhiệt độ cao. Mặc dù có khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao, độ võng thấp (HTLS), dây dẫn ACCC thực sự là một Dây dẫn “Dung lượng cao, độ võng thấp” (HCLS), vì nó có khả năng mang xấp xỉ gấp đôi dòng điện của nhôm hoàn toàn thông thường hoặc dây dẫn thông thường ACSR được gia cố bằng thép, ở nhiệt độ hoạt động mát hơn nhiều so với dây dẫn HTLS khác. Nhiệt độ hoạt động mát hơn phản ánh một sự thay đổi đáng kể giảm tổn thất đường dây so với bất kỳ dây dẫn thương mại nào khác ngày nay. Hình 4 phản ánh mức giảm tổn thất đường dây trung bình lên tới 35% so với các dây dẫn có kích thước tương tự khác.
Hình 4 - So sánh tổn thất đường dây (và nhiệt độ vận hành) của các loại dây dẫn trên đường dây truyền tải 1.200 amp, dài 100 dặm (162 km), với hệ số tải là 50%. Nhiệt độ hoạt động mát hơn của dây dẫn ACCC góp phần giảm đáng kể tổn thất đường dây, tới 35% so với ACSR và các loại dây dẫn khác.
1. Quan điểm lịch sử của dây dẫn
Ngày nay có rất nhiều loại dây dẫn và kích cỡ sẵn có, nhưng công thức cơ bản không thay đổi nhiều trong gần một trăm năm. Tất cả dây dẫn nhôm/hợp kim vẫn được sử dụng rộng rãi (như AAC, AAAC và ACAR) trong một số ứng dụng nhất định và ACSR nói chung là dây dẫn cơ bản được lựa chọn. Ngoài ACSS, các loại dây dẫn “Nhiệt độ cao, Độ võng thấp” (HTLS) khác đã được phát triển để tăng công suất với độ võng giảm. Mặc dù khả năng chịu nhiệt độ cao/độ võng thấp có thể cực kỳ quan trọng đối với các những khoảng thời gian mà yêu cầu giải phóng mặt bằng là thách thức, chúng cũng có thể rất khó khăn, quan trọng trong điều kiện N-1 hoặc N-2 khi các đường dây liền kề không hoạt động và (các) mạch còn lại được xử lý bổ sung khả năng tải. Tuy nhiên, hoạt động ở nhiệt độ cao trước đây được dành riêng cho những mục đích, trường hợp đặc biệt, vì hoạt động ở nhiệt độ cao cũng phản ánh tổn thất (I2R) cao và chi phí liên quan của chúng.
2. Mô tả chung về dây dẫn ACCC
Dây dẫn ACCC bao gồm lõi hỗn hợp sợi carbon và sợi thủy tinh sử dụng nhựa epoxy nhiệt độ cao để liên kết hàng trăm hàng nghìn sợi riêng lẻ thành một bộ phận kéo chịu lực thống nhất. Các lõi sợi carbon trung tâm được bao quanh bởi sợi thủy tinh không chứa boron cao cấp để cải thiện tính linh hoạt và độ dẻo dai đồng thời ngăn ngừa sự ăn mòn điện giữa sợi carbon và sợi nhôm. Lõi composite thể hiện một tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tuyệt vời, cao nhất trong ngành và có hệ số giãn nở nhiệt thấp nhất trong ngành giúp giảm độ võng của dây dẫn trong điều kiện tải điện cao/nhiệt độ cao. Lõi tổng hợp được bao quanh bởi các sợi nhôm để mang dòng điện (xem Hình 5). Các các sợi dẫn điện thường được làm bằng nhôm hoàn toàn và có dạng hình thang để cung cấp độ dẫn điện lớn nhất và điện trở thấp nhất đối với bất kỳ đường kính dây dẫn nhất định.
Hình 5 - Dây dẫn ACSR và ACCC.
Dây dẫn ACCC được đánh giá để hoạt động liên tục ở nhiệt độ lên tới 180°C (200°C trường hợp khẩn cấp ngắn hạn) và hoạt động mát hơn đáng kể so với dây dẫn tròn có đường kính và trọng lượng tương tự trong điều kiện tải bằng nhau do hàm lượng nhôm tăng lên và độ dẫn điện cao hơn do chủng loại cung cấp Nhôm 1350-O. Mặc dù dây dẫn ACCC ban đầu được phát triển như một dây dẫn Dây dẫn “Nhiệt độ cao, độ võng thấp” (HTLS) để tăng công suất các đường dây truyền tải và phân phối hiện có với những thay đổi về cấu trúc tối thiểu, độ dẫn điện được cải thiện và giảm điện trở làm cho nó phù hợp lý tưởng để giảm tổn thất đường dây trên các đường dây truyền tải và phân phối mới, nơi cải thiện hiệu quả và giảm chi phí vốn ban đầu là mục tiêu thiết kế cơ bản.
Lõi composite có trọng lượng nhẹ hơn cho phép tăng hàm lượng nhôm (sử dụng sợi hình thang nhỏ gọn) mà không bị vượt giới hạn trọng lượng. Dây dẫn ACCC hoạt động tốt ở nhiệt độ dưới 200°C có thể cung cấp công suất tương tự như các dây dẫn HTLS khác hoạt động tốt ở nhiệt độ trên 200°C. Bên cạnh những tổn thất gia tăng với dây dẫn HTLS khác, hoạt động liên tục hoặc theo chu kỳ ở nhiệt độ trên 200°C có thể đẩy nhanh quá trình xuống cấp của các sợi lõi và tăng chi phí vòng đời. Không giống như dây dẫn ACCC sử dụng thiết bị lắp đặt tiêu chuẩn và theo quy trình, một số dây dẫn HTLS khác thường yêu cầu thiết bị chuyên dụng, hoặc các quy trình lắp đặt khó khăn có thể trì hoãn việc hoàn thành dự án và tăng chi phí tổng thể của dự án.
2.1. Tính chất của dây dẫn
Có một số tính chất cơ và điện quan trọng đối với hiệu suất dây dẫn, tuổi thọ và hiệu quả. Những đặc điểm này tác động đến chi phí vốn ban đầu cũng như chi phí vòng đời. Chúng bao gồm khả năng chịu tải, độ bền, trọng lượng, đường kính, khả năng chống ăn mòn, hệ số giãn nở nhiệt, hệ số tự giảm chấn, khả năng chống mỏi, phạm vi nhiệt độ vận hành, khả năng ngắn mạch và độ ổn định nhiệt. Sử dụng đường kính tương đương và trọng lượng tổng thể của dây dẫn làm cơ sở cho so sánh dây dẫn, dây dẫn ACCC mang lại lợi thế trong hầu hết mọi loại được so sánh.
Khi so sánh chi phí dây dẫn, điều quan trọng là phải xem xét tác động của dây dẫn lên chi phí tổng thể của dự án. Dây dẫn ACCC thường được xem xét vì đắt hơn trên cơ sở 'trên mỗi đơn vị chiều dài' (với đường kính cụ thể) trên dây dẫn ACSR, thay vì trên một đơn vị chiều dài trên mỗi công suất. Chúng ta hãy nhớ rằng dây dẫn ACCC (hoạt động ở nhiệt độ cao hơn) cung cấp xấp xỉ gấp đôi công suất của dây dẫn ACSR có đường kính tương đương có thể dẫn đến giảm tải trọng kết cấu đáng kể so với việc lắp đặt một dây dẫn thông thường lớn hơn/nặng hơn. Đặc tính của dây dẫn ACCC cung cấp cho các nhà quy hoạch và nhà thiết kế tính linh hoạt cao hơn bất kỳ dòng sản phẩm nào khác dây dẫn trên thị trường hiện nay. Các đặc tính cơ học của dây dẫn ACCC dựa trên đặc tính cụ thể tính chất của lõi composite và sợi nhôm của nó, và sự tương tác giữa chúng.
Khả năng chịu lực, độ đàn hồi
Với các dây dẫn sử dụng sợi nhôm hoàn toàn, như ACSS và Dây dẫn ACCC, lõi của chúng đóng vai trò là bộ phận chịu lực chính vì các sợi nhôm dễ dàng bị uốn cong dưới tải rất ít. Bảng 1 liệt kê các đặc tính so sánh của hầu hết các vật liệu lõi của các loại dây dẫn. tiêu chuẩn Lõi dây dẫn ACCC cung cấp độ bền kéo từ 2.158 đến 2.585 MPa (313-375 ksi) cường độ và mô đun đàn hồi ~ 112,3 đến 147 GPa (16,3-21,3 msi). Vì so sánh, lõi thép thông thường có khả năng chịu kéo 1.275 MPa (185 ksi) cường độ và mô đun đàn hồi 200 GPa (29 msi), trong khi cường độ cao lõi thép có độ bền kéo 1.965 MPa (285 ksi) với cùng áp suất 200 mô đun GPa (29 msi).
Bảng 1 - Đặc điểm của vật liệu lõi dùng làm dây dẫn trên không. Lưu ý hệ số giãn nở nhiệt thấp và độ bền cao của lõi Carbon Hybrid Epoxy được sử dụng trong dây dẫn ACCC.
Trong khi mô đun đàn hồi của lõi dây dẫn ACCC thấp hơn đối tác bằng thép, có nghĩa là nó sẽ co giãn dễ dàng hơn, không giống như thép, lõi composite sẽ không bị chảy xệ (tức là biến dạng dẻo) hoặc bị rão theo thời gian. Các lõi dây dẫn ACCC hoàn toàn đàn hồi và tải nặng sẽ không làm biến dạng nó vĩnh viễn. Tuy nhiên, trong điều kiện tải trọng băng hoặc gió, vật liệu rất dẻo nhôm sẽ mang lại lợi nhuận trong điều kiện tải tương đối khiêm tốn, thuận lợi giảm căng thẳng trong các sợi nhôm và cải thiện khả năng chống lại Aeilian mỏi do rung động. Độ đàn hồi của lõi và sự giãn ra nhanh chóng của các sợi nhôm cũng cải thiện khả năng tự giảm chấn của nó, giảm tính nhạy cảm của nó đối với sự phá hủy do mỏi và cho phép vận hành ở mức rất thấp độ võng nhiệt.
Đặc điểm tự giảm xóc
Tất cả các dây dẫn đều phải chịu rung động Aeilian. Tần số và biên độ rung động dựa trên tốc độ gió, góc mà gió chạm vào dây dẫn, đặc tính của dây dẫn và các biến khác. Tác động của rung động chủ yếu liên quan đến hiện tượng mỏi của các sợi nhôm ở kẹp treo nơi biến dạng sợi, mức độ lực căng cao và hạn chế uốn có thể tăng tốc độ phá hủy do mỏi. Sợi kim loại đặc biệt là dưới điện áp cao thường dễ bị rung động Aeilian hơn gây ra sự mỏi dây. Trên toàn bộ chiều dài của dây dẫn trong khoảng giữa các kẹp treo, có nhiều năng lượng rung bị tiêu tán do sự cọ xát giữa các sợi nhôm.
Các sợi hình thang thường có diện tích tiếp xúc bề mặt lớn hơn giữa sợi so với sợi tròn, giúp cải thiện hơn nữa khả năng tự giảm xóc hoạt động và giảm ứng suất điểm tiếp xúc ngay cả khi điều kiện nhiệt độ lạnh và khi lực căng tăng.
Tải trọng gió hoặc băng nặng hoặc việc căng trước dây dẫn tùy chọn sẽ kéo căng dây dẫn làm cho các sợi nhôm mềm dẻo hơn bị uốn cong hoặc ‘nhún’. Điều này dùng để hạ thấp điểm uốn nhiệt và cải thiện đặc tính tự giảm xóc trong mọi điều kiện trừ điều kiện cực kỳ lạnh, khi các sợi dây bị lỏng sẽ thắt chặt lại lên như là chức năng của sự co nhiệt. Độ đàn hồi của lõi dây dẫn ACCC, kết hợp với các sợi nhôm rất dẻo của nó cho phép thư giãn sợi xảy ra tương đối nhanh chóng. Một lượng nhỏ lực căng trước có thể gây ra hiện tượng này trong quá trình lắp đặt làm giảm độ võng nhiệt, cải thiện đặc tính tự giảm chấn, và giảm ứng suất trong các sợi nhôm, kết hợp với Aeilian rung động, có liên quan đến sự phá hủy do mỏi của sợi.
Giới hạn nhiệt & Tuổi thọ
Giống như bất kỳ dây dẫn nào, dây dẫn ACCC có giới hạn nhiệt cần được hiểu. Xem xét rằng dây dẫn ACCC sử dụng hoàn toàn nhôm có giới hạn nhiệt trên 250°C, giới hạn nhiệt của nó dựa trên về giới hạn nhiệt của lõi composite. Sau khi thử nghiệm rộng rãi, CTC (CTC Global) thiết lập nhiệt độ hoạt động liên tục tối đa là 180°C cho dây dẫn ACCC. Ở nhiệt độ này, trong thời gian dài, lượng khí thải tối thiểu lượng oxy hóa bề mặt có thể được quan sát. Phản ứng oxy hóa này sau đó tạo thành một lớp dày đặc khoảng 100 micron, làm chậm quá trình oxy hóa tiếp theo. Bức ảnh dưới đây mô tả một mẫu lõi ở 220°C trong độ tuổi 52 tuần. Quá trình oxy hóa, trong trường hợp này, đã được tăng tốc. Hình 6 bộc lộ một phần của lõi composite còn nguyên vẹn dưới lớp da ‘cháy thành than’ (được loại bỏ một cách cơ học để cho phép kiểm tra lớp kính ngay lập tức dưới mức oxy hóa).
Hình 6 - Mẫu lõi ACCC sau 52 tuần phơi nhiễm ở 220°C. Lớp oxy hóa loại bỏ một cách cơ học để kiểm tra lõi bên dưới lớp oxy hóa.
Nói chung, giới hạn nhiệt của hỗn hợp sợi cacbon/sợi thủy tinh vật liệu có thể được thiết lập bởi các giới hạn nhiệt của nhựa hoặc “hỗn hợp”. Việc xử lý hỗn hợp trong quá trình sản xuất composite có thể được đánh giá thông qua việc kiểm tra nhiệt độ ‘chuyển thủy tinh’ (Tg). Thử nghiệm Tg cung cấp cái nhìn sâu sắc liên quan đến tính nhất quán của quá trình xử lý hỗn hợp nhựa từ mẻ này sang mẻ khác trong quá trình sản xuất và được sử dụng phù hợp cho mục đích R&D và kiểm soát chất lượng. Tg có thể dễ dàng đo được bằng cách sử dụng Phân tích cơ học động (DMA) (xem Hình 7) và đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng tổng hợp trong đó hỗn hợp chiếm ưu thế các đặc tính (ví dụ: lực cắt, cường độ nén, v.v.) là quan trọng trong thiết kế, như trong cấu trúc hỗn hợp nhiều lớp bao gồm nhiều lớp vật liệu được được liên kết bởi một ma trận nhựa và chịu tải trọng nén hoặc cắt, trong đó sự tách lớp có thể xảy ra nếu không có đủ tính toàn vẹn của hỗn hợp do quá nhiều tiếp xúc với nhiệt độ cao. Tuy nhiên, đối với lõi composite một chiều được sử dụng trong các ứng dụng dây dẫn trên không, độ bền kéo, mô đun kéo và giãn nở nhiệt dọc trục là các đặc tính thiết kế quan trọng là sợi thuộc tính bị chi phối. Tg là chỉ số chất xơ rất kém các thuộc tính chi phối trong hỗn hợp một chiều và không nên được sử dụng cho tiêu chí về độ bền hoặc tuổi thọ của dây dẫn.
Hình 7 - Kiểm tra chuyển tiếp thủy tinh (Tg) bằng Phân tích cơ học động. Các đỉnh trong đường cong Mô đun tổn hao được sử dụng để xác định xem mức độ lưu hóa trong hỗn hợp đã đạt được.
Trong khi lớp oxy hóa được hiển thị trong Hình 6, làm chậm quá trình oxy hóa hơn nữa, điều này hạn chế tác động tổng thể của việc tiếp xúc với nhiệt, tiếp xúc với nhiệt độ trên 200°C không được khuyến nghị cho dây dẫn ACCC nhưng có thể được chấp nhận đối với dây dẫn ACCC những khoảng thời gian ngắn ngủi. Thử nghiệm hệ thống đã chỉ ra rằng dây dẫn ACCC và các phụ kiện phần cứng có thể phải chịu ít nhất một (1) chu kỳ tám giờ mỗi năm ở nhiệt độ 215°C trong suốt tuổi thọ của dây dẫn mà ít gây ra hậu quả. Mặc dù lõi dây dẫn ACCC thể hiện tính chất cơ học chủ yếu là sợi, tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn trong thời gian dài có thể làm giảm khả năng của polymer hỗn hợp để truyền tải trọng uốn và kéo một cách hiệu quả giữa các ổ trục sợi và có thể làm giảm khả năng chịu lực tổng thể của nó. Tuy nhiên, dây dẫn ACCC lõi composite đơn hướng thể hiện các đặc tính vượt trội của sợi ít bị ảnh hưởng bởi cơ chế lão hóa hoặc độ mỏi của vật liệu kim loại. Cái này đó là lý do tại sao vật liệu tổng hợp sợi carbon đang được triển khai rộng rãi ở các lĩnh vực có tính ứng dụng cao khác các ứng dụng đòi hỏi khắt khe, bao gồm cả hàng không vũ trụ, nơi có độ bền cao, nhẹ, ổn định nhiệt, khả năng chống ăn mòn và mỏi do tải theo chu kỳ.
2.2. So sánh các dây dẫn
Bảng 2 so sánh một số tính chất vật liệu dẫn điện được sử dụng trong các thiết bị dây dẫn trên cao. Vì nó liên quan đến các sợi nhôm dẫn điện, các hợp kim khác nhau có thể được sử dụng để cải thiện độ bền kéo và/hoặc khả năng làm cho dẻo. Kiểu nhôm 1350-H19; ví dụ, sẽ bắt đầu dẻo ra ở khoảng 93°C. Loại 1350-O được ủ trước. Dẻo làm giảm khả năng chịu lực nhưng thuận lợi cải thiện độ dẫn điện và khả năng chống mỏi, vì các vết nứt do mỏi sẽ không lan truyền càng nhanh qua các vật liệu mềm hơn, dẻo hơn. Nhiều hợp kim khác nhau làm cho cường độ được cải thiện, nhưng độ dẫn điện và độ dẻo lại bị giảm đáng kể. Các các giá trị độ dẫn điện trong Bảng 2 được trình bày dưới dạng phần trăm so với đồng được làm cho dẻo.
Bảng 2 - Tính chất của nhôm được sử dụng trong dây dẫn trên cao. Loại 1350-O nhôm, được sử dụng trong dây dẫn ACCC, mang lại độ dẫn điện cao nhất trong tất cả các loại những lựa chọn có sẵn.
So sánh trong Bảng 2, một số tính chất cốt lõi của vật liệu rất quan trọng như chúng liên quan đến dây dẫn trần trên không. Cường độ cao hơn, trọng lượng thấp hơn và hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn mang lại lợi thế rõ ràng, trong khi hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn mô đun đàn hồi mang lại lợi thế ít rõ ràng hơn về phản hồi mặt băng nặng. Trong điều kiện tải băng cực kỳ nặng, dây dẫn có lõi mô đun thấp hơn (đàn hồi hơn) sẽ kéo dài hơn lõi mô đun cao hơn cứng hơn, nhưng lõi hỗn hợp mô đun thấp hơn có độ đàn hồi cao và không bị ảnh hưởng kéo dài vĩnh viễn, biến dạng hoặc chảy dẻo. Các đặc tính tổng thể của dây dẫn ACCC được so sánh với một số loại dây dẫn khác trong Bảng 3 cũng có sẵn một số dây dẫn ACCC được thiết kế cho tải băng nặng. Chúng thường sử dụng lõi mô đun lớn hơn, cường độ cao hơn và lõi mô đun cao hơn.
Bảng 3 - So sánh loại dây dẫn thể hiện lõi và đặc tính vật liệu dẫn điện. Lưu ý các thuộc tính 'tốt nhất trong lớp' được tô sáng của Dây dẫn ACCC (độ bền kéo thấp của nhôm giúp giảm ứng suất và cải thiện khả năng chống mỏi).
2.2.1. Các loại dây dẫn ACCC
Dây dẫn ACCC sử dụng lõi sợi carbon và sợi thủy tinh được nhúng trong lớp vỏ cứng nền nhựa polyme. Lõi sợi carbon trung tâm được bao quanh bởi sợi thủy tinh có độ dày đủ để cải thiện tính linh hoạt và tạo ra một rào cản bền vững ngăn chặn sự ăn mòn điện. Nhôm với hỗn hợp sợi carbon là một trong những sự ghép đôi điện tích phản ứng mạnh nhất có thể xảy ra khi vật liệu nhôm dần bị ăn mòn đi. Lớp cách nhiệt giữa các sợi nhôm và lõi sợi carbon phải đủ nguyên vẹn để tồn tại trong sự xáo trộn liên tục (từ sự rung động của dây dẫn hoặc sự giãn nở nhiệt vi sai với nhiệt độ) giữa các sợi nhôm bên trong và lõi composite trên vòng đời của nó. Cấu trúc hàng không vũ trụ thường yêu cầu 1 đến 2 lớp sợi thủy tinh cách điện (~10 mil hoặc 0,25 mm mỗi lớp) để ngăn chặn sự ghép điện của sợi nhôm và carbon. Lõi dây dẫn ACCC được thiết kế để duy trì một lớp kính tối thiểu 0,50 mm để đảm bảo tính toàn vẹn của lớp mạ rào cản ăn mòn trong suốt thời gian sử dụng của dây dẫn. Lõi composite được bọc xoắn ốc bằng hai đến năm lớp nhôm sợi. Lớp ngoài thường có lớp nằm bên phải nhưng tùy thuộc vào đặc điểm kỹ thuật. Tỷ lệ và loại sợi carbon và sợi thủy tinh được sử dụng trong tiêu chuẩn lõi ACCC cung cấp độ bền kéo từ 2.158 đến 2.585 MPa (313-375 ksi) và mô đun đàn hồi ~112,3 đến 147 GPa (16,3-21,3 msi). Cường độ cao hơn và các lõi mô đun cao hơn cũng có sẵn cho các nhịp dài hoặc gió/băng cực ứng với điều kiện tải. Kích thước ACCC tiêu chuẩn bao gồm một số thiết kế dây dẫn trong đó kích thước lõi và tỷ lệ nhôm cung cấp các giải pháp tối ưu cho các ứng dụng khác nhau bao gồm các vùng gió và băng lớn cũng như các nhịp dài.
2.2.2. Kích thước dây dẫn ACCC tiêu chuẩn
Hiện nay, có chín kích thước tiêu chuẩn của lõi dây dẫn ACCC được áp dụng, được tích hợp vào khoảng 40 dây dẫn đã hoàn thiện có kích thước từ 300 kcmil (150 mm2) đến 2.800 kcmil (1.400 mm2). Bảng 4 cho thấy các thuộc tính của từng kích thước lõi. Bảng 5 và Bảng 6 tóm tắt các kích thước dây ACCC theo tiêu chuẩn IEC và ASTM.
.jpg)
Bảng 4 - Thông số kỹ thuật của lõi dây dẫn ACCC theo hệ mét và hệ đo lường đơn vị Anh.
2.2.3. Kích thước dây dẫn ACCC tùy chỉnh
Mỗi dự án đều có những yêu cầu riêng. Địa hình, dòng điện, khả năng tải của đường dây, điều kiện môi trường và tình trạng của các công trình hiện có, hoặc có thể bố trí các cấu trúc mới đều phát huy tác dụng. Một trong số CTC thiết kế dây dẫn tiêu chuẩn (trong một loạt các loại được mô tả ở trên) có thể cung cấp một giải pháp tối ưu cho hầu hết các dự án. Đôi khi, kích thước tùy chỉnh (hoặc mới) là được phát triển để đáp ứng một yêu cầu cụ thể.
.jpg)
Bảng 5 - Kích thước dây dẫn ACCC theo ASTM
Lưu ý: Giá trị cường độ dựa trên 60 Hz, cao độ bằng 0, độ cao mặt trời 90˚, nhiệt độ môi trường xung quanh 40˚C, Độ hấp thụ năng lượng mặt trời là 0,5, Độ phát xạ là 0,5, tốc độ gió 2 ft/giây (0,61 m/giây) và 96 Watt/ft2 (1033 W/m2), ở nhiệt độ bề mặt tương ứng.
.jpg)
Bảng 6 - Kích thước dây dẫn ACCC theo IEC
3. Sự hạn chế về nhiệt
Công suất của hầu hết các đường dây truyền tải dưới 100 km (60 dặm) về chiều dài thường bị giới hạn bởi các ràng buộc về nhiệt hơn là sụt áp hoặc giới hạn trở kháng đột biến. Những hạn chế về nhiệt được quyết định bởi một nhiệt độ hoạt động tối đa cho phép của dây dẫn hoặc nhiệt độ tối đa độ võng nhiệt phát triển ở một số lực căng thiết kế đã chọn, dựa trên kết cấu về cường độ, chiều cao và vị trí.
Trong một số trường hợp, vận hành dây dẫn nóng có thể hữu ích vì nó sẽ cho phép công suất cao hơn với bộ cấu trúc dây dẫn và giá đỡ nhỏ hơn, rẻ hơn. Trong trường hợp này, hệ số tản nhiệt thấp của dây dẫn ACCC đem lại độ võng, công suất tối ưu. Tuy nhiên, hoạt động ở nhiệt độ cao hơn và chiều dài đường dây sẽ làm tăng tổn thất đường dây.
Tuy nhiên, hàm lượng nhôm cao của dây dẫn ACCC (và thấp hơn điện trở của nhôm 1350-O được làm dẻo hoàn toàn) giúp giảm tổn thất đường dây bằng cách tới 35% so với các dây dẫn khác có cùng đường kính và trọng lượng trong điều kiện tải bằng nhau. Trong khi các loại dây dẫn khác cũng sử dụng các sợi dây dẫn có hình dạng hình thang có thể làm tăng hàm lượng nhôm cho một đường kính dây dẫn nhất định, trọng lượng nhẹ hơn của lõi composite của dây dẫn ACCC so với vào lõi thép cho phép bổ sung hàm lượng nhôm mà không bị phạt về trọng lượng. Trọng lượng của dây dẫn ACSS/TW “Suwannee” tăng 25% (Drake đường kính tương đương), có thể làm cho nó bị võng xuống quá mức trước khi đạt tới nhiệt độ/công suất hoạt động tối đa, so với mức kích thước ổn định cao hơn và nhẹ hơn dây dẫn ACCC cỡ Drake.
Các từ viết tắt
- ACCC (Aluminium Conductor Composite Core): Dây nhôm lõi composite.
- ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced): Dây nhôm lõi thép tăng cường.
- ASTM (American Society for Testing and Materials): Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ.
- HTLS (High-Temperature Low-Sag): Nhiệt độ cao độ võng thấp.
- IEC (International Electrotechnical Commission): Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế.
- IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): Viện các kỹ sư điện và điện tử Hoa Kỳ.
- ISO (International Organization for Standardization): Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế.
- EN (European Standard): Tiêu chuẩn châu Âu.
Tài liệu tham khảo
Engineering Transmission Lines with High Capacity Low Sag ACCC
Conductors, CTC Global, 2011.