Phương pháp sai phân hữu hạn trong tính toán quá điện áp hệ thống nối đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TRUNG HIẾU PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN TRONG TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG NỐI ĐẤT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TRUNG HIẾU PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN TRONG TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG NỐI ĐẤT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: LÊ TRUNG HIẾU - Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17/02/1976 - Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Giồng Trôm, Bến Tre - Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Trƣờng Cao Đẳng Nghề Trà Vinh Điện thoại quan: - Điện thoại nhà riêng: 0919186867 Fax: - E-mail: lthieu76@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy - Thời gian đào tạo: 09/1995 – 09/1998 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Điện khí hóa & Cung cấp điện Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy - Thời gian đào tạo từ 10/2000 đến 10/2002 Nơi học: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện Năm tốt nghiệp: 2003 III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Từ 10/1998 đến 10/2000 Thành phố HCM Từ 06/2003 đến 09/2004 Công ty Cổ Phần In Bến Tre Từ 09/2004 đến 09/2008 Từ 12/2008 đến Công ty Cổ Phần Bƣu Chính Viễn Thông Sài Gòn(SPT) Trƣờng Cao Đẳng Nghề Trà Vinh i Công việc đảm nhiệm Lắp đặt điện, nƣớc công trình dân dụng Bảo trì điện Nhân viên kỹ thuật Giáo viên Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 10 năm 2015 (Ký tên ghi rõ họ tên) ii Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết xin chân thành kính trọng biết ơn sâu sắc quý Thầy, Cô giảng viên trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho toàn khóa học Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Hồ Văn Nhật Chƣơng, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ suốt trình thực đề tài luận văn tốt nghiệp giúp hoàn thành luận văn thời hạn Xin chân thành cảm ơn gia đình bên ủng hộ, động viên cho trình thực luận văn Với thời gian có hạn, việc thực luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến quý báu quý Thầy, Cô bạn để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 Ngƣời thực LÊ TRUNG HIẾU iii Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất TÓM TẮT Hiện tƣợng điện áp ảnh hƣởng trực tiếp đến lƣới điện, thiết bị điện hệ thống nối đất Vì để hệ thống nối đất, lƣới, thiết bị điện đƣợc an toàn, bảo đảm tính mạng ngƣời, tài sản, ta cần phải tìm phƣơng pháp tốt để tính toán điện áp hệ thống nối đất cách hiệu quả, đáng tin cậy Có nhiều phƣơng pháp tiếp cận để tính toán điện áp hệ thống nối đất nhƣ: cách tiếp cận mạch điện, trƣờng điện từ, theo mô hình đƣờng dây truyền tải,…hoặc dùng phƣơng pháp số nhƣ phƣơng pháp phần tử hữu hạn, phƣơng pháp sai phân hữu hạn Phƣơng pháp phần tử hữu hạn hay phƣơng pháp tiếp cận để tính toán điện áp khó thực phức tạp Trong luận văn ngƣời viết dùng phƣơng pháp sai phân hữu hạn để tính toán điện áp hệ thống nối đất Với phƣơng pháp việc thực đơn giản phƣơng pháp khác cho kết tin cậy Trong nội dung luận văn đƣợc chia làm chƣơng, bao gồm:  Chƣơng 1: Tổng quan  Chƣơng 2: Tổng quát điện áp hệ thống nối đất  Chƣơng 3: Phƣơng pháp sai phân hữu hạn  Chƣơng 4: Kết tính toán điện áp hệ thống nối đất phƣơng pháp sai phân hữu hạn  Chƣơng 5: Kết khảo sát tổng trở xung kích hệ thống nối đất phƣơng pháp sai phân hữu hạn  Chƣơng 6: Kết luận iv Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất ABSTRACT Overvoltage phenomenon directly affects the power grid, electrical equipment on the grounding system Therefore, in order to be safe for the grounding system, power grid and electrical equipment, ensure the lives and property, we need to find the best method to calculate the voltage on grounding system most effectively and reliably There are many approaches to calculate the voltage on grounding system such as electrical circuit approach, electromagnetic fields, transmission line model or using the method of finite element method, finite difference method The finite element method or approach to calculate the voltage is difficult and complex In this thesis, the writer will use finite difference method to calculate the voltage of the grounding system With this method, the implementation is simpler than other methods and produces reliable results In this context the thesis is divided into five chapters, including: • Chapter 1: Overview • Chapter 2: Overview of the system voltage on grounding system • Chapter 3: Finite difference method • Chapter 4: Calculation results of overvoltage on grounding system using finite difference method • Chapter 5: Results of the survey total return shock on grounding system with finite difference method • Chapter 6: Conclusion v Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất MỤC LỤC Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.4 Điểm luận văn 1.5 Các nghiên cứu nƣớc TỔNG QUÁT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 2.1 Quá điện áp khí 2.1.1 Biên độ d ng s t xác suất xuất 2.1.2 Độ dốc đầu sóng d ng điện s t xác suất xuất 2.1.3 Cƣờng độ hoạt động s t 10 2.1.4 Cực tính s t 11 2.2 Quá điện áp nội 11 2.2.1 Phân loại điện áp nội 11 2.2.2 Vấn đề nối đất điểm trung tính hệ thống điện 13 2.3 Quá điện áp cộng hƣởng 15 2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống nối đất tản d ng điện sét 16 2.4.1 Khái niệm nối đất 16 2.4.2 Điện trở tản xung dạng nối đất tập trung 20 2.4.3 Điện trở xung nối đất kéo dài bỏ qua tƣợng ion hóa đất 20 2.4.4 Điện trở xung nối đất k o dài có trình phóng điện đất 21 2.5 Tổng quan mô hình nối đất phƣơng pháp số 21 2.5.1 Sơ lƣợc hƣớng tiếp cận mô hình tính toán hệ thống nối đất thu sét 21 2.5.2 Cách tiếp cận mạch điện 23 2.5.3 Cách tiếp cận trƣờng điện từ 23 2.5.4 Cách tiếp cận hỗn hợp 24 2.5.5 Cách tiếp cận đƣờng dây truyền tải 24 vi Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất 2.6 Giới thiệu phƣơng pháp số phổ biến 25 2.6.1 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn 25 2.6.2 Phƣơng pháp sai phân hữu hạn 27 2.7 Hƣớng nghiên cứu đề tài 27 Chƣơng 29 PHƢƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN 29 3.1 Những khái niệm sử dụng phuơng pháp sai phân hữu hạn 29 3.1.1 Hệ thống đại lƣợng chuẩn Gauss 29 3.1.2 Điều kiện biên 29 3.1.3 Hệ phƣơng trình Maxwell 29 3.2 Sóng điện từ lan truyền không gian theo thời gian phƣơng pháp sai phân hữu hạn 30 3.2.1 Sóng điện từ không gian tự với điều kiện biên hấp thụ tuyệt đối 32 3.2.2 Sóng điện từ môi trƣờng điện môi lý tƣởng 33 3.2.3 Sóng điện từ môi trƣờng điện môi có tổn hao 34 3.3 Áp dụng phƣơng pháp sai phân hữu hạn để tính toán điện áp hệ thống nối đất 35 3.3.1 Phƣơng pháp sai phân hữu hạn 35 3.3.2 Mô hình đƣờng dây truyền tải hệ thống nối đất 36 3.3.3 Áp dụng phƣơng pháp sai hữu hạn để tính mô hình tƣơng đƣơng nối đất 36 3.3.4 Áp dụng phƣơng pháp sai phân vào nối đất 38 3.3.5 Cách tính điện áp, d ng điện dẫn chôn dƣới đất x t đến tƣợng ion hóa đất 40 3.3.6 Cách xác định d ng điện tản 41 3.3.7 Cách tính điện trở tản xung hệ thống nối đất 41 3.3.8 Mối liên hệ điện áp điện áp hệ thống lƣới nối đất 42 3.3.9 Thuật giải tổng quát cho nối đất 43 Chƣơng 44 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN 44 HỆ THỐNG NỐI ĐẤT BẰNG PHƢƠNG PHÁP 44 SAI PHÂN HỮU HẠN 44 vii Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất 4.1 Kết khảo sát điện áp điểm vị trí 44 4.1.1 Kết khảo sát l = 100m với giá trị đầu, cuối 44 4.1.2 Kết khảo sát điện áp nối đất với chiều dài l =10; 30; 60; 90; 120m 45 4.1.3 Kết khảo sát điện áp đầu nối đất thay đổi bán kính r =15mm; độ chôn sâu d=0.8m 50 4.2 Kết khảo sát điện áp thay đổi giá điện trở suất đất 55 4.2.1 Kết khảo sát điện áp đầu l = 10m, ρđ =50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm 55 4.2.2 Điện áp x=0 l = 30m, ρđ =50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm 60 4.2.3 Khảo sát điện áp đầu thanh l = 60m, ρđ =50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm 63 4.2.4 Điện áp x=0 l = 90m, ρđ =50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm 67 4.2.5 Điện áp x=0 l = 120m, ρđ =50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm 72 Chƣơng 77 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TỔNG TRỞ XUNG KÍCH TRÊN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT BẰNG PHƢƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN 77 5.1 Kết khảo sát tổng trở xung kích cho nối đất với chiều dài l =10; 30; 60; 90; 120m thay đổi giá trị điện trở suất 77 5.1.1 Kết khảo sát tổng trở xung kích đầu l = 10m, ρđ =50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm 77 5.1.4 Tổng trở x=0 l = 90m, ρđ =50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm 84 5.1.5 Kết khảo sát tổng trở xung đầu l = 120m, ρđ =50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm 85 5.2 Kết khảo sát tổng trở xung cho nối đất ứng với ρđ = 50Ωm thay đổi chiều dài l =10; 30; 60; 90; 120m 86 5.3 Ảnh hƣởng dạng sóng lên tổng trở xung nối đât 90 5.3.1 Dạng sóng i =( e-t/T1-e-t/T2) 91 5.3.2 Dạng sóng i =1(t) t ≥ 91 at(0  t   ds ) 92 1(t   ds ) 5.3.3 Dạng sóng i   5.3.4 Dạng sóng i =e-t/T 93 viii Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất  A.t (0  t   ds )  5.3.5 Dạng sóng i =  Bt  C ( ds  t  T ) 94 0(t  T )  5.3.6 Tổng hợp tổng trở xung giá trị d ng điện i =( e-t/T1-e-t/T2); i =1(t); 94 KẾT LUẬN 97 T I LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC 101 ix Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình S t đánh đƣờng dây tải điện Hình 2 Quá điện áp khí xảy hệ thống điện Hình Dạng d ng điện s t Hình Xác suất phân bố d ng điện s t có biên độ lớn is Hình Đƣờng cong xác suất độ dốc đầu sóng d ng s t Hình Các dạng sóng tính toán d ng điện s t 10 Hình Chạm đất pha lƣới có trung tính nối đất trực tiếp 14 Hình Hình ảnh tổng thể nối đất hệ thống điện 17 Hình Thanh cọc nối đất gh p lại với 17 Hình 10 Cọc đƣợc đóng cách mặt đất khoảng sâu 18 Hình 11 Cọc nối đất 18 Hình 12 Nối đất làm việc 19 Hình 13 Nối đất an toàn 19 Hình 14 Nối đất chống sét 20 Hình Mô hình tính toán Ex, Hy giá trị PP SPHH 31 Hình Mô hình phân đoạn đƣờng dây truyền tải 37 Hình 3 Điện áp, d ng điện dẫn 40 Hình Biểu diễn xác định d ng điện tản 41 Hình Kết thu đƣợc l=100m ứng với giá trị x = 0; 50; 100m 44 Hình Kết thu đƣợc l = 10m đầu, cuối 46 Hình Kết thu đƣợc l = 30m đầu, cuối 47 Hình 4 Kết thu đƣợc l = 60m đầu, cuối 48 Hình Kết thu đƣợc l = 90m đầu, cuối 48 Hình Kết thu đƣợc l = 120m đầu, cuối 49 Hình Kết khảo sát đầu l = 10; 30;60;90;120m 50 Hình Kết khảo sát đầu l=10m 51 Hình Kết khảo sát đầu l=30m 52 Hình 10 Kết khảo sát đầu l=60m 52 x Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất Hình 11 Kết khảo sát đầu l = 90m 53 Hình 12 Kết khảo sát đầu l=120m 53 Hình 13 Kết khảo sát đầu l=10;30;60;90;120m 54 Hình 14 Kết khảo sát l=10m, ρđ =50 Ωm 55 Hình 15 Kết thu đƣợc l=10m; ρđ =100 Ωm 56 Hình 16 Kết thu đƣợc 10m; ρđ =200 Ωm 57 Hình 17 Kết thu đƣợc 10m; ρđ =300 Ωm 57 Hình 18 Kết thu đƣợc l=10m; ρđ =400 Ωm 58 Hình 19 Kết thu đƣợc l = 10m; ρđ =500 Ωm 58 Hình 20 Tổng hợp kết l=10m; ρđ =50;100; 200;300;400; 500Ωm 59 Hình 21 Kết thu đƣợc l = 30m; ρđ =300 Ωm 60 Hình 22 Kết thu đƣợc l=30; ρđ = 100 Ωm 60 Hình 23 Kết thu đƣợc l=30m; ρđ =200 Ωm 61 Hình 24 Kết thu đƣợc l=10m; ρđ =300 Ωm 61 Hình 25 Kết thu đƣợc l = 30m; ρđ =400 Ωm 62 Hình 26 Kết thu đƣợc l = 30m; ρđ =500 Ωm 62 Hình 27 Kết thu đƣợc l = 30m; ρđ =50;100;200;300;400;500 Ωm 63 Hình 28 Kết thu đƣợc l =60m, ρđ =50 Ωm 64 Hình 29 Kết thu đƣợc l=60m; ρđ =100 Ωm 64 Hình 30 Kết thu đƣợc l = 60m; ρđ =200 Ωm 65 Hình 31 Kết thu đƣợc l=60m; ρđ =300 Ωm 65 Hình 32 Kết thu đƣợc l =60m, ρđ =400 Ωm 66 Hình 33 Kết thu đƣợc l =60m, ρđ =500 Ωm 66 Hình 34 Tổng hợp kết l =60m ρđ =50;100;200;300;400;500 Ωm 67 Hình 35 Kết thu đƣợc l =90m, ρđ =50 Ωm 68 Hình 36 Kết thu đƣợc l =90m, ρđ =100 Ωm 68 Hình 37 Kết thu đƣợc l =90m, ρđ =200 Ωm 69 Hình 38 Kết thu đƣợc l =90m, ρđ =300 Ωm 69 Hình 39 Kết thu đƣợc l =90m, ρđ =400 Ωm 70 xi Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất Hình 40 Kết thu đƣợc l =90m, ρđ =500 Ωm 70 Hình 41 Kết thu đƣợc l =90m, ρđ =50;100;200;300;400;500 Ωm 71 Hình 42 Kết thu đƣợc l =120m, ρđ =50 Ωm 72 Hình 43 Kết thu đƣợc l =120m, ρđ =100 Ωm 73 Hình 44 Kết thu đƣợc l =120m, ρđ =200 Ωm 73 Hình 45 Kết thu đƣợc l =120m, ρđ =300 Ωm 74 Hình 46 Kết thu đƣợc l =120m, ρđ =400 Ωm 74 Hình 47 Kết thu đƣợc l =120m, ρđ =500 Ωm 75 Hình 48 Kết thu đƣợc l =120m, ρđ =50;100;200;300;400;500 Ωm 75 Hình Kết thu đƣợc đầu x=0, l =10m, ρđ =50 Ωm 78 Hình Kết thu đƣợc đầu l =10m, ρđ =100 Ωm 79 Hình Kết thu đƣợc đầu l =10m, ρđ =200 Ωm 80 Hình Kết thu đƣợc đầu l =10m, ρđ =300 Ωm 80 Hình 5 Kết thu đƣợc đầu l =10m, ρđ =400 Ωm 81 Hình Kết thu đƣợc đầu x=0, l =10m, ρđ =500 Ωm 82 Hình Kết thu đƣợc x=0, l =10m, ρđ =50;100;200;300;400;500 Ωm 82 Hình Kết thu đƣợc đầu l =30m, ρđ =50;100;200;300;400 Ωm 83 Hình Kết thu đƣợc đầu l =60m, ρđ =50;100;200;300;400;500 Ωm 84 Hình 10 Kết thu đƣợc x=0, l =90m, ρđ =50;100;200;300;400;500 Ωm 84 Hình 11 Kết thu đƣợc x=0, l =120m, ρđ =50;100;200;300;400;500 Ωm 85 Hình 12 Kết thu đƣợc đầu l =10m, ρđ =50 Ωm 86 Hình 13 Kết thu đƣợc đầu l =30m, ρđ =50 Ωm 87 Hình 14 Kết thu đƣợc đầu l =60m, ρđ =50 Ωm 88 Hình 15 Kết thu đƣợc đầu l =90m, ρđ =50 Ωm 88 Hình 16 Kết thu đƣợc đầu l =120m, ρđ =50 Ωm 89 Hình 17 Kết thu đƣợc đầu l =10;30;60;90;120m, ρđ =50 Ωm 90 Hình 18 Kết thu đƣợc đầu dòng sét i =( e-t/T1-e-t/T2) 91 Hình 19 Kết thu đƣợc đầu l = 60m, i =1(t) t ≥ 91 xii Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất at(0  t   ds ) 92 1(t   ds ) Hình 20 Kết thu đƣợc x=0 i   Hình 21 Kết thu đƣợc đầu i =e-t/T 93  A.t (0  t   ds )  Hình 22 Kết thu đƣợc đầu i =  Bt  C ( ds  t  T ) 94 0(t  T )  Hình 23 Kết thu đƣợc x=0 d ng điện khác 95 xiii Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài Hệ thống nối đất phần tử quan trọng hệ thống điện tạo nên an toàn cho ngƣời, đảm bảo vận hành mạng điện đảm bảo tản dòng sét vào đất Chính mà thiết kế hệ thống nối đất, vấn đề cần đƣợc quan tâm tính toán thiết kế tối ƣu đáp ứng điện áp lƣới nối đất Rất nhiều tiếp cận cho toán nhƣ phƣơng pháp giải tích, phần tử hữu hạn, phƣơng pháp Moment… Một hệ thống nối đất đẳng khái niệm lý thuyết trƣờng hợp t nh điện (lý tƣởng), trƣờng hợp thực tế, cảm ứng điện từ tạo hiệu điện hai điểm có giá trị lớn điện áp đặt vùng có giá trị khác Khi có tƣợng nhiễu điện xảy làm cho thiết bị hệ thống bị hƣ hỏng hay hoạt động sai chức Một nguyên nhân gây điện áp phóng điện từ s t, đóng cắt tải, ngắn mạch chạm đất,…Quá điện áp gây cố cho thiết bị điện, hệ thống nối đất công trình, tính mạng ngƣời Để hạn chế tổn thất đến mức tối thiểu gây điện áp cần phải có thiết bị thu s t, hệ thống nối đất tốt Một có chế độ chống điện áp, hệ thống nối đất chống điện áp phải hiệu để đảm bảo tản nhanh d ng độ xuống đất tránh phóng ngƣợc lại công trình cần bảo vệ Điện trở tản điện áp lan truyền hệ thống nối đất hai yêu cầu để đánh giá đƣợc độ an toàn hệ thống nối đất Đối với hệ thống nối đất tập trung, điện trở tản xung điện áp gây d ng s t đƣợc dự đoán thông qua công thức giải tích xác Tuy nhiên hệ thống nối đất k o dài việc dự đoán điện áp gây d ng s t lại gặp nhiều khó khăn Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất Do đó, để khảo sát đƣợc lan truyền điện áp hệ thống nối đất cách nhanh chóng hiệu quả, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp số để tìm lời giải chấp nhận đƣợc Mục đích chuyên đề ứng dụng phƣơng pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất Các loại điện áp ảnh hƣởng đến hệ thống nối đất nhƣ điện áp khí quyển, điện áp nội bộ, điện áp cộng hƣởng Hiện tƣợng điện áp ảnh hƣởng trực tiếp đến lƣới điện, thiết bị điện, hệ thống nối đất Vì để hệ thống nối đất, lƣới, thiết bị điện đƣợc an toàn, bảo đảm tính mạng ngƣời, tài sản, ta cần phải tìm phƣơng pháp để tính toán điện áp hệ thống nối đất cách hiệu Đó cách thức tốt để thiết kế lƣới nối đất an toàn cho thiết bị, ngƣời 1.2 Nội dung nghiên cứu Luận văn “ Phƣơng pháp sai phân hữu hạn tính điện áp hệ thống nối đất”, có nội dung sau - Xây dựng phƣơng trình sai phân hữu hạn để mô sóng điện từ - Áp dụng phƣơng pháp sai phân hữu hạn cho toán độ lƣới nối đất - Dùng phần mềm Matlab R2014a viết chƣơng trình tính toán độ hệ thống nối đất 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Ngày nay, với phát triển không ngừng máy tính, thiết bị công nghệ cao, ngƣời tạo phần mềm mô với hỗ trợ ph p tính, giúp cho việc nghiên cứu phƣơng số với khả tính toán nhanh xác cao Hai phƣơng pháp số thƣờng đƣợc sử dụng để giải toán độ phƣơng pháp sai phân hữu hạn phƣơng pháp phần tử hữu hạn Mỗi phƣơng pháp có ƣu điểm, nhƣợc điểm riêng Tùy theo trƣờng hợp mà sử dụng cách hiệu Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất Ở luận văn phƣơng pháp số đƣợc sử dụng để tính điện áp hệ thống nối đất phƣơng pháp sai phân hữu hạn Vì phƣơng pháp dễ sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn, đồng thời hiệu đạt đƣợc cao 1.4 Điểm luận văn - Xây dựng phƣơng trình độ hệ thống nối đất dạng phƣơng trình sai phân - Áp dụng phƣơng pháp sai phân để giải toán độ - Ứng dụng phần mềm mô Matlab để giải toán độ - Tính toán, khảo sát điện áp điểm khác nối đất - Tính toán, khảo sát tổng trở xung kích tổng trở xoay chiều(ổn định) nối đất - Vẽ đồ thị kết khảo sát điện áp, tổng trở xung kích thay đổi giá trị thông số ban đầu 1.5 Các nghiên cứu nƣớc Vũ Phan Tú , Nguyễn Nhật Nam, Huỳnh Văn Vạn, Huỳnh Quốc Việt Tạp chí khoa học công nghệ số K1 2010 -Mô điện áp độ s t hệ thống nối đất phƣơng pháp phần tử hữu hạn Hồ Đức Huấn - Ứng dụng mô hình đƣờng dây truyền tải phƣơng pháp sai phân hữu hạn vào nghiên cứu độ hệ thống nối đất, Thƣ viện ĐH Bách khoa TPHCM Mohammad E.M Rizk*, Ebrahim A Badran, and Mansour H AbdelRahman, FDTD Calculation of Transient Electromagnetic Fields in the Grounding System of Wind Towers Due to Direct Lightning Strikes Các báo sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn, sai phân hữu hạn để khảo sát độ cho hệ thống nối đất Ở báo mô độ s t hệ thống nối đất phƣơng pháp phần tử hữu hạn khảo sát điện áp thay đổi chiều dài dẫn Luận văn “Ứng dụng mô hình đƣờng dây truyền tải phƣơng pháp sai phân hữu hạn vào nghiên cứu độ hệ thống nối đất” tác giả chƣa khảo sát thay Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất đổi giá trị điện trở suất loại đất khác chƣa khảo sát điện trở xung kích dẫn Bài báo “FDTD Calculation of Transient Electromagnetic Fields in the Grounding System of Wind Towers Due to Direct Lightning Strikes’’ khảo sát giá thay đổi điện trở suất bán kính thanh, không thay đổi giá trị chiều dài Các báo phƣơng pháp áp dụng tính độ hệ thống nối đất đạt kết nhƣ mong muốn Tuy nhiên khuôn khổ báo, luận văn có giới hạn nên tác giả chƣa khảo sát hết thay đổi giá trị thông số nối đất Chính điều luận văn “Phƣơng pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất” khảo sát thay đổi giá trị điện trở suất đất, bán kính thanh, chiều dài Đồng thời khảo sát điện trở xung kích nối đất, mối liên hệ lƣới nối đất Tác giả khảo sát dạng sóng khác nhƣ sóng vuông, sóng tam giác, hàm mũ,… để so sánh với dạng sóng chuẩn hiệu hàm mũ Kết tính toán phƣơng pháp sai phân hữu hạn đƣợc trình bày chƣơng Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất Chƣơng TỔNG QUÁT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 2.1 Quá điện áp h S t thực chất dạng phóng tia lửa điện không khí với khoảng cách lớn[1] Chiều dài trung bình khe s t khoảng – km, phần lớn chiều dài phát triển đám mây dông Quá điện áp khí nguyên nhân sét đám mây giông mặt đất gây nên Cũng nhƣ kích động điện từ hệ thống điện, phóng điện s t gây nên sóng điện từ tỏa xung quanh với tốc độ lớn Sóng điện từ xuất phát từ nơi s t đánh truyền dọc theo đƣờng dây tải điện, gây nên điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị nối vào đƣờng dây, nhƣ thiết bị, khí cụ điện, hệ thống nối đất Trƣờng hợp s t đánh trực tiếp vào dây dẫn đƣờng dây trị số điện áp tùy thuộc vào dòng sét, dẫn đến hàng triệu, chục triệu volt, vƣợt nhiều lần mức cách điện xung cách điện đƣờng dây cấp điện áp Trƣờng hợp s t đánh gần đƣờng dây, gây điện áp cảm ứng có biên độ tƣơng đối bé, cao vài trăm ngàn volt Nên thực tế nguy hiểm cách điện đƣờng dây có điện áp từ 35kV trở xuống Các tham số chủ yếu s t bao gồm - Biên độ d ng điện s t với xác suất xuất - Độ dốc đầu sóng d ng điện s t thời gian đầu sóng τds với xác suất xuất - Độ dài sóng d ng điện s t τs - Cực tính d ng điện s t Ngoài phải biết cƣờng độ hoạt động trung bình s t, tức số ngày có dông s t trung bình tổng số có dông s t trung bình năm Phương pháp sai phân hữu hạn tính toán điện áp hệ thống nối đất khu vực lãnh thổ mật độ trung bình s t khu vực đó, tức số lần s t đánh vào đơn vị diện tích mặt đất (1km2) ngày s t Hình S t đánh đƣờng dây tải điện Hình 2 Quá điện áp khí xảy hệ thống điện S K L 0 [...]... phƣơng pháp số để tìm ra những lời giải có thể chấp nhận đƣợc Mục đích của chuyên đề này là ứng dụng phƣơng pháp sai phân hữu hạn tính toán quá điện áp trong hệ thống nối đất Các loại quá điện áp ảnh hƣởng đến hệ thống nối đất nhƣ quá điện áp khí quyển, quá điện áp nội bộ, quá điện áp cộng hƣởng Hiện tƣợng quá điện áp đã ảnh hƣởng trực tiếp đến lƣới điện, thiết bị điện, hệ thống nối đất Vì vậy để hệ thống. .. phƣơng pháp phần tử hữu hạn, sai phân hữu hạn để khảo sát quá độ cho hệ thống nối đất Ở bài báo mô phỏng quá độ s t trong hệ thống nối đất bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn thì chỉ khảo sát quá điện áp khi thay đổi chiều dài thanh dẫn Luận văn “Ứng dụng mô hình đƣờng dây truyền tải và phƣơng pháp sai phân hữu hạn vào nghiên cứu quá độ hệ thống nối đất thì tác giả chƣa khảo sát sự thay 3 Phương pháp sai phân. .. tính quá điện áp trong hệ thống nối đất là phƣơng pháp sai phân hữu hạn Vì phƣơng pháp này dễ sử dụng hơn phƣơng pháp phần tử hữu hạn, đồng thời hiệu quả đạt đƣợc cũng rất cao 1.4 Điểm mới của luận văn - Xây dựng phƣơng trình quá độ của hệ thống nối đất trong dạng phƣơng trình sai phân - Áp dụng phƣơng pháp sai phân để giải bài toán quá độ - Ứng dụng phần mềm mô phỏng Matlab để giải bài toán quá độ - Tính. .. năng tính toán nhanh và chính xác cao Hai phƣơng pháp số hiện này thƣờng đƣợc sử dụng để giải bài toán quá độ là phƣơng pháp sai phân hữu hạn và phƣơng pháp phần tử hữu hạn Mỗi phƣơng pháp có ƣu điểm, nhƣợc điểm riêng Tùy theo trƣờng hợp mà có thể sử dụng một cách hiệu quả nhất 2 Phương pháp sai phân hữu hạn trong tính toán quá điện áp hệ thống nối đất Ở luận văn này phƣơng pháp số đƣợc sử dụng để tính. .. 95 xiii Phương pháp sai phân hữu hạn trong tính toán quá điện áp hệ thống nối đất Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài Hệ thống nối đất là một phần tử quan trọng trong hệ thống điện bởi vì nó tạo nên sự an toàn cho con ngƣời, đảm bảo vận hành của mạng điện và đảm bảo tản dòng sét vào trong đất Chính vì thế mà khi thiết kế hệ thống nối đất, một trong những vấn đề cần đƣợc quan tâm là tính toán thiết... t, hệ thống nối đất tốt Một khi có chế độ chống quá điện áp, thì hệ thống nối đất chống quá điện áp phải hiệu quả để đảm bảo tản nhanh d ng quá độ xuống đất và tránh phóng ngƣợc lại các công trình cần bảo vệ Điện trở tản và điện áp lan truyền trên hệ thống nối đất là hai yêu cầu cơ bản nhất để đánh giá đƣợc độ an toàn của hệ thống nối đất Đối với hệ thống nối đất tập trung, điện trở tản xung và quá điện. .. tản xung và quá điện áp gây ra bởi d ng s t có thể đƣợc dự đoán thông qua các công thức giải tích khá chính xác Tuy nhiên đối với hệ thống nối đất k o dài việc dự đoán quá điện áp gây ra bởi d ng s t lại gặp nhiều khó khăn 1 Phương pháp sai phân hữu hạn trong tính toán quá điện áp hệ thống nối đất Do đó, để có thể khảo sát đƣợc sự lan truyền của quá điện áp trong các hệ thống nối đất một cách nhanh chóng... sát điện trở xung kích trên thanh nối đất, mối liên hệ giữa thanh và lƣới nối đất Tác giả cũng khảo sát các dạng sóng khác nhau nhƣ sóng vuông, sóng tam giác, hàm mũ,… để so sánh với dạng sóng chuẩn là hiệu 2 hàm mũ Kết quá tính toán bằng phƣơng pháp sai phân hữu hạn sẽ đƣợc trình bày ở các chƣơng tiếp theo 4 Phương pháp sai phân hữu hạn trong tính toán quá điện áp hệ thống nối đất Chƣơng 2 TỔNG QUÁT... nối đất Vì vậy để hệ thống nối đất, lƣới, thiết bị điện đƣợc an toàn, bảo đảm tính mạng ngƣời, tài sản, ta cần phải tìm phƣơng pháp để tính toán quá điện áp hệ thống nối đất một cách hiệu quả nhất Đó là cách thức tốt nhất để thiết kế lƣới nối đất an toàn cho thiết bị, con ngƣời 1.2 Nội dung nghiên cứu Luận văn “ Phƣơng pháp sai phân hữu hạn trong tính quá điện áp hệ thống nối đất , có các nội dung sau... rằng các phƣơng pháp áp dụng tính quá độ hệ thống nối đất đều đạt kết quả nhƣ mong muốn Tuy nhiên do khuôn khổ của bài báo, luận văn có giới hạn nên các tác giả chƣa khảo sát hết sự thay đổi các giá trị của các thông số trên thanh nối đất Chính vì điều này luận văn “Phƣơng pháp sai phân hữu hạn trong tính toán quá điện áp hệ thống nối đất sẽ khảo sát sự thay đổi giá trị điện trở suất của đất, bán kính