EN
Phụ Kiện Đường Dây Điện Đảm Bảo Kết Nối Điện Và Cơ Khí Như Thế Nào?
Các Chức năng Chính về Điện và Cơ học của Phụ kiện Đường dây Điện
Định nghĩa và vai trò của phụ kiện đường dây điện trong các hệ thống truyền tải
Phụ kiện đường dây điện, đôi khi được gọi là phụ tùng thiết bị điện, là các bộ phận đặc biệt được thiết kế để nối, cố định và bảo vệ các dây dẫn dùng trong đường dây truyền tải trên không. Những phụ kiện này thực hiện đồng thời cả chức năng điện và cơ khí. Chúng đóng vai trò là những mắt xích quan trọng kết nối các phần khác nhau của hệ thống như cáp, cách điện, kết cấu đỡ và nhiều thiết bị khác trong toàn bộ lưới điện. Nếu thiếu những phụ kiện này, lưới điện sẽ không thể duy trì độ vững chắc về cấu trúc hay cung cấp điện một cách đáng tin cậy qua những khoảng cách dài giữa các trạm biến áp và người dùng cuối.
Đảm bảo tính liên tục về điện và nối đất hiệu quả
Các phụ kiện giúp duy trì dòng điện liên tục vì chúng giảm điện trở tại các điểm nối dây, nhờ vào các mối nối và kẹp được chế tạo chính xác. Đồng thời, các thành phần này tạo ra các kết nối tiếp đất chắc chắn, dẫn dòng điện sự cố một cách an toàn xuống đất. Khi được lắp đặt đúng cách, các kẹp tiếp đất ngăn chặn các xung điện áp nguy hiểm và nhiễu điện từ gây rối loạn hệ thống, từ đó bảo vệ thiết bị và đảm bảo an toàn cho người vận hành. Theo một số nghiên cứu gần đây được công bố trong hướng dẫn mới nhất của IEEE về an toàn truyền tải điện, việc kết hợp các thanh tiếp đất với các phụ kiện phù hợp có thể giảm khoảng 70% rủi ro do điện thế bước và điện thế chạm gây ra khi hệ thống xảy ra sự cố.
Cung cấp độ ổn định cơ học dưới tác động của môi trường
Các phụ kiện neo giữ dây dẫn chống lại lực căng cực đại, tải trọng gió và tích tụ băng tuyết, đồng thời giảm mệt mỏi do rung động gây ra. Ví dụ:
- Kẹp chịu lực phân bổ lại tải trọng cơ học tại các điểm cuối tuyến
- Các bộ giảm chấn hấp thụ rung động do gió gây ra, giảm mệt mỏi dây dẫn tới 40% trong các thử nghiệm tuân thủ IEC 61284
- Các thanh giằng ngăn va chạm giữa các dây dẫn ghép bó trong điều kiện gió mạnh
Độ bền này ngăn ngừa sập kết cấu trong bão và kéo dài tuổi thọ hệ thống thêm 15—20 năm so với các lắp đặt không được chứng nhận
Các loại phụ kiện đường dây điện chính và ứng dụng kết cấu của chúng
Các kẹp treo, kẹp chịu lực và kẹp cuối tuyến dùng để đỡ dây dẫn và phân bố tải trọng
Các kẹp treo được dùng để cố định dây dẫn lên các kết cấu đỡ, nhưng chúng cũng cho phép giãn nở nhiệt, điều này rất quan trọng để duy trì sự cân bằng lực căng một cách chính xác. Sau đó là các kẹp chịu lực, có nhiệm vụ xử lý các lực dọc trục khi hướng của đường dây thay đổi. Các phiên bản kẹp cuối tuyến về cơ bản sẽ chấm dứt đường dây tại đúng vị trí cần thiết. Những loại phụ kiện khác nhau này giúp phân bố đều ứng suất cơ học trên cả các tháp và bản thân dây dẫn. Điều này giúp tránh những điểm dễ gặp sự cố nơi mà ứng suất tích tụ quá mức theo thời gian, và những điểm mệt mỏi tập trung như vậy thực tế chiếm khoảng 23 phần trăm tổng số sự cố đứt đường dây trên không, như đã được ghi nhận trong tiêu chuẩn IEEE về độ tin cậy truyền tải năm 2023. Việc lựa chọn và lắp đặt đúng các loại kẹp đảm bảo rằng tải trọng được truyền đều trên toàn bộ hệ thống, đặc biệt là trong điều kiện gió mạnh với tốc độ lên tới khoảng 150 km/h hoặc khi xảy ra hiện tượng tích tụ băng tuyết, có thể gây thêm tải trọng cho hệ thống.
Kẹp căng và phụ kiện nối để gắn dây dẫn chắc chắn
Các loại kẹp căng kiểu ép và kiểu nêm tạo ra các kết nối mạnh mẽ, bền vững giữa dây dẫn và các bộ phận thiết bị, có khả năng chịu được rung động mà không bị lỏng. Các ống nối và các phụ kiện nối khác giúp dòng điện truyền qua các mối nối một cách ổn định, với điện trở tiếp xúc duy trì dưới mức 5 micro ohm như yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM B354 về độ dẫn điện tốt. Các rãnh trên các đầu nối này ngăn chúng trượt ra ngay cả khi chịu lực khoảng 15 kilonewton, đồng thời chúng cũng chịu được hiện tượng giãn dài chậm của dây dẫn xảy ra trong nhiều năm. Vì các bộ phận này thực tế mang phần lớn dòng điện, nên việc sản xuất chính xác là rất quan trọng. Bất kỳ lỗi sản xuất nào cũng có thể dẫn đến các điểm nóng dọc tuyến, làm lãng phí năng lượng và giảm hiệu quả truyền tải điện trên khoảng cách xa.
Phụ kiện đỡ: Bulông, móc treo và neo dùng để duy trì độ bền cấu trúc
Độ bền cấu trúc phụ thuộc vào các thành phần phụ trợ bao gồm:
- Các bu-lông chống ăn mòn duy trì lực kẹp trong các chu kỳ nhiệt
- Các giá treo khớp nối cho phép chuyển động linh hoạt tại các điểm treo
- Móc neo mặt đất với thiết kế xoắn ốc chịu được lực nhổ lên tới 20 tấn
Các yếu tố này hoạt động hài hòa với nhau, lớp phủ kẽm-nhôm ngăn ngừa ăn mòn điện hóa giữa các kim loại khác nhau. Việc lắp ráp phụ kiện đúng cách làm giảm tần suất bảo trì 40% so với các hệ thống lắp đặt không chuẩn hóa, theo Quy chuẩn An toàn Điện Quốc gia (NESC) phiên bản 2022 .
Duy trì Độ Bền Kết Nối Điện Thông Qua Thiết Kế Phụ Kiện Phù Hợp
Cách điện và các điểm nối giữa dây dẫn, sứ cách điện và phụ kiện
Thiết kế cách nhiệt tốt ngăn chặn rò rỉ điện và hiện tượng phóng điện bề mặt xảy ra tại những vị trí khó xử lý nơi dây dẫn nối với các vật cách điện. Các vật liệu điện môi phù hợp hoạt động như lớp bảo vệ chống lại bụi bẩn, độ ẩm và các tác nhân có hại khác từ môi trường, đồng thời vẫn đảm bảo dòng điện được dẫn truyền ổn định. Tại các điểm nối, kỹ sư cần điều chỉnh áp lực tiếp xúc một cách chính xác ở vùng tiếp giáp giữa các dây dẫn với nhau. Nếu áp lực không đồng đều, các điểm nóng sẽ hình thành và làm thiết bị xuống cấp nhanh hơn mức cho phép. Theo các tiêu chuẩn như IEEE 1313.1 và IEC 60815, các đầu nối phải chịu được ứng suất điện áp trên 15 kV mỗi inch và duy trì khoảng cách đủ lớn giữa các thành phần để tránh hiện tượng theo dõi điện (tracking). Các đầu nối ép chặt thực tế hoạt động hiệu quả hơn các kẹp cơ khí thông thường trong việc chống ăn mòn, do đó giảm thiểu sự cố, đặc biệt là ở khu vực ven biển nơi không khí chứa muối gây ảnh hưởng. Việc tính toán chính xác hệ số giãn nở nhiệt giữa dây dẫn nhôm và các đầu nối bằng thép cũng rất quan trọng, bởi nếu không thì các mối nối có xu hướng bị lỏng khi nhiệt độ thay đổi, làm gián đoạn đường dẫn điện theo thời gian.
Các mối nối, khớp nối và kẹp đảm bảo hiệu suất điện và cơ học lâu dài
Các mối nối và khớp nối tốt nhất sử dụng nhiều giai đoạn ép để tạo ra các liên kết chắc chắn giữa các dây dẫn, từ đó ngăn ngừa sự hình thành của quá trình oxy hóa và làm tăng điện trở theo thời gian. Các kết nối tốt cần duy trì độ dẫn điện gần bằng thông số kỹ thuật ban đầu của dây dẫn, thường là trong phạm vi khoảng 2%, ngay cả khi phải chịu ứng suất cơ học do rung động gió trên các đường dây điện. Các kẹp được thiết kế tốt sẽ phân bổ lực căng đều trên tất cả các sợi dây dẫn thay vì để lực tập trung vào một điểm duy nhất, nơi có thể cuối cùng dẫn đến các điểm hư hỏng. Các lớp phủ chống ăn mòn, chẳng hạn như mạ kẽm nhúng nóng, có thể giúp các bộ phận này kéo dài tuổi thọ hơn ba thập kỷ trong điều kiện khắc nghiệt. Theo nghiên cứu gần đây được công bố trong báo cáo năm 2023 của Viện Ponemon về độ tin cậy cơ sở hạ tầng lưới điện, việc sử dụng các thiết kế chịu rung động tốt hơn có thể giảm đáng kể chi phí bảo trì, tiết kiệm khoảng 740 nghìn đô la mỗi năm cho mỗi một trăm dặm đường dây được bảo trì. Có một số yếu tố chính góp phần đảm bảo rằng các kết nối này hoạt động đúng cách trong thời gian dài.
- Độ đồng đều nén hướng tâm ngăn ngừa hư hại sợi dẫn
- Khả năng chịu thay đổi nhiệt độ phù hợp với tốc độ giãn nở của dây dẫn
- Tương thích điện từ, giảm thiểu tổn thất dòng điện xoáy
- Các thành phần polymer chống tia UV duy trì độ bền cách điện
Các phương pháp tốt nhất để lắp đặt phụ kiện đường dây điện và tránh các sự cố thường gặp
Lắp đặt đúng cách: Kiểm soát mô-men xoắn, căn chỉnh và quản lý ứng suất
Việc lắp đặt chính xác phụ kiện đường dây điện đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt ba quy trình quan trọng:
- Quy cách lực siết : Siết quá lỏng gây trượt; siết quá chặt làm hư hại dây dẫn. Sử dụng dụng cụ đã hiệu chuẩn để đạt được giá trị mô-men xoắn theo khuyến nghị của nhà sản xuất.
- Định hướng góc : Phụ kiện lắp lệch trục gây phân bố ứng suất không đều. Kiểm tra vị trí bằng dụng cụ cân mức trong quá trình lắp đặt và sau các sự kiện môi trường.
- Quản lý ứng suất : Lắp đặt các thanh chống rung hoặc bộ giảm chấn tại những vị trí dây dẫn chịu dao động do gió gây ra hoặc tải trọng băng để ngăn ngừa các vết nứt mỏi.
Tránh sự không tương thích về vật liệu và sai lệch trong thiết kế làm ảnh hưởng đến các mối nối
Khi các kim loại khác nhau như dây nhôm tiếp xúc với đầu nối đồng trong điều kiện ẩm ướt, hiện tượng ăn mòn điện hóa sẽ xảy ra và làm thiết bị hư hỏng nhanh hơn. Đối với bất kỳ ai làm việc với hệ thống điện, điều quan trọng là phải chọn các phụ kiện được làm từ vật liệu tương thích hoặc ít nhất là những vật liệu có lớp bảo vệ phù hợp. Tương tự, cần kiểm tra xem xếp hạng độ bền của thiết bị có thực sự phù hợp với điều kiện tại địa phương hay không. Tốc độ gió khác nhau tùy khu vực, cũng như tải trọng băng trong những tháng mùa đông. Theo báo cáo kiểm tra NESC năm ngoái, gần một nửa (khoảng 42%) các sự cố trên đường dây điện trên không xuất phát từ thiết bị không đủ độ bền so với điều kiện thời tiết tại nơi lắp đặt.
Các câu hỏi thường gặp
Phụ kiện đường dây điện là gì?
Phụ kiện đường dây điện, còn được gọi là phụ kiện thiết bị điện, là các thành phần được thiết kế để nối, đỡ và bảo vệ các dây dẫn được sử dụng trong đường dây truyền tải trên không.
Tại sao việc nối đất lại quan trọng trong phụ kiện đường dây điện?
Việc nối đất trong phụ kiện đường dây điện đảm bảo rằng bất kỳ dòng điện sự cố nào cũng được chuyển hướng an toàn xuống đất, bảo vệ thiết bị và nhân viên khỏi các xung điện áp nguy hiểm.
Phụ kiện đường dây điện duy trì độ ổn định cơ học như thế nào?
Các phụ kiện đảm bảo độ ổn định cơ học bằng cách neo giữ dây dẫn chống lại lực căng cực đại, tải trọng gió và tích tụ băng tuyết, từ đó ngăn ngừa sập cấu trúc.
Các loại phụ kiện đường dây điện là gì?
Một số loại phụ kiện đường dây điện chính bao gồm kẹp treo, kẹp chịu lực, kẹp cuối tuyến, kẹp căng và phụ kiện nối, cùng một số loại khác.
Những thực hành tốt nhất khi lắp đặt phụ kiện đường dây điện là gì?
Các phương pháp tốt nhất để lắp đặt phụ kiện đường dây điện bao gồm đảm bảo kiểm soát mô-men xoắn chính xác, căn chỉnh đúng cách và quản lý lực căng để ngăn ngừa các vết nứt do mỏi.
