Luận Văn Thạc Sĩ Về Phương Pháp Sai Phân Hữu Hạn Trong Tính Toán Quá Điện Áp Hệ Thống Nối Đất

• Tác giả: Lê Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS. Hồ Văn Nhật Chương
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Phương Pháp Sai Phân Hữu Hạn Tính Toán Quá Điện Áp Hệ Thống Nối Đất
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan đề tài
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Điểm mới của luận văn
• 1.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
• 2.1. Quá điện áp khí quyển
• 2.2. Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện của nó
• 2.3. Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện của nó
• 2.4. Cường độ hoạt động của sét
• 2.5. Cực tính của sét
• 2.6. Quá điện áp nội bộ
• 2.6.1. Phân loại quá điện áp nội bộ
• 2.7. Vấn đề nối đất điểm trung tính của hệ thống điện
• 2.8. Quá điện áp cộng hưởng
• 2.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống nối đất khi tản dòng điện sét
• 2.10. Khái niệm về nối đất
• 2.11. Điện trở tản xung của dạng nối đất tập trung
• 2.12. Điện trở xung của nối đất kéo dài khi bỏ qua hiện tượng ion hóa trong đất
• 2.13. Điện trở xung của nối đất kéo dài khi có quá trình phóng điện trong đất
• 2.14. Tổng quan về mô hình nối đất và các phương pháp số
• 2.14.1. Sơ lược về hướng tiếp cận mô hình tính toán hệ thống nối đất thu sét
• 2.14.2. Cách tiếp cận mạch điện
• 2.14.3. Cách tiếp cận trường điện từ
• 2.14.4. Cách tiếp cận hỗn hợp
• 2.14.5. Cách tiếp cận đường dây truyền tải
• 2.15. Giới thiệu các phương pháp số phổ biến hiện nay
• 2.15.1. Phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.15.2. Phương pháp sai phân hữu hạn
• 2.15.3. Hướng nghiên cứu của đề tài
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN
• 3.1. Những khái niệm sử dụng trong phương pháp sai phân hữu hạn
• 3.2. Hệ thống các đại lượng chuẩn Gauss
• 3.3. Điều kiện biên
• 3.4. Hệ phương trình Maxwell
• 3.5. Sóng điện từ lan truyền trong không gian theo thời gian bằng phương pháp sai phân hữu hạn
• 3.6. Sóng điện từ trong không gian tự do với điều kiện biên hấp thụ tuyệt đối
• 3.7. Sóng điện từ trong môi trường điện môi lý tưởng
• 3.8. Sóng điện từ trong môi trường điện môi có tổn hao
• 3.9. Áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn để tính toán quá điện áp trong hệ thống nối đất
• 3.10. Phương pháp sai phân hữu hạn
• 3.11. Mô hình đường dây truyền tải trong hệ thống nối đất
• 3.12. Áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn để tính trên mô hình tương đương của thanh nối đất
• 3.13. Áp dụng phương pháp sai phân vào thanh nối đất
• 3.14. Cách tính điện áp, dòng điện trên thanh dẫn chôn dưới đất khi xét đến hiện tượng ion hóa trong đất
• 3.15. Cách xác định dòng điện tản
• 3.16. Cách tính điện trở tản xung của hệ thống nối đất
• 3.17. Mối liên hệ tại giữa điện áp thanh và điện áp của hệ thống lưới nối đất
• 3.18. Thuật giải tổng quát cho thanh nối đất
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN
• 4.1. Kết quả khảo sát quá điện áp ở các điểm vị trí trên thanh
• 4.2. Kết quả khảo sát thanh l = 100m với các giá trị đầu, giữa và cuối thanh
• 4.3. Kết quả khảo sát quá điện áp trên các thanh nối đất với chiều dài l = 10; 30; 60; 90; 120m
• 4.4. Kết quả khảo sát quá điện áp đầu thanh nối đất khi thay đổi bán kính thanh là r = 15mm; độ chôn sâu d=0
• 4.5. Kết quả khảo sát quá điện áp trên thanh khi thay đổi giá điện trở suất đất
• 4.6. Kết quả khảo sát quá điện áp tại đầu thanh l = 10m, ρđ = 50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm
• 4.7. Điện áp tại x=0 khi thanh l = 30m, ρđ = 50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm
• 4.8. Khảo sát quá điện áp tại đầu thanh khi thanh l = 60m, ρđ = 50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm
• 4.9. Điện áp tại x=0 khi thanh l = 90m, ρđ = 50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm
• 4.10. Điện áp tại x=0 khi thanh l = 120m, ρđ = 50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ KHẢO SÁT TỔNG TRỞ XUNG KÍCH TRÊN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN
• 5.1. Kết quả khảo sát tổng trở xung kích cho thanh nối đất với chiều dài l = 10; 30; 60; 90; 120m thay đổi giá trị điện trở suất của thanh
• 5.2. Kết quả khảo sát tổng trở xung kích tại đầu thanh l = 10m, khi ρđ = 50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm
• 5.3. Tổng trở tại x=0 khi thanh l = 90m, ρđ = 50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm
• 5.4. Kết quả khảo sát tổng trở xung tại đầu thanh l = 120m, ρđ = 50, 100, 200, 300, 400, 500Ωm
• 5.5. Kết quả khảo sát tổng trở xung cho thanh nối đất ứng với ρđ = 50Ωm khi thay đổi chiều dài l = 10; 30; 60; 90; 120m
• 5.6. Ảnh hưởng của các dạng sóng lên trên tổng trở xung của các thanh nối đất
• 5.7. Dạng sóng i = 1(t) khi t ≥ 0
• 5.8. Tổng hợp tổng trở xung tại các giá trị dòng điện i = (e^{-t/T_1} - e^{-t/T_2}); i = 1(t)
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về phương pháp sai phân hữu hạn trong tính toán quá điện áp

Phương pháp sai phân hữu hạn (FD) là một trong những phương pháp số phổ biến trong tính toán quá điện áp hệ thống nối đất. Phương pháp này cho phép mô phỏng sự lan truyền của sóng điện từ trong các hệ thống nối đất một cách chính xác và hiệu quả. Việc áp dụng FD giúp giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn cho thiết bị điện và con người. Nghiên cứu này sẽ trình bày chi tiết về cách thức hoạt động của phương pháp này và ứng dụng của nó trong thực tiễn.

1.1. Khái niệm cơ bản về phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp sai phân hữu hạn là một kỹ thuật số dùng để giải các phương trình vi phân bằng cách chia nhỏ miền tính toán thành các phần tử nhỏ hơn. Mỗi phần tử này sẽ được tính toán dựa trên các giá trị tại các điểm lân cận, từ đó tạo ra một mô hình gần đúng cho bài toán.

1.2. Lợi ích của phương pháp sai phân hữu hạn trong tính toán

Phương pháp này mang lại nhiều lợi ích như tính chính xác cao, khả năng mô phỏng linh hoạt và dễ dàng áp dụng cho các bài toán phức tạp. Đặc biệt, FD giúp giảm thiểu thời gian tính toán so với các phương pháp truyền thống.

II. Vấn đề và thách thức trong tính toán quá điện áp hệ thống nối đất

Tính toán quá điện áp trong hệ thống nối đất gặp nhiều thách thức do sự phức tạp của các yếu tố ảnh hưởng như điện trở đất, cấu trúc hệ thống và các hiện tượng tự nhiên như sét. Những yếu tố này có thể gây ra quá điện áp lớn, ảnh hưởng đến an toàn của thiết bị và con người.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá điện áp

Các yếu tố như điện trở suất của đất, chiều dài và bán kính của thanh nối đất có thể làm thay đổi đáng kể mức độ quá điện áp. Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để thiết kế hệ thống nối đất an toàn.

2.2. Thách thức trong việc mô phỏng quá điện áp

Mô phỏng quá điện áp trong hệ thống nối đất đòi hỏi phải có các mô hình chính xác và các phương pháp tính toán hiệu quả. Sự phức tạp của các hiện tượng điện từ và điều kiện biên cũng là một thách thức lớn.

III. Phương pháp sai phân hữu hạn Giải pháp cho tính toán quá điện áp

Phương pháp sai phân hữu hạn được áp dụng để giải quyết bài toán tính toán quá điện áp trong hệ thống nối đất. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác sự lan truyền của sóng điện từ và tính toán các thông số quan trọng như điện trở tản và điện áp lan truyền.

3.1. Cách thức hoạt động của phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp này hoạt động bằng cách chia miền tính toán thành các lưới nhỏ, từ đó áp dụng các công thức sai phân để tính toán giá trị tại từng điểm. Điều này giúp tạo ra một mô hình gần đúng cho bài toán.

3.2. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp sai phân hữu hạn

FD đã được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu và dự án thực tế, giúp cải thiện độ chính xác trong tính toán quá điện áp và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của phương pháp sai phân hữu hạn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp sai phân hữu hạn có thể cung cấp các kết quả chính xác trong việc tính toán quá điện áp trên hệ thống nối đất. Các kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể áp dụng trong thực tiễn để cải thiện thiết kế hệ thống nối đất.

4.1. Kết quả khảo sát quá điện áp trên thanh nối đất

Kết quả khảo sát cho thấy rằng mức độ quá điện áp thay đổi theo chiều dài và bán kính của thanh nối đất. Những thông tin này rất quan trọng để tối ưu hóa thiết kế hệ thống nối đất.

4.2. Ứng dụng trong thiết kế hệ thống nối đất

Các kết quả từ phương pháp sai phân hữu hạn có thể được sử dụng để cải thiện thiết kế hệ thống nối đất, đảm bảo an toàn cho thiết bị và con người trong các tình huống quá điện áp.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp sai phân hữu hạn đã chứng minh được hiệu quả trong việc tính toán quá điện áp hệ thống nối đất. Tương lai, phương pháp này có thể được cải tiến và phát triển thêm để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực điện lực.

5.1. Tóm tắt những điểm mạnh của phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp này không chỉ dễ sử dụng mà còn mang lại kết quả chính xác, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình tính toán.

5.2. Triển vọng phát triển trong tương lai

Với sự phát triển của công nghệ và phần mềm mô phỏng, phương pháp sai phân hữu hạn có thể được cải tiến hơn nữa, mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.