5.2.2.2 Initial value
Xácăđ nh các giá tr banăđ u cho vector th t tr ng A cho các mơ phịng truy n d n t ho c cho các bào toán phi tuy n.
5.2.3 Multiphysics
Giao di n Multiphysics ( ) k t h p các ch căn ngăv t lý v i nhau. Giao di n s cung c păcácăđ u vào nhanh chóng cho các ng d ng v t lý. Có th t o các s k t h p c a b tăkìăcácăph ngăphápăchoăcácămơăhìnhăđaăv t lý, có th thêm, s aăđ i hay vơ hi u hóa và xóa các ch căn ngăv t lý.
Trong bài toán ta s d ng giao di n Electromagnetic heating đ xácăđ nhăc ng
đ đi nătr ng và t n hao b m t trong cácăph ngătrìnhănhi t.
Hình 5.12: Giao di n Electromagnetic heat source
5.3 Ví d mơ ph ng
M tăđi u khác bi t khi tính tốn kh n ngămangădịngăc aăđ ng dây trên khơng và cáp ng mălƠăđ i v i cáp ng m do kho ng cách gi a các dây bé còn v iăđ ng dây trên không, do kho ng cách gi a các dây l năvƠăt ngătheoăc păđi n áp, nhăh ng nhi t gi a các dây d n r t bé và có th b qua,ădoăđóăchúngătaăch kh o sát cho m t dây d n thay vì kh o sát c h th ngăđ ng dây trên không.
thu n tiên cho vi c tính tốn, dây d năđ c gi thi tălƠăđ t trong m t mi n
khơngăkhíăhìnhăvngăcóăkíchăth căđ l năđ không gây ra hi u ng vách trên dịng ch y khơng khí xung quanh dây d n. đơy,ăchúngătaăch năkíchăth c 1mx1m
Hình 5.13: Mơ hình mi n khơng khí kh o sát xung quanh dây d n trên không.
Chúng tôi kh oăsátăđ ng dây phân ph i trên không ki u dây b c nhơm lõi thép, khơng có màn ch n ru t d n v i các s li uănh ăsau:
B ng 5.1:Thông s k ăthu t cáp b c AsXV ậ 185mm2
Mô t Thông s k ăthu t
Lo i dây AsXV 26/7 ậ 185mm2
ng kính dây d n 34.04(mm)
i n tr DC 200C 0,1591 ( km) Nhi tăđ cho phép t iăđa 900C
Chi u dày cách đi n 5.5(mm) Chi u dày v b o v 2 (mm)
Nhi tăđ cho phép 900C
Nhi tăđ c căđ i khi ng n m ch 2500C, không quá giây
Nhi tăđ môiătr ng 320C
Hình 5.14: C u t o m t c t cáp
T các thông s k ăthu tăđưăcóătaăxơyăd ng mơ hình b ng ph n m m COMSOL v i c u trúc hình h căc ngănh ăcácăgiaoădi n v tălỦănh ăđưănêuătrên.ăTaăcóămơăhìnhă đưăđ c mơ ph ng.
Hình 5.15: Mơ ph ng bài tốn ví d
Sauăđóătaăthi t l p các thơng s v đi n t tr ngăc ngănh ăcácăđ c tính truy n nhi t trong h th ngăđ cho k t qu v các hi năt ng v tălỦătrongăcápănh :ăNhi tăđ ,
đi n áp, ....
1. S i thép
2. S i nhôm xo năđ ng tâm
3.ăcáchăđi n XLPE 4. V b c PVC
Hình 5.16: Nhi tăđ trong cáp
Và ta có hình mơ ph ngăăđi n áp phân b trên cáp:
Hình 5.17: i n áp trong cáp
T mơ hình mơ ph ng trên COMSOL ta có th có đ c các thơng s v đ c tính c a h th ng cáp. T đóăcóăth nh n bi tăđ căcácăđ cătínhăk ăthu t c a h th ng cáp 22kV này ho tăđ ng dòngăđi năđnh m c.
B ng 5.2: K t qu mơ ph ng bài tốn ví d Mơ t Thông s k ăthu t Nhi tăđ ( ) i n áp (V) L p lõi c a cáp 46,583 22.000 L păcáchăđi n XLPE 45,665 9836 L p v ngoài PVC 43,746 1,1188.10-14
εơiătr ng bên ngồi 34,206 0
S t ngăquanăc a gi a n i dung lý thuy t và k t qu mô ph ng:
N iădungăđ c trình bày ch ngă3ăv ph ngăphápăphơnătíchăph n t h u h n (FEM) trongătr ngăđi n t ,ă gi i 01 bài toán b ng FEM ta th c hi n:
- Xemăxétăph ngătrìnhăc a bài tốn là d ngăEllipticăhayăph ngătrìnhăsóng
đi u hòa th i gian.
- Áp d ng bài toán giá tr biên phù h p (m t chi u, hai chi u, ba chi u).
+ R i r c mi n kh o sát: Chia mi n bài toán thành các mi n con.
+ Ch n hàm n i suy: Sau khi r i r c hóa mi n kh o sát, ta x p x hàm tìm ki m bên trong m i ph n t .
+ Thi t l p các h ph ngătrình ma tr n s d ngăph ngăphápăReyleigh-Ritz ho căGalerkinănh :ă o hàm các ph n t , l p ghép ma tr n ph n t , k t h păđi u ki n biên Dirichlet.
+ Gi i h ph ngătrìnhămaătr n.
T t c các l i gi iătrênăđ uăđ c t iă uăhóaătrongăch ngătrìnhăCOεSOδ, thay vì gi i bài tốn b ng l i gi i chính xác ta th c hi n gi iăph ngătrìnhămaătr n b ng mô ph ng sauăkhiăđưăl a ch n v t li u,ăph ngătrình,ăch năđi u ki n biên, t oăl i.
CH NGă6: CÁC S C CÁP B C VÀ BÀI TOÁN TH C T S D NG
COMSOL MÔ PH NG
6.1 T ng quan v s c cáp b c 24kV
S c cáp b că22kVătrênăl iăđi n phân ph iătrungăápăđangălƠăv năđ đángă
quan tâm c aăNgƠnhăđi n, có nhi u lo i s c liênăquanăđ n cáp b că24kVă(đ t dây, phóng s ,ă…) gây m tăanătoƠnăchoăng i dân trong q trình v năhƠnh,ădoăđóăvi căđiă sơuăđ tìm hi uăcácănguyênănhơnăvƠăđ ra các gi i pháp là v năđ r t c n thi t.
6.1.1 Cácănguyênănhơnăth ng g p ph i c a các s c v cáp b c 24kV
Sét:ăTh ng x y ra cácăc năm aăđ u mùa và cu iămùa,ăđ ngădơyăđangă mangăđi n,ăđiătrênăcaoănênăr t d b sétăđánhăvƠoăgơyăs c . Kh n ngăch uădòngăđi n sét c a dây b c kém, n uăcóăsétăđánhălanătruy nătrênăđ ng dây s gây phát nhi t
ắcháyăđo n nhi t”ăt bên trong, l păcáchăđi n bên ngồi nhanh chóng b hóa già d n
đ n gi m kh n ngăch uăcáchăđi n c a dây d n,ănguyăc ăgơyăđ t dây là r t cao. Có nhi u nguyên nhân d năđ năđ t dây, phóng s tuy nhiên qua các nghiên c u th c t và tham kh o kinh nghi m c aăcácăCôngătyă i n l c b n, ph n l n các
tr ng h păđ t dây b c, phóng s đ n t cácănguyênănhơnăgơyăquáăđi n áp.
6.1.2 Các gi i pháp
1. L păđ tăđ ng dây ch ngăsétătrênăl iăđi n:
2. L păđ t B thoátăquáăđi n áp (APD- ArcăProtectionăDevice)ălênăl iăđi n trung áp có b căcáchăđi n nh măng năng a, h n ch s c đ t dây.
Nguyên lý ho tăđ ng c a b thốtăqăđi năápălƠăkhiăcóăqăđi n áp xu t hi n, h quang s phát sinh trên dây nhơm, phóngăđi n xu ngăchơnăđ c a s đ c k t n i v i xà. Sau quá trình này, h quang s di chuy n d c theo dây nhơm xo năđ n m
phóngăđi n. Khi h quangăphátăsinhăđ năđi m cu i c a m phóngăđi n, khu v c xung quanh m phóng b ion hóa khơng khí t oăthƠnhămơiătr ng d năđi n. Quá trình này s t o ra s ng n m ch gi a các pha khi các m phóngăphóngăđi n qua l i, máy c t
s tácăđ ng c tăđ lo i tr hi năt ngăquáăđi n áp trên dây d n, s doăđóăcáchăđi n
đ ng dây, s v năđ căđ m b o.
Hình 6.1: B thoátăquáăđi năápătrênăđ ng dây
3. L păđ t ch ng sét thông minh (ch ngăsétăl i li m):
Ch ngăsétăthôngăminhăth ngădùngăchoăđ ngădơyătrênăkhôngăđ n 24kV, b o v quáăápăvƠădòngăđi n sét, v n hành nhi tăđ môiătr ng t -60oCăđ n 40oC.
Khi có dịng sét lan truy nătrênăđ ngădơy,ăđi năápăvƠădịngăđi n cao t sét s
tácăđ ngăđ n ch ng sét v i th iăgianănhanhăd iă10ms.ăKhiăđóăch ng sét thơng minh s tích t đi n áp và gi iăphóngăđi năn ngănƠyăthƠnhăh quangăđi n và thốt ra ngồi qua các bu ng h quang và l thoát h quang.
Hình 6.2: Ch ng sét thơng minh
Có r t nhi u gi iăphápăđ ng năng a s c cáp b c 24kV, tuy nhiên vi c phân tích sâu mơ ph ng các q trình c a các b că24kVăthìăch aăđ c th c hi n. Lu năv nă nƠyăemăđiăsơuăvƠoăphơnătích,ămơăph ngăđi nătr ng, q trình nhi t c a các b c 24kV, c th là phơnătíchăđi nătr ng khi cáp b khuy t t t l p v bên ngoài; và nhăh ng c a y u t bên ngồi (t căđ gió) lên nhi tăđ c a dây d n.
6.1.3ăCácătr ng h păđ t cáp b căth ng g p
Trong th c t đưăcóănhi u s c đ t cáp, r t nguy hi m.ăCóăđi m t đ t dây v trí cách s đ dơyă40cm;ăcóăđi măđ t cáp ngayăđ nh s đ kèm theo v s ;ăcóăđi m
đ t gi a 2 kho ng c t.
1.ăTr ng h p t đ t cáp t iăđi m cách s đ 40cm:
Khiăcóădịngăđi n ch y qua, xung quanh cáp s xu t hi n m tăđi nătr ng m nh.
óăg i là hi u ng lân c n. T i v trí cách s đ dây 40cm trên cáp bu căđ nh hình, s xu t hi năđi n th có tr s nh h năđi n th trên dây pha và hình thành m t t đi n
dây d năđóngăvaiătrịălƠăđi nămơi”.ăCáchăs đ 40cmălƠăđi m thít ch t nh t c a dây bu căđnh hình vào dây d n, do tác d ng c aăgióăm aăvƠăánhăsángăm t tr iădơyăđ nh hình b co dãn liên t c gây ra tr yăs c, n t v cáchăđi n,ăn căm aăng m vào t o ra
dòngăđi n phân. Do dây d năđi n làm b ng nhôm, nên t iăđi măphóngădịngăđi n phân, dây nhơm liên t c b cháy, d năđ năđ t lìa. Trên b m t c t ngang dây d n s xu t hi n m t l p b t nhôm m ng b cháy, v cáchăđi n b cháy sùi lên.
2.ăTr ng h păđ t dây ngay t iăđnh s :
Tr ng h păđ t dây t iăđ nh s có th doăcáchăđi n c a s b h ngă(phóngăđi n xuyên ty s ),ăđ ng th iăcáchăđi n c a dây d năc ngăh ng d năđ n s c n v s và
đ tădơy.ăTrongătr ng h p này, m t c t ngang c a dây nhôm không b ng ph ng, v
cáchăđi n b cháy lan r ng. Ít khi x yăraătr ng h păphóngăđi năđ t dây trên s do
dòngăđi năphơnănh ătr ng h p (1).
3.ăTr ng h păđ t dây gi a 2 kho ng c t.
Khi c i t o, thay dây tr n b ng dây cáp b căcáchăđi n, kho ng cách c t v năđ c gi nguyên.ăDơyăđ c b căcáchăđi năth ng là dây cáp nhôm, kh n ngăchu l c kéo
kémăh nădơyătr n. S c đ t dây cáp b c có th x y ra do s c mang t i và s c ch u l căc ălỦăc a dây cáp kém.
6.2 Mô ph ng bài toán
Xét h th ng cáp 22kV th c t đ ng dây l ra 22kV dài 3.700m, v i m i cáp
cóăđ ng kính là 34,04mm và đ c l p đ t trên không s d ng xà cân 2m k t h p s
cáchăđi năpolymeră24kVăđ đ dây, kho ng cách gi a các pha là 1m. H th ng cáp 3x185mm2 đ c l păđ t trên tr BTLT 12m, kho ng cách t dây d n so v i m tăđ t là 10 m, t năhaoăđ c sinh ra m i pha là 10.076 W/m.
B ng 6.1:Thông s k ăthu t h th ng cáp
Thông s k ăthu t cáp b c nhôm lõi thép AsXV 185mm2 ng kính dây d n
34.04(mm)
37/2,52
Chi uădƠyăcáchăđi n 5.5(mm)
Chi u dày v b o v 2 (mm)
Nhi tăđ môiătr ng 32ă
Nhi tăđ t iăđaătrênădơyăd n 90ă
T ng t n hao trên m i pha 10.076 W/m
Các thông s nƠyăđ c th c hi n trong su t q trình mơ ph ng,ăđ c u hình và mơ hình cáp này b ngăch ngătrìnhăCOεSOδănh ăsau:
Bán kính ru t d n = 27,4 mm.
Ru t d n +ăcáchăđi n XLPE = 32,04 mm.
Ru t d n + màn ch n ru t d n+ăcáchăđi n XLPE + V b c PVC = 34,04 mm.
B ng 6.2: kh n ngăchoăphépăt ngăđ i c a v t li uăđ c s d ng cho Cáp XLPE 18/30 kV Cáp XLPE 18/30 kV
Materal Relative permittivity ( )
Alunium 1
XLPE 2.5
Semiconducting material 2.25
Hình 6.3: C u t o cáp nhơm lõi thép AsXV
tínhătốnătr ng nhi t cho h th ng cáp ta s d ng các thông s chi u dài và chi u r ng l năl t là 20m và 10m. và ch xét mô ph ng trên cáp 01 pha (do nh
Hình 6.4: Mơ ph ng nhi tăđ trong cáp b c 24kV ACXV-185mm2
D a vào k t qu mơ ph ng trên COMSOL ta có k t qu phân b nhi tăđ trên
cápăkhiăthayăđ i t oăl i t bìnhăth ngăđ n c c k m n, nhìn chung k t qu nhi tăđ trênăcápăkhôngăthayăđ iăđángăk khiăthayăđ i t oăl i (mesh).
B ng 6.3: K t qu nhi tăđ mô ph ng h th ng cáp b că24kVăđiătrênăkhông
Mesh Nhi tăđ trên cáp (oC)
Normal 45,435
Fine 45,435
Finer 45,436
Extra Fine 45,436
C ngăd a vào k t qu mơ ph ng trên COMSOL, ta tínhătốnăđ căđi nătr ng phân b trên dây d nă(tr ng h p dây d n kh e m nh).
(a)
(b)
Hình 6.5: (a) Phân b đi n th ; (b) phân b đi nătr ng c a cáp b c AsXV khi v năhƠnhăbìnhăth ng.
B ng 6.4: Giá tr đi nătr ng l n nh t và nh nh t khi cáp kh e m nh
i nătr ng Emax Emin
E(kV/mm) 5,26 4,6138
6.2.1 nhăh ng c a t căđ gió lên nhi tăđ
tính tốn nhăh ng c a nhi tăđ lên dây d n ta xét tr ng h p các y u t
môiătr ngănh ăsau:ăh s d n nhi t c a không khí k = 0,0283 W/(K.m); m tăđ khơngăkhíă ă=ă1,076kg/m3;ăcơngăsu t t a nhi t c aăkhơngăkhíăC ă=ă1,005ăkJ/(kg.k);ă
h s đ iăl uăhă=ă14ă(W/m2.K);ăđ t ngănhi tăđ b iăJouleăPjă=49ăW/m;ăđ t ng nhi t do b c x m t tr i Ps =15,12 W/m; h s b c x 0,5; v n t c gió 0,5m/s.
Hình 6.6: Nhi tăđ cáp khi t căđ gió 0 m/s và các y u t mơiătr ng bên ngồi
ti p t c xét s nhăh ng c a t căđ gió lên nhi tăđ c a dây d n, ta l n
l tăthayăđ i t căđ gió t 0.5m/săđ n 10m/s, ta có k t qu b ng sau:
T căđ gió 0 0,5 1 2 3 4
Nhi tăđ dây
d n 92,265 88,009 80,144 67,794 60,441 55,777
T căđ gió 5 6 7 8 9 10
Nhi tăđ dây
d n 52,579 50,250 48,479 47,085 45,959 45,029
Hình 6.8:Nhi tăđ cáp khi t căđ gió 10m/s
ki m ch ng k t qu mô ph ng t COMSOL, ta xét 01 thí nghi m t [6]
Trong giàn th nghi măđ ng h m gió, t căđ gió đ c ki m sốt có th đ c cung c p vng góc v i tr c c a dây d n, nh ătrongăhìnhă6.9. Dây d nătrongăđ ng h m gió b c tăđiă1,5ămădoăkhôngăgianăh n ch ,ătrongăkhiăcácăc ăs khác v n còn
t ngăt nh ăđ i v i th nghi măkhơngăkhíăt nh.ăBaăc p nhi tăđi năđ c g n vào dây d n,ătrongăđóăhaiăc păđ c g n trên b m tătheoăh ng gió và rãnh, và m t c păđ c l p vào lõi. M tămáyăđoăviămôăFC0510ăđưăđ c hi u chu năđ c s d ngăđ đoăt c
đ gió.
B ng 6.6: Thơng s dây d n trong mơ hình th nghi m [6]
Code Name: Lynx Nominal Al Area: 175 mm² Stranding and
Wire Diameter (mm)
Cross Sectional Area (mm²) Overall Diameter (mm) Calculated DC Resistance ată20ă˚Că
Al Steel Al Steel Total (Ω/km)ă
30/2.79 7/2.79 183.4 42.80 226.2 19.53 0.1567
Hình 6.10 cho th y nhi tăđ lõi dây d n, m t ph ng vƠăh ng gió c a dây d n tr ng thái năđ nhătrongăcácăđi u ki năgióăkhácănhau.ăXuăh ng t ng th v nhi t
đ phù h p v i nh n xét r ng s c i thi n trong vi c làm mát dây d năcóăỦăngh aăh nă
nhi u t căđ gió th păh n,ătrongăkhiăs gi m nhi tăđ cân b ng tr nênăkhôngăđángă
k khi t căđ gióăt ngăt 5 m/s lên 15 m/s .
Hình 6.10: Nhi tăđ dây d n v i t căđ gió khác nhau [6]
Nh n xét: T k t qu tính tốn B ng 6.5 ta nh n th y s nh h ng c a t căđ gió lên nhi tăđ dây d n. T căđ gió càng cao thì nhi tăđ càng gi m và năđ nh khi t c
đ gió t 5m/săđ n 10m/s, k t qu mô ph ng cho k t qu t ngăđ i tin c y so v i mô hình thí nghi m [6].
6.2.3 nhăh ng cáp b khuy t t t lênăđi nătr ng
Mơ hình mơ ph ng c a cáp b căthépăcáchăđi năXδPEănƠyăđưăđ c thi t k v i v t li uăt ngă ng và các thông s t ngă ng c a chúng, B ng 6.2 cho th y kh n ngă choăphépăt ngăđ i c a v t li u cáp. L p v PVCăbênăngoƠiăđ c b qua trong mơ ph ngăvìăđi n th b ngă0Vănh ălƠăm tăđi u ki n biên.
Ch ngătrìnhăCOεSOδăs gi i quy t mơ hình s c aăđi n áp và s phân b
đi nătr ng trên các l păcápăđ c xây d ng b ngăph ngăphápăph n t h u h n
(FEε),ătrongăđóămơăhìnhăđ c thi t k đ c bi năđ i thành m tăl i g m nhi u ph n t . Các giá tr đi năápăvƠăđi nătr ngăđ c tính tốn t i m iăđi mătrongămơăhình.ă
c i thi năđ chính xác c a k t qu gi iăpháp,ămơăhìnhăđ c chia b ng cách s d ng
mơăhìnhăl i mnăh năcóăch a nhi uănútăl iăh n,ănh ăv iămơăhìnhăcápăbìnhăth ng và v i mơ hình cáp có kho ng tr ng khơng khí theo l năl t là 0,25mm; 0,5mm và 1mmăbênătrongăcáchăđi n XLPE. Cu iăcùng,ăcácămơăhìnhăcápăđangănghiênăc uăđ c th c hi n trong ph n m m v tălỦăCOεSOδăđ thu đ c phân b đi n th và phân b