Phương pháp phần tử hữu hạn cho phân bố thế trong hệ thống nối đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN -***** - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHO BÀI TOÁN PHÂN BỐ THẾ TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT GVHD : ThS Nguyễn Nhật Nam SVTH : Nguyễn Xuân Bình MSSV : 40500220 TP HCM, tháng 01 năm 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Xuân Bình MSHV: 10181089 Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1987 Nơi sinh: Bình Dương Chuyên ngành: Thiết bị, mạng & nhà máy điện Mã số : 60 52 50 I TÊN ĐỀ TÀI: Phép biến đổi Wavelet cho nhận dạng xác định vị trí cố đường dây mạng truyền tải II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : tháng9/2011 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Vũ Phan Tú Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) VŨ PHAN TÚ CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) VÕ NGỌC ĐIỀU TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) HUỲNH THÁI HỒNG Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ vào trang tập thuyết minh LV Lời cảm ơn Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Nhật Nam! Thầy dành nhiều thời gian quí báu hướng dẫn em cách tận tình khoa học để em hồn thành tốt Luận văn Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Vũ Phan Tú! Thầy ln hết lịng dẫn khuyên bảo em, giúp em vượt qua khó khăn vướng mắc suốt q trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy môn Hệ Thống Điện! Thầy cô tận tình dạy dỗ ln tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt khóa học trường Tại em trang bị kiến thức bổ ích, thiết thực chuyên môn lẫn sống, sở giúp em hồn thành tốt luận văn hành trang để em bước tiếp đường nghề nghiệp sau Em xin gửi lịng biết ơn vơ hạn đến cha mẹ, em gái bạn bè, tất người động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành tốt chương trình học trường Đại học Bách Khoa TPHCM Cuối cùng, em xin chúc q thầy cơ, gia đình bạn bè mạnh khỏe đạt nhiều thành cơng sống! Xin trân trọng kính chào! Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Xn Bình ii Tóm tắt luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Hệ thống nối đất phần tử hệ thống điện Tác dụng nối đất tản vào đất dòng điện cố giữ cho điện phần tử nối đất thấp Hệ thống nối đất dùng để bảo vệ thiết bị, đảm bảo ổn định hệ thống điện đặc biệt bảo vệ an tồn cho người vận hành lúc bình thường có cố xảy Vì tầm quan trọng nên đề tài luận văn là: Phương pháp phần hữu hạn mô phân bố hệ thống nối đất Phạm vi luận văn nghiên cứu nối đất an toàn trạng thái xác lập Nội dung luận văn trình bày sau: Chương 1: Sơ lược toán phân bố Chương giới thiệu qua chức nhiệm vụ vấn đề thiết kế nối đất hệ thống điện, đồng thời giới thiệu toán phân bố ý nghĩa việc áp dụng phương pháp số Chương 2: Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn Chương giới thiệu cụ thể chi tiết phương pháp phần tử hữu hạn bậc một, áp dụng cho toán 1D, 2D 3D Mỗi phần có tốn ví dụ minh họa Chương 3: Phương pháp phần tử hữu hạn chia lưới thích nghi Chương giới thiệu việc chia lưới thích nghi phần tử hữu hạn ứng dụng để giải tốn phân bố với số điện cực nối đất đơn giản Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất Chương giải toán phân bố cụ thể số lưới nối đất thường gặp Chương 5: So sánh kết luận So sánh kết với phần mềm FEMLAB Các chương 2, chương chương nội dung luận văn, tìm hiểu phương pháp phần tử hữu hạn giải toán phân bố cụ thể Do thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên luận văn thiếu chiều sâu khơng tránh khỏi nhiều thiếu sót Em mong q thầy cơ, bạn bè người có quan tâm đến vấn đề đóng góp ý kiến để em hoàn thiện tương lai iii Mục lục MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Mục lục iv Chương 1: SƠ LƯỢC VỀ BÀI TOÁN PHÂN BỐ THẾ 1.1 SƠ LƯỢC VỀ NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1.1 Hệ thống nối đất 1.1.2 Các vấn đề thiết kế hệ thống nối đất 1.2 BÀI TOÁN PHÂN BỐ THẾ 1.3 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.1 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM) 2.2 FEM CHO BÀI TOÁN 1-D 2.2.1 Bài toán giá trị biên 2.2.2 Rời rạc hoá miền khảo sát hàm Shape 10 2.2.3 Hình thành hệ phương trình theo phương pháp RITZ 12 A- Phép đạo hàm phương trình phần tử .12 B- Kết hợp ma trận phần tử 13 C- Kết hợp điều kiện biên loại ba .16 D- Kết hợp điều kiện biên Dirichlet 16 2.2.4 Một số ví dụ tính tốn kết 18 2.3 FEM CHO BÀI TOÁN 2-D 21 2.3.1 Bài toán giá trị biên .21 2.3.2 Rời rạc hoá miền khảo sát 22 iv Mục lục 2.3.3 Hàm Shape 23 2.3.4 Hình thành hệ phương trình theo phương pháp RITZ 25 A- Phép đạo hàm phương trình phần tử .25 B- Kết hợp ma trận phần tử 26 C- Kết hợp điều kiện biên loại ba .27 D- Kết hợp điều kiện biên Dirichlet 28 2.3.5 Một số ví dụ tính tốn kết 30 2.4 FEM CHO BÀI TOÁN 3-D 37 2.4.1 Bài toán giá trị biên .37 2.4.2 Rời rạc hoá miền khảo sát 37 2.4.3 Hàm Shape 38 2.4.4 Hình thành hệ phương trình theo phương pháp RITZ 40 A- Phép đạo hàm phương trình phần tử .40 B- Kết hợp ma trận phần tử 41 C- Kết hợp điều kiện biên loại ba .41 D- Kết hợp điều kiện biên Dirichlet 42 2.4.5 Một số ví dụ tính toán kết 43 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LƯỚI THÍCH NGHI 51 3.1 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHIA LƯỚI THÍCH NGHI (ADAPTIVE FEM) 51 3.2 ĐIỆN TRỞ CỦA CÁC DẠNG ĐIỆN CỰC NỐI ĐẤT 53 3.3 ỨNG DỤNG ADAPTIVE FEM 2-D CHO PHÂN BỐ THẾ 56 3.3.1 Mô phân bố cho điện cực cầu nối đất 56 1- Một điện cực cầu nối đất 56 2- Hai điện cực cầu nối đất 58 3- Thay đổi độ chôn sâu hai điện cực cầu 59 3.3.2 Mô phân bố cho cọc nối đất .60 1- Một cọc nối đất .60 v Mục lục 2- Thay đổi độ chôn sâu cọc nối đất 62 3- Hai cọc nối đất 64 4- Ba cọc nối đất 65 3.3.3 Mô phân bố - xét hệ tọa độ trụ 67 3.4 ỨNG DỤNG ADAPTIVE FEM 3-D CHO PHÂN BỐ THẾ 71 Chương 4: ỨNG DỤNG FEM THÍCH NGHI CHO HỆ THỐNG NỐI ĐẤT .73 4.1 LƯỚI NỐI ĐẤT HÌNH VNG 74 4.1.1 Lưới nối đất hình vng khơng có cọc nối đất 74 4.1.2 Lưới nối đất hình vng có cọc nối đất dọc chu vi .77 4.2 LƯỚI NỐI ĐẤT HÌNH CHỮ NHẬT .80 4.2.1 Lưới nối đất hình chữ nhật khơng có cọc nối đất .80 4.2.2 Lưới nối đất hình chữ nhật có cọc nối đất dọc chu vi 83 4.3 LƯỚI NỐI ĐẤT HÌNH CHỮ L .86 4.3.1 Lưới nối đất hình chữ L khơng có cọc nối đất 86 4.3.2 Lưới nối đất hình chữ L có cọc nối đất dọc chu vi .89 Chương 5: SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT CHUNG 93 5.1 SO SÁNH VỚI PHẦN MỀM FEMLAB 93 5.2 KẾT LUẬN .96 5.2.1 Nhận xét kết 96 5.2.2 Ưu điểm phương pháp phần tử hữu hạn luận văn .97 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI .97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 vi Chương 1: Sơ lược toán phân bố Chương SƠ LƯỢC VỀ BÀI TOÁN PHÂN BỐ THẾ 1.1 SƠ LƯỢC VỀ NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1.1 HỆ THỐNG NỐI ĐẤT Hệ thống nối đất phần tử hệ thống điện, bảo đảm hoạt động xác thiết bị hệ thống điều kiện vận hành bình thường cố Nó có tác dụng bảo đảm an tồn cho người khỏi bị điện giật cách giới hạn điện áp rò cố chạm đất trạm nhà máy điện Nhiệm vụ hệ thống nối đất để tản vào đất dòng điện cố (rò cách điện, ngắn mạch, chạm đất dòng điện sét) giữ cho điện phần tử nối đất thấp Theo chức nó, nối đất hệ thống điện chia làm loại • Nối đất làm việc: có nhiệm vụ bảo đảm làm việc trang thiết bị điện điều kiện bình thường cố theo chế độ qui định Vd: nối đất điểm trung tính cuộn dây máy phát, máy biến áp cơng suất, máy bù; nối đất máy biến áp đo lường, nối đất hệ thống pha – đất (đất dùng dây dẫn) • Nối đất an tồn: hay nối đất bảo vệ, có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho người phục vụ cách điện trang thiết bị điện bị hư hỏng gây rò điện Vd: nối đất vỏ máy phát, máy biến áp, vỏ thiết bị điện, vỏ cáp, nối đất kết cấu kim loại trang thiết bị phân phối điện Đó nối đất phận kim loại, bình thường có điện khơng, cách điện bị hư hỏng có điện khác khơng Nối đất an tồn nối đất với mục đích ngăn ngừa nguy hiểm đe dọa đến tính mạng người vận hành Kết cấu thiết bị nối đất bao gồm cực tiếp địa đóng sâu đất, nối cực tiếp địa với nhau, dây dẫn nối hệ thống tiếp địa với vỏ kim loại thiết bị Trang Chương 1: Sơ lược tốn phân bố • Nối đất chống sét: nhằm tản dòng điện sét vào đất, giữ cho điện phần tử nối đất không cao để hạn chế phóng điện ngược từ phần tử đến phận mang điện trang thiết bị điện khác Vd: nối đất cột thu sét, dây chống sét thiết bị chống sét, nối đất kết cấu kim loại bị sét đánh Trong nhiều trường hợp, hệ thống nối đất đồng thời thực hai ba nhiệm vụ nói trên, đặc biệt hệ thống nối đất trạm biến áp cao áp (≥110kV) trung gian hay nhà máy điện 1.1.2 CÁC VẤN ĐỀ VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT Các loại hệ thống nối đất thông thường thực hệ thống cọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất ngang loại vật liệu chôn đất, cọc nối liền nối liền với vật cần nối đất Cọc thường làm thép ống thép tròn khơng rỉ (hoặc mạ kẽm), đường kính 3-6cm, dài 2-3m thép góc 40mm×40mm, 50mm×50mm đóng thẳng đứng vào đất, ngang thép dẹt tiết diện (3-5)×(20-40)mm2 thép trịn đường kính 10-20mm Cọc gọi chung cực nối đất, thường chôn sâu cách mặt đất 50-80cm để giảm bớt ảnh hưởng thời tiết không thuận lợi (quá khô mùa nắng băng giá mùa đông) tránh khả hư hỏng giới (do bị đào bới, cày cuốc) Dòng điện Id chạy qua điện cực tản vào đất, tạo nên quanh đất quanh đất điện trường (điện trường môi trường dẫn điện) Mỗi điểm điện trường kể mặt đất có điện định Trên mặt đất điểm cách xa điện cực từ 20m trở lên coi điện điểm không cường độ điện trường khoảng cách thường khơng q 1V/m Điện cực nối đất điểm có điện “không” , trị số điện áp giáng cực gọi điện áp cực Ud Điện trở nối đất (Rd) định nghĩa tỷ số điện áp cực Ud dịng điện qua Id: Trang Chương 1: Sơ lược toán phân bố Điện trở Rd gồm điện trở thân điện cực điện trở tản đất Điện trở thân điện cực phụ thuộc vào vật liệu kích thước điện cực Khi tản dịng chiều xoay chiều tần số 50Hz thân trị số điện trở điện cực bé bỏ qua Khi tản dịng điện xung có độ dốc lớn có trị số đáng kể, cần xem xét Điện trở tản đất có trị số lớn nhiều phụ thuộc vào nhiều yếu tố kích thước, hình dáng, số lượng, cách bố trí điện cực phụ thuộc vào dạng trị số dịng điện, phụ thuộc tính chất, cấu tạo, trạng thái đất thời tiết Một số biện pháp để giảm điện trở nối đất: • Sử dụng hoá chất dẫn điện đổ vào nơi nối đất muối, than, xỉ kim loại, dung dịch keo dẫn điện giúp giảm điện trở suất đất Nếu dùng muối phải ý kiểm tra định kỳ thường xuyên ăn mòn muối cọc tiếp đất kim loại • Tăng cường thêm cọc nối đất dọc theo chu vi bên luới • Tăng cường thêm số điểm nối đất nối chúng lại với • Các điểm nối hệ thống nối đất nơi quan tâm ảnh hưởng lớn đến điện trở hệ thống nối đất Cần dùng hàn điện mối hàn Cadweld để đảm bảo điện trở tiếp xúc mối hàn không lớn điện trở thân vật dẫn hàn Thực hệ thống nối đất cụ thể cần phân tích để đảm bảo yêu cầu mặt kinh tế lẫn kỹ thuật Như thấy, việc khảo sát hệ thống nối đất, trường hợp vận hành bình thường cố, trạm nhà máy điện, từ tính tốn phân bố điện mặt đất, điện áp bước, điện áp tiếp xúc vô cần thiết cho việc thiết kế bảo vệ an toàn cho người toàn hệ thống Trang Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất Phan bo dien ap tren mat dat - cat theo truc y=0 Earth Surface Potential (100% Grid GPR) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -60 -40 -20 x - direction (m) 20 40 60 Hình 4.8 a : Đường phân bố mặt đất – lưới 84m x 63m có cọc nối đất Hình 4.8 b : Mặt phân bố mặt đất – lưới 84m x 63m có cọc nối đất Trang 84 Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất Hình 4.8 c : Phân bố mặt đất – lưới 84m x 63m có cọc nối đất • Mức điện cao khu vực lưới : 0.99325 đvtđ • Mức điện thấp khu vực lưới: 0.86635 đvtđ • Độ chênh điện lớn lưới : 0.12690 đvtđ Nhận xét: Dựa vào đồ thị phân bố mặt đất, thấy • Điện áp bước điện áp tiếp xúc nhỏ, tương tự lưới khơng có cọc nối đất • Ở lưới có cọc nối đất tăng cường dọc chu vi, khả tản dịng điện tăng cao nên mức điện trung bình chung khu vực lưới tăng lên, đặc biệt điện khu vực dọc chu vi lưới tăng lên nhiều có cọc nối đất • Độ chênh điện lớn lưới giảm so với lưới khơng có cọc nối đất, ưu điểm việc tăng cường thêm cọc nối đất việc khơng có lợi mặt kinh tế • Khu vực mép lưới ln nơi đường phân bố có độ dốc cao nguy hiểm, cần có biện pháp giảm độ dốc Trang 85 Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất 4.3 LƯỚI NỐI ĐẤT HÌNH CHỮ L 4.3.1 LƯỚI NỐI ĐẤT HÌNH CHỮ L KHƠNG CĨ CỌC NỐI ĐẤT Lưới nối đất hình chữ L có kích thước 105m x 70m, với dây dẫn đặt cách khoảng 7m tạo thành 100 lưới hình vẽ Tồn hệ thống lưới nối đất chôn độ sâu h=0.8m Khối đất khảo sát có kích thước 145m x 110m x 30m Hình 4.9 : Lưới nối đất hình chữ L Kết mô Trang 86 Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất Hình 4.10 a : Đường phân bố mặt đất – lưới hình chữ L Hình 4.10 b : Đường phân bố mặt đất – lưới hình chữ L Trang 87 Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất Hình 4.10 c : Mặt phân bố mặt đất – lưới hình chữ L Hình 4.10 d : Phân bố mặt đất – lưới hình chữ L Trang 88 Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất • Mức điện cao khu vực lưới : 0.99211 đvtđ • Mức điện thấp khu vực lưới: 0.82836 đvtđ • Độ chênh điện lớn lưới : 0.16375 đvtđ Nhận xét: Dựa vào đồ thị phân bố mặt đất, thấy • Trong phạm vi khu vực có lưới nối đất, độ chênh điện điểm gần thấp, có điện áp bước nhỏ khơng gây nguy hiểm cho người • Điện trung bình lưới xấp xỉ đvtđ, điện áp tiếp xúc nhỏ theo, an tồn cho người có cố • Khu vực lưới chữ L có độ chênh lệch điện áp điểm thấp nhất, vị trí an tồn • Khu vực mép lưới chữ L nơi đường phân bố có độ dốc cao nguy hiểm, cần có biện pháp giảm độ dốc • Khu vực mép lưới phía chữ L có độ dốc phân bố tương đối lài hơn, song nguy hiểm cho người 4.3.2 LƯỚI NỐI ĐẤT HÌNH CHỮ L CÓ CỌC NỐI ĐẤT DỌC CHU VI Lưới nối đất hình chữ L có kích thước 84m x 63m, với dây dẫn đặt cách khoảng 7m tạo thành 100 ô lưới Hệ thống lưới nối đất chơn độ sâu h=0.8m Các cọc nối đất có chiều dài 3m, đặt cách 2-3 ô lưới dọc theo chu vi lưới hình vẽ Khối đất khảo sát có kích thước 145m x 110m x 30m Trang 89 Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất Hình 4.11 : Lưới nối đất hình chữ L có cọc nối đất dọc chu vi Kết mơ Hình 4.12 a : Phân bố mặt đất – lưới chữ L có cọc nối đất Trang 90 Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất Hình 4.12 b : Phân bố mặt đất – lưới chữ L có cọc nối đất Hình 4.12 c : Mặt phân bố mặt đất – lưới chữ L có cọc nối đất Trang 91 Chương 4: Ứng dụng FEM thích nghi cho hệ thống nối đất Hình 4.12 d : Phân bố mặt đất – lưới chữ L có cọc nối đất • Mức điện cao khu vực lưới : 0.99300 đvtđ • Mức điện thấp khu vực lưới: 0.86424 đvtđ • Độ chênh điện lớn lưới : 0.12875 đvtđ Nhận xét: Dựa vào đồ thị phân bố mặt đất, thấy • Điện áp bước điện áp tiếp xúc nhỏ, tương tự lưới khơng có cọc nối đất • Ở lưới có cọc nối đất tăng cường dọc chu vi, khả tản dịng điện tăng cao nên mức điện trung bình chung khu vực lưới tăng lên, đặc biệt khu vực mép lưới tăng lên đáng kể có cọc nối đất • Độ chênh điện lớn lưới giảm nhiều so với lưới khơng có cọc nối đất, ưu điểm việc tăng cường thêm cọc nối đất việc khơng có lợi mặt kinh tế • Tương tự, khu vực mép lưới nơi đường phân bố có độ dốc cao nguy hiểm, cần có biện pháp giảm độ dốc Trang 92 Chương 5: So sánh nhận xét chung Chương SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT CHUNG 5.1 SO SÁNH VỚI PHẦN MỀM FEMLAB Phần so sánh kết tính tốn luận văn vài lưới nối đất chương với kết mà phần mềm FEMLAB tính với thơng số tương ứng Luới nối đất với kích thước 70m x 70m, 84m x 63m, lưới chữ L 105m x 70m khơng có cọc nối đất dọc chu vi, khảo sát phần trước Chúng ta so sánh phân bố điện áp mặt đất lưới nối đất với kết thu chạy phần mềm FEMLAB ứng với lưới Hình 5.1: Đường phân bố mặt đất – lưới 70m x 70m Trang 93 Chương 5: So sánh nhận xét chung Hình 5.2: Đường phân bố mặt đất – lưới 84m x 63m Hình 5.3: Đường phân bố mặt đất – lưới chữ L – cắt theo x=-18 Trang 94 Chương 5: So sánh nhận xét chung Hình 5.4: Đường phân bố mặt đất – lưới chữ L – cắt theo y=18 Sai số E2 error Inf error lưới 70 x 70 0.098736 0.064542 lưới 84 x 63 0.129110 0.057311 chữ L (x=-18) 0.110780 0.029449 chữ L (y=18) 0.122760 0.053919 Nhận xét: • Kết tính tốn chương trình luận văn sát với kết chạy phần mềm FEMLAB, đặc biệt lưới nối đất hình vng lưới nối đất hình chữ nhật, trường hợp lưới chữ L kết luận văn có cao so với FEMLAB khu vực lưới song song trục y • Sai số hai chương trình thường xuất đỉnh đường phân bố mép lưới nối đất Tuy nhiên sai số nhỏ, không đáng kể chấp nhận • Như vậy, hai chương trình dựa phương pháp phần tử hữu hạn cho kết tính tốn thu giống nhau, kết đáng tin cậy Trang 95 Chương 5: So sánh nhận xét chung 5.2 KẾT LUẬN 5.2.1 NHẬN XÉT VỀ KẾT QUẢ Từ kết mô phân bố dạng nối đất thơng dụng, rút số kết luận sau: • Bài tốn phân bố lưới nối đất tốn quan trọng khơng thể thiếu hệ thống điện, sở để xem xét, thiết kế lựa chọn hệ thống nối đất nhằm đảm bảo giá trị điện áp bước, điện áp tiếp xúc nằm giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn cho người thiết bị lúc vận hành cố khu vực có hệ thống nối đất • Ứng dụng phương pháp số kỹ thuật phát triển mạnh Có nhiều phương pháp số nghiên cứu phân bố hệ thống nối đất phương pháp sai phân, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên,… Mỗi phương pháp có ưu điểm khuyết điểm riêng mức độ ứng dụng phương pháp khác • Đối với phương pháp phần tử hữu hạn, xác định hàm shape phần tử việc chia lưới quan trọng Hàm shape áp dụng luận văn hàm tuyến tính bậc Việc chia lưới ban đầu ảnh hưởng đến kết toán, chia lưới mịn kết xác bù lại chương trình chiếm nhớ lớn thời gian tính tốn lâu Chúng ta xử lý việc dùng phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao • So sánh chương trình luận văn phần mềm FEMLAB, thấy kết thu tương đối giống với khác biệt khơng lớn phù hợp với lý thuyết • Luận văn giải vấn đề đặt đề tài, tính tốn phân bố hệ thống nối đất theo phương pháp phần tử hữu hạn chia lưới thích nghi Tuy nhiên luận văn cịn hạn chế tốc độ xử lý cần nâng cao độ xác kết thu Trang 96 Chương 5: So sánh nhận xét chung 5.2.3 ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CŨNG NHƯ CỦA LUẬN VĂN Phương pháp phần tử hữu hạn có khả áp dụng cho tốn biên có dạng hình học phức tạp với mối quan hệ rời rạc Điều thích hợp áp dụng cho hệ thống nối đất với nhiều thông số điện trở suất lớp cách điện phía trên, mơi trường đất khơng đồng nhất, … Việc lập trình theo phương pháp phần tử hữu hạn đơn giản, tận dụng tiến khoa học máy tính để giải toán lớn với tốc độ nhanh dựa phương pháp số Mã nguồn chương trình có cấu trúc chặt chẽ nguyên tắc, nhờ lại uyển chuyển dễ dàng thích nghi để giải nhiều toán thuộc nhiều lĩnh vực khác mà cần thay đổi vài thông số bên 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI Do thời gian nghiên cứu chưa nhiều kiến thức người nghiên cứu có hạn nên kết đạt luận văn không tránh khỏi sai sót hạn chế Đề tài chủ yếu nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn lưới thích nghi vào việc tính tốn phân bố hệ thống nối đất, từ đề xuất phương hướng phát triển đề tài sau: • Nghiên cứu phát triển thêm đề tài với phương pháp phần tử hữu hạn lưới thích nghi bậc cao • Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn bậc bậc cao vào toán phân bố hệ thống điện môi trường đất khơng đồng • Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào việc nghiên cứu phân bố điện trường xung quanh đường dây cao áp, siêu cao áp, cáp ngầm cao thế,… • Xây dựng hồn thiện chương trình Luận văn thành phần mềm hoàn chỉnh với giao diện thân thiện, dễ sử dụng, ứng dụng rộng rãi ngành điện Trang 97 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Việt H (2007), Kỹ thuật điện cao áp (Tập 2), ĐHQG TP.HCM [2] Vân P.T.T (2001), An toàn điện, ĐHQG TP.HCM [3] Jin J (2002), The Finite Element Method in Electromagnetics (2nd Ed.), John Wiley and Sons Inc [4] Bang H & Young W.K (1997), The finite element method using Matlab, CRC Press [5] The Institute of Electrical and Electronics Engineers (2000), IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, Printed in the United States of America [6] Per-Olof P (2005), Mesh Generation for Implicit Geometries, PhD thesis Massachusetts Institute of Technology [7] Tu V P., Van H.V., Nam N.N & Viet H.Q (2009), Phương pháp phần tử hữu hạn sai phân hữu hạn không đồng cho mô hệ thống nối đất, Tạp chí khoa học cơng nghệ trường đại học kỹ thuật 98 ... dụng phương pháp sai phân hữu hạn hay nhiều phương pháp số khác, phải giải ma trận phần tử không cần sử dụng vòng lặp Phương pháp phần tử hữu hạn khảo sát phân bố hệ thống nối đất phương pháp. .. LUẬN VĂN Hệ thống nối đất phần tử hệ thống điện Tác dụng nối đất tản vào đất dòng điện cố giữ cho điện phần tử nối đất thấp Hệ thống nối đất dùng để bảo vệ thiết bị, đảm bảo ổn định hệ thống điện... HỮU HẠN (FEM) 2.1 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method – FEM) phương pháp số nhằm tìm lời giải xấp xỉ cho tốn mơ tả phương trình vi phân phần