Tính toán khả năng mang tải của đường dây trên không bằng phương pháp phần tử hữu hạn

vi MC LC LÝ LCH KHOA HC i LIăCAεăĐOAN ii LI CεăN iii TÓM TT iv ABSTRACT v MC LC vi CH VIT TT TRONG LUNăVĔN x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BNG xiv Chngă1.ăTNG QUAN 16 1.1 Gii thiu vnăđ 16 1.2 Tng quan chung v lĩnhăvực nghiên cu. 17 1.2.1ăCácăphngăphápălỦăthuyt hin tiăđ đánhăgiáătrng thái nhit caăđng dây trên không. 18 1.2.1.1 nhăhng caăđ võng vào gii hn nhit ca dây dn 20 1.2.1.2 nhăhng ca các thông số vt lý lên nhităđ ca dây dn 21 1.2.1.3ăCácăđiu tra thực nghim và thực hinăcácăphngăphápăsố choăđánhă giá trng thái nhit ca dây dn. 23 1.2.3 Kt lun v cácăcôngătrìnhăđƣănghiênăcu 26 1. 3 Lý do chnăđ tài 27 1. 4 Mc tiêu nghiên cu caăđ tài 29 vii 1.5 Phm vi nghiên cuăvƠăđim mi caăđ tài 30 1.5.1 Phm vi nghiên cu caăđ tài 30 1.5.2ăĐim mi caăđ tài 30 1.6 Ni dung ca lunăvĕn 31 1.7ăụănghĩaăcaăđ tài 31 Chngă 2.ă PHNGă PHÁPă PHN T HU HN VÀ PHN MM COMSOL MULTIPHYSICS 32 2.1 Gii thiu v phngăphápăPhn t hu hn 32 2.2ăCácăbcăcăbn trong th tc phân tích FEM 33 2.2.1 Ri rc hoá min kho sát 33 2.2.2 Lựa chnăhƠmăđaăthc 35 2.2.3 Thit lp h phngătrình 35 2.2.4 Gii h phngătrình 35 2.3 Bài toán 1D 35 2.4 Bài toán 2D 40 2.5ăδi thích nghi 2D 45 2.5.1ăδi Delaunay 45 2.5.2 Gii thut toăli Delaunay thích nghi 47 2.5.3ăuăđim caăli Delaunay thích nghi 49 2.6 Gii thiu phn mm COMSOL MULTIPHYSICS 52 Chngă3.ăTRNG NHIT VÀ KH NĔNG MANG TI CA DÂY DN TRÊN KHÔNG 57 3.1ăPhngătrìnhătruyn nhit ca dây dn trên không 58 3.2 Kh nĕngămangăti ca dây dn trên không 62 viii 3.2.1 Nhit do hiu ng Joule q j 63 3.2.2 Nhit sinh ra do hp th ca b mặt dây dn q s 63 3.2.3 Tn tht nhit bc x q r 65 3.2.4 Tn tht nhităđốiăluăq c 65 3.2.4.1 Tn tht nhităđốiăluătự nhiên 67 3.2.4.2 Tn tht nhităđốiăluăcỡng bc 68 Chngă 4. TÍNH TOÁN TRNG NHIT VÀ KH NĔNGă MANGă TI CAăĐNG DÂY TRÊN KHÔNG 70 4.1ăTínhătoánătrng nhit quanh dây dn bằng Comsol Multiphysics (FEM) 70 4.1.1ăTrng hp mt 71 4.1.2ăTrng hp hai 76 4.2 Kh nĕngămangăti ca dây dnătrênăkhôngădiătácăđng caăđiu kin môi trngăvƠăđiu kin vt lý. 79 4.2.1 nhăhng ca tốcăđ gióăvƠăhng gió 83 4.2.2 nhăhng ca nhităđ môiătrng. 86 4.2.3 nhăhng ca h số bc x ł 88 4.3ăTrng nhit ca dây dnădi nhăhng caăđiu kinămôiătrng và dòng ti. 90 4.4 Tính toán kh nĕngămangăti ca dây dnătrênăkhôngătheoăđiu kin khí hu thực t  Vit Nam. 95 4.4.1 Kh nĕngămangăti ca dây dn trên không di nhăhng ca khí hu min Bc. 96 4.4.2 Kh nĕngămangăti ca dây dnătrênăkhôngădi nhăhng ca khí hu min Trung. 99 ix 4.4.3 Kh nĕngămangăti ca dây dnătrênăkhôngădi nhăhng ca khí hu min Nam 101 4.4.4 Nhn xét v kh nĕngămangăti caăđngădơyătrênăkhôngădi nhăhng bi khí hu ca các vùng min ca Vit Nam. 103 Chngă5.ăKT LUN, HN CH VÀăHNG PHÁT TRIN CAăĐ TÀI 105 5.1 Kt lun 105 5.2 Hn ch caăđ tài. 106 5.3ăHng phát trin caăđ tài. 107 5.4 Li kt 107 Tài liu tham kho 93 -10- CH VIT TT TRONG LUNăVĔN AAAC - All Aluminium Alloy Conductors ACSR - Aluminium Conductor Steel Reinforced CFD - Computational Fluid Dynamics CIGRE - International Council on Large Electric Systems (Cons eil International des Grands Reseaux Électriques) DG - Distributed Generation BEM- Boundary Element Method FDM - Finite Difference Method FEM - Finite Element Method FVM - Finite Volume Method HSM - Hybrid Sag Method IEC - International Electrotechnical Commission IEEE - The Institute of Electrica l and Electronics Engineers OHL - Overhead Lines NSM - Numerical Sag Method QCXDVN ậ Quy Chun Xây Dựng Ca Vit Nam SAW - Surface Acoustic Wave -11- DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Sự hình thƠnhăđ võng ca 1 khongăvt 5 Hình 1.2 So sánh gia NSM và HSM cho dây dn Drake viăđng kính ngoài 28.14 mm [16] 6 Hình 2.1 δuăđ gii ptvp bằng FEM 18 Hình 2.2 Các phn t căbn: a) 1D, b) 2D, c) 3D 19 Hình 2.3 Ri rc hoá min kho sát bi các phn t 1DălƠăđon thẳng 21 Hình 2.4ăăHƠmăắhình dáng”ăca phn t e 22 Hình 2.5 Li gii FEM và li gii gii tích ca Ví d 01 24 Hình 2.6 Phn t tam giácătrongăli 2D 25 Hình 2.7 Hàm hình dáng tiăđnh 1 ca phn t tam giác 25 Hình 2.8 Li gii FEM và li gii gii tích ca Ví d 02 28&29 Hình 2.9 Minh ho Delaunay và Locally Delaunay 31 Hình 2.10 δi tam giác Delaunay 32 Hình 2.11 Min kho sát ca bài toán Poisson 35 Hình 2.12 Ri rc hoá min kho sát bài toán Poisson 36 Hình 2.13 Li giiăphngătrìnhăPoisson 36 Hình 2.14 Giao din chính ca Comsol Multiphysics v 3.4 38 Hình 2.15 Ri rc hoá min kho sát bài toán Poisson trong Comsol 39 -12- Hình 2.16 Mô phỏng bài toán Poisson trong Comsol Multyphisics 40 Hình 3.1 Khối vi phân trong phân tích sự dn nhit 43 Hình 4.1 Min không khí kho sát xung quanh dây dn 56 Hình 4.2: Ri rc hóa min kho sát bằng min con dây dn A1/Sxy bi COMSOL 58 Hình 4.3: phân bố nhit xung quanh dây dn A1/Sxy bằng FEM 59 Hình 4.4ăĐ th nhităđ khi ctătheoăphngăx 60 Hình 4.5ăĐ th nhităđ khi ctătheoăphngăy 60 Hình 4.6: Ri rc hóa min kho sát bằng min con dây dn Drake 62 Hình 4.7: phân bố nhit xung quanh dây dn Drake bằng FEM 63 Hình 4.8ăĐ th nhităđ khi ct ngang b mặt dây Drake 63 Hình 4.9: Ri rc hóa min kho sát bằng min con dây dn A3-400 66 Hình 4.10: phân bố nhit xung quanh dây dn bằng FEM 67 Hình 4.11ăĐ th nhităđ khi ct ngang b mặt dây 67 Hình 4.12ăĐ th dòng tiăkhiăthayăđi tốcăđ gió 70 Hình 4.13ăĐ th dòng tiăkhiăthayăđiăhng gió 70 Hình 4.14ăĐ th dòng ti khi nhităđ môiătrng và tốcăđ gióăthayăđi 73 Hình 4.15ăĐ th dòng ti khi h số bc x thay đi 75 Hình 4.16 Ri rc hóa min khoăsátăchoătrng hp mt bi FEM 78 Hình 4.17: phân bố nhit xung quanh dây dnăchoătrng hp 1 78 Hình 4.18:ăĐ th nhităđ khi ct ngang b mặt dây dnăchoătrng hp 1 79 -13- Hình 4.19: phân bố nhit xung quanh dây dn ACSR 240/32 bằng FEM 82 Hình 4.20ăĐ th nhităđ khi ct ngang min khoăsátătheoăphngăx 83 Hình 4.21 Kh nĕngămangăti ca dây dn ACSR 240/32 viăđiu kin khí hu min Bc 84 Hình 4.22 Kh nĕngămangăti ca dây dn ACSR 240/32 viăđiu kin khí hu min Trung 85 Hình 4.23 Kh nĕngămangăti ca dây dn ACSR 240/32 viăđiu kin khí hu min Nam 88 Hình 4.24 Kh nĕngămangăti ca dây dn ACSR 240/32 viăđiu kin khí hu min Bc , min Trung , min Nam và số liu theo thit k 89 -14- DANH SÁCH CÁC BNG BNG TRANG Bng 2.1ăăăĐánhăgiáăsaiăsố li gii trong Ví d 01 24 Bng 2.2ăăĐánhăgiáăsaiăsố li gii trong Ví d 02 30 Bng 2.3ăăSoăsánhăliăDelaunay thngăvƠăthích nghi 37 Bng 2.4 SoăsánhăliăDelaunay thng,ăliăthích nghi và Comsol multiphysics . 41 Bng 4.1ăĐiu kin thi tit, nhităđ môiătrng và thông số dây dn. 65 Bng 4.2 H số đốiăluăvƠăngun nhit tốiăđaăca dây dn khi tốcăđ gióăthayăđi . 68 Bng 4.3 H số đốiăluăvƠăngun nhit tốiăđaăca dây dnăkhiăhng gió thayăđi 68 Bng 4.4 Biu din kt qu đc tính bằng FEM khi tốcăđ gióăthayăđi 69 Bng 4.5 Biu din kt qu đc tính bằngăFEεăkhiăhngăgióăthayăđi 69 Bng 4.6 H số đốiăluăvƠăngun nhit q j khiăthayăđi nhităđ môiătrng 71 Bng 4.7 Kt qu ca nhităđ dây dn và dòng ti tính toán bằng FEM và IEEE . 72 Bng 4.8 H số đốiăluăh,ăngun nhit q j và ngun nhit q s khiăthayăđi h số bc x 74 Bng 4.9 Kt qu ca nhităđ dây dn và dòng ti tính toán bằngăFEεăkhiăthayăđi h số bc x 74 Bng 4.10 Cácătrng hp xem xét 76 Bng 4.11 H số đốiălu,ăngun nhit q j và ngun nhit q s choăcácătrng hp 77 Bng 4.12 Nhităđ dây dnăchoăcácătrng hp 80 -15- Bng 4.13 Nhiêtăđ môiătrng, tốcăđ gió,ăđ caoăvƠăgócăphngăv ca mặt tri theo 12 tháng ca tnhăNamăĐnh 81 Bng 4.14 Các thông số đ mô phỏng bằng Comsol cho khí hu min bc 82 Bng 4. 15 Nhităđ dây dn và kh nĕngămangăti ca dây dn thính theo FEM và IEEE theo khí hu thực t min Bc 83 Bng 4.16 Nhiêtăđ môiătrng, tốcăđ gió,ăđ caoăvƠăgócăphngăv ca mặt tri theo 12 tháng ca thành phố ĐƠăNẵng 85 Bng 4.17 Các thông số đ mô phỏng bằng Comsol cho khí hu min Trung 85 Bng 4. 18 Nhităđ dây dn và kh nĕngămangăti ca dây dn thính theo FEM và IEEE theo khí hu thực t min Trung 85 Bng 4.19 Nhiêtăđ môiătrng, tốcăđ gió,ăđ caoăvƠăgócăphngăv ca mặt tri theo 12 tháng ca tnh CnăTh 87 Bng 4.20 Các thông số đ mô phỏng bằng Comsol cho khí hu min Nam 87 Bng 4. 21 Nhităđ dây dn và kh nĕngămangăti ca dây dn thính theo FEM và IEEE theo khí hu thực t min Nam 87 [...]... tĕngă kh nĕngă mang dòng c a dây d n Do v y, kh nĕngă mang dòngă c a dây trên không ph thu c ph n l nă vƠoă đặc tính nhi t c aă môiă tr ng không xung quanh dây d n và nhi tăđ v n hành cho phép c a dây d n Chính vì l đó, tính toán phơnăbố tr ng nhi t gây ra b i t n th t trong dây d n và t n th t nhi tă doă đi u ki nă môiă tr ng (đi u này liên quan m t thi tăđ n kh nĕngăt i c a dây d n trên không) ălƠăđi... quốc t l n nh t trên th gi i là IEEE, CIGREăvƠăIECăđƣăch p nh năph Ngoài ra, kh nĕng mang t i c aăđ ng pháp gi iătíchălƠăph ngădơy trên không đ ng pháp c ăs c a h c tính toán theoăph ngă pháp số hi năđ i ch y u dựa trên FVε,ăFDεầă Thôngăth tiêuăhaoăd tr ng, khi dây mang t i, s có m t ph nănĕngăl ng trong dây d n i d ng nhi t Ngu n nhi t này s truy n từ b mặt c a dây d n ra môi ng không khí xung quanh... c aăđ ng dây trên không tr ng thái năđ nh 1.5.2ăĐi m m i c aăđ tài Đơyă lƠă l nă đ u tiên Vi t Nam, vi c ng d ng Modul truy n nhi t trong ph n m măComsolăεultiphysicsăđ c s d ngăđ tính toán tr ng nhi t c aăđ dơyă trên không. ă Quaă đóă lƠmă c ă s tính toán kh nĕngă mang dòngă c aă đ -30- ng ng dây trên không K t qu c a lu năvĕnăcóăth đ cácăđ cădùngăđ ki m tra d li u thực t c a ngădơy trên không đ đ... năđóă là nh ng công c tính toán hi năđ i, m nh m nh có kh nĕngăgi i quy t các v n đ mƠăđối v iăph ng pháp gi i tích c đi n s r t khó hoặc không th tìmăđ cl i gi i Đ tính toán kh nĕng mang t i c aădơy trên không, ăcóăhaiăph đ c các kỹ s ă cũngă nh ă cácă nhƠă nghiênă c u s d ng:ă Ph ph ngă pháp số hi nă đ iă nh ă đƣă nêuă trên. ă NgƠyă nay,ă ph đ ng pháp đƣă ngă pháp gi i tích và ngă pháp gi i tích v n... kh nĕngă mang t i c aă đ tính toán tr ng dây trên không trong ng nhi t dùng ph n m m Comsol c ki m ch ng thông qua vi c so sánh k t qu đƣăđ c tính toán ng pháp th tích h u h n (FVM) và k t qu tính toán dùngăph ng pháp gi i tích theo tiêu chu n IEEE-738 Sau khi ki m ch ng k t qu , chúng tôi s s d ng các số li u thực t c a khí h u vùng mi n Vi t Nam đ mô phỏngăcũngănh ă đánhăgiáăkh nĕng mang t i... tăph trên không đ (HSε),ăđ c phát tri n ph ng pháp nƠyăđ c dựa trên s aăđ iăph t iăđ h a xu t phát từ cácăđ HSM cung c păđ ng pháp tính toán đ võngăchoăđ c g iălƠăph ng pháp đ võng lai ng pháp đ võng số (NSM) k t h p phân phối ng cong ng su t - bi n d ng c a dây d n trên không ngăcongăđ võng ậ nhi tăđ song tuy n theo dõi sát các d li u th nghi m hi u su t võng Theo đó, đ võng có th đ d ng sự t ng dây. .. các dây d nălƠ không đ chính xác và còn nhi u h n ch Vì th mà cung c păcácăd ăbáoăb o th , th n tr ng Các khuy n ngh , đánhăgiáăc ngăthayăđ i từ ti năíchăđ n ti n ích Tuy v y,ăcácăđánhăgiáănhi t c a dây d nă đ ngă dơyă trên không th ngă đ c tính toán bằng cách s d ngă ph pháp IEEE và CIGRE , IEC [5], [12],[13],[14],[20],[21].ă Cácă ph dựa trên vi c gi i quy tă ph mô hình toán đ cònăđ ph ngătrìnhă bằng ... các dây d n Các c s d ngăđ đánhăgiá tr ng thái nhi t c a các dây d nănh ăv y c g i là các mô hình tham số - g p Th t c tính toán đ ng pháp IEEE,ăph Tuyănhiên,ăcácăph nhi tăđ môiătr ngă pháp đ ngă ng pháp IEC vƠăph c s d ng trong ng pháp CIGREăcóăvƠiăsự khác bi t ng pháp lu n chung là r t giống nhau và các tính toán dựa vào ng, b c x mặt tr i hoàn toàn và hi u qu c a v n tốc gió Các giá -18- tr trên thayăđ... cùng v i kh nĕng tính toán c a các h thốngămáy tính ngƠyăcƠngăcaoăthìăcácăph tri năđ tìm các l i gi i x p x c aăcácăph ng pháp toán số cũngăđ ngătrìnhăviăphơn nƠyănh :ăph sai phân h u h n (FDM ậ Finiteă Differenceă εethods),ă ph (BEM ậ BoundaryăElementăεethods),ăph Volumeăεethods),ăph ph c mô t bằng ng pháp l c phát ng pháp ng pháp ph n t biên ng pháp th tích h u h n (FVM ậ Finite ng pháp ph n t h u... aăđ các y u tố nhăh ng dây trên không (OHL) cũngănh ă ngăđ n kh nĕng mang t i c a nó Khi m t dây d n mang t i t o nên sự tĕngă t n th t công su t b iă đi n tr vƠă dòngă đi n ch y qua nó K t qu là gi m kho ng cách gi aă dơyă vƠă đ t Ngoài ra, đ ngă dơyă trên không kháă th ng xuyên ti p xúc v i b c x mặt tr i làm cho nhi tăđ c aădơyătĕngălên.ăTruy n nhi t c a dây d nă trên không đ quanhăđ c tiêu . Chngă3.ăTRNG NHIT VÀ KH NĔNG MANG TI CA DÂY DN TRÊN KHÔNG 57 3.1ăPhngătrìnhătruyn nhit ca dây dn trên không 58 3.2 Kh nĕng mang ti ca dây dn trên không 62 viii 3.2.1 Nhit. nhităđốiăluăcỡng bc 68 Chngă 4. TÍNH TOÁN TRNG NHIT VÀ KH NĔNGă MANG TI CAăĐNG DÂY TRÊN KHÔNG 70 4.1 Tính toán trng nhit quanh dây dn bằng Comsol Multiphysics (FEM) 70 4.1.1ăTrng. võng của 1 khoảng vượt Đcăđ cp trong [16], mtăphng pháp tính toán đ võngăchoăđng dây trên không đc phát trin phng pháp nƠyăđc giălƠăphng pháp đ võng lai (HSε),ăđc dựa trên