Luận Văn Thạc Sĩ Về Phân Tích Điện Trường và Quá Trình Nhiệt Trong Cáp Bọc 24kV

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật điện phân tích điện trường và quá trình nhiệt trong kết cấu cách điện của cáp bọc 24kv, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Võ Thành Sơn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhật Nam
• Trường học: Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Phân Tích Điện Trường và Nhiệt Trong Kết Cấu Cáp Bọc 24kV
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOẠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Nội dung đề tài
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁP BỌC TRUNG THẾ 24KV
• 2.1. Cáp bọc trung thế 24kV
• 2.2. Các chủng loại cáp bọc trung thế 24kV
• 2.3. Các công trình cáp bọc
• 2.4. Các kiểu lắp đặt cáp bọc trên trụ
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN FEM
• 3.1. Nguyên lý cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn
• 3.2. Các phương pháp cơ bản trong phần tử hữu hạn
• 3.2.1. Phương pháp Rayleigh-Ritz
• 3.2.2. Phương pháp Galerkin
• 3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn trong trường điện từ
• 3.3.1. Bài toán giá trị biên một chiều
• 3.3.2. Bài toán giá trị biên hai chiều
• 3.3.3. Bài toán giá trị biên ba chiều
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TRƯỜNG NHIỆT, KHẢ NĂNG MANG DÒNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TRƯỜNG ĐIỆN
• 4.1. Phương trình truyền nhiệt của đường dây trên không
• 4.2. Khả năng mang dòng của đường dây trên không
• 4.2.1. Nhiệt do hiệu ứng Joule
• 4.2.2. Nhiệt do bức xạ mặt trời
• 4.3. Tổn thất nhiệt bức xạ
• 4.4. Tổn thất nhiệt đối lưu
• 4.4.1. Làm mát do đối lưu tự nhiên
• 4.4.2. Làm mát do đối lưu cưỡng bức
• 4.5. Mô hình tính toán trường điện
• 5. CHƯƠNG 5: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM COMSOL
• 5.1. Phần mềm mô phỏng COMSOL
• 5.2. Các công cụ sử dụng trong bài toán truyền nhiệt
• 5.2.1. Heat Transfer in Solids
• 5.3. Ví dụ mô phỏng
• 6. CHƯƠNG 6: CÁC SỰ CỐ CÁP BỌC VÀ BÀI TOÁN THỰC TẾ SỬ DỤNG COMSOL ĐỂ MÔ PHỎNG
• 6.1. Tổng quan về sự cố cáp bọc 24kV
• 6.1.1. Các nguyên nhân thường gặp phải của các sự cố về cáp bọc 24kV
• 6.2. Mô phỏng bài toán
• 6.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ gió lên nhiệt độ
• 6.2.2. Ảnh hưởng cáp bị khuyết tật lên điện trường
• 6.3. Hướng áp dụng thực tế của đề tài
• 6.4. Đánh giá kết quả thực hiện
• 6.4.1. Mặt làm được
• 6.4.2. Mặt chưa làm được
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Phân Tích Điện Trường

Phân tích điện trường trong kết cấu cáp bọc 24kV là một phần quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất hoạt động của cáp. Điện trường trong cáp được xác định bởi cấu trúc vật liệu và các yếu tố môi trường. Việc tính toán điện trường giúp xác định mức độ phân bố điện áp và các điểm có thể xảy ra sự cố. Một trong những vấn đề chính là sự khuyết tật trong lớp cách điện, điều này có thể dẫn đến hiện tượng phóng điện và giảm tuổi thọ của cáp. Theo nghiên cứu, các mô hình điện trường được xây dựng trên phần mềm COMSOL cho thấy rằng điện trường tập trung tại các điểm khuyết tật, làm tăng nguy cơ sự cố. Việc phân tích này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các nguyên nhân gây ra sự cố mà còn cung cấp thông tin để cải thiện thiết kế cáp, từ đó nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện.

1.1 Tính Toán Điện Trường

Tính toán điện trường trong cáp bọc 24kV được thực hiện thông qua phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Phương pháp này cho phép mô phỏng các điều kiện biên và xác định phân bố điện trường trong không gian ba chiều. Kết quả cho thấy rằng điện trường cao nhất thường xuất hiện tại các vị trí khuyết tật của lớp cách điện. Đặc biệt, nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng cường độ dày của lớp cách điện có thể giảm thiểu đáng kể điện trường tập trung, từ đó giảm thiểu nguy cơ phóng điện. Việc áp dụng các công nghệ mới trong sản xuất cáp cũng có thể cải thiện khả năng chịu điện áp, góp phần nâng cao hiệu suất và độ an toàn cho hệ thống điện.

II. Phân Tích Nhiệt

Phân tích nhiệt trong cáp bọc 24kV là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống điện. Nhiệt độ cáp bọc chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố, bao gồm dòng điện, môi trường xung quanh và các yếu tố bên ngoài như gió. Việc xác định nhiệt độ tối ưu giúp ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt, có thể dẫn đến hỏng hóc hoặc giảm tuổi thọ của cáp. Nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ tăng cao có thể làm giảm khả năng cách điện của cáp, dẫn đến nguy cơ phóng điện. Sử dụng phần mềm COMSOL để mô phỏng quá trình nhiệt cho phép đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài và đưa ra các giải pháp cải thiện thiết kế cáp nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động.

2.1 Tính Toán Nhiệt

Tính toán nhiệt trong cáp bọc 24kV thường được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình mô phỏng nhiệt độ và khả năng mang dòng. Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ của cáp tăng lên khi tốc độ gió giảm, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thiết kế cáp trong các điều kiện môi trường khác nhau. Việc phân tích nhiệt độ cho thấy rằng việc cải thiện khả năng tản nhiệt của cáp có thể làm giảm đáng kể nguy cơ quá nhiệt. Hơn nữa, các giải pháp như sử dụng vật liệu cách điện có khả năng tản nhiệt tốt hơn có thể giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của cáp trong quá trình vận hành.

III. Kết Luận và Đề Xuất

Phân tích điện trường và nhiệt trong kết cấu cáp bọc 24kV đã chỉ ra tầm quan trọng của việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của cáp. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như COMSOL đã giúp xác định các điểm yếu trong thiết kế cáp và cung cấp thông tin cần thiết để cải thiện độ tin cậy của hệ thống điện. Các giải pháp được đề xuất bao gồm tăng cường độ dày lớp cách điện và cải thiện khả năng tản nhiệt của cáp. Những cải tiến này không chỉ giúp nâng cao độ an toàn mà còn kéo dài tuổi thọ của cáp, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao trong tương lai.

3.1 Đề Xuất Giải Pháp

Các giải pháp cải thiện cho cáp bọc 24kV bao gồm: 1) Tăng cường độ dày lớp cách điện để giảm điện trường tập trung tại các điểm khuyết tật; 2) Sử dụng vật liệu cách điện có khả năng tản nhiệt tốt hơn để giảm nhiệt độ trong quá trình vận hành; 3) Thực hiện bảo trì định kỳ để phát hiện sớm các khuyết tật trong cáp. Những giải pháp này sẽ giúp đảm bảo sự ổn định và an toàn cho hệ thống điện trong dài hạn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao, đặc biệt là trong các hệ thống phân phối điện trung thế 24kV. Theo báo cáo của ngành điện, sự cố trên lưới điện phân phối, đặc biệt là sự cố đứt cáp bọc 24kV, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy cung cấp điện. Tại Công ty Điện lực Tây Ninh, các sự cố này chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng số sự cố lưới điện, làm gián đoạn cung cấp điện và tăng chi phí bảo trì. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích điện trường và quá trình nhiệt trong kết cấu cách điện của cáp bọc 24kV, nhằm hiểu rõ nguyên nhân gây ra sự cố và đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi lưới điện phân phối 22kV tại Tây Ninh, với thời gian khảo sát từ tháng 9/2021 đến tháng 6/2022. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ bền và độ tin cậy của hệ thống cáp bọc trung thế, góp phần giảm thiểu sự cố và tối ưu hóa chi phí vận hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và lý thuyết truyền nhiệt trong dây dẫn điện. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải các bài toán phức tạp về điện trường và nhiệt độ trong kết cấu cáp, với các phương pháp Rayleigh-Ritz và Galerkin giúp xây dựng mô hình toán học chính xác. Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

• Điện trường (Electric Field): Mô tả cường độ và phân bố điện trường trong lớp cách điện cáp, được tính toán dựa trên phương trình Poisson và Laplace.
• Quá trình truyền nhiệt (Thermal Process): Phân tích sự phân bố nhiệt độ trong dây dẫn và lớp cách điện, bao gồm các yếu tố như hiệu ứng Joule, bức xạ mặt trời, đối lưu tự nhiên và cưỡng bức.
• Khả năng mang dòng (Current Carrying Capacity): Xác định dòng điện tối đa mà cáp có thể chịu được trong điều kiện vận hành ổn định.
• Cáp bọc trung thế 24kV: Cấu trúc gồm ruột dẫn, màn chắn ruột dẫn, lớp cách điện XLPE và vỏ bọc PVC hoặc HDPE.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực tế từ Công ty Điện lực Tây Ninh về các sự cố cáp bọc 24kV và các thông số kỹ thuật của cáp AsXV 185mm². Phương pháp mô hình hóa chính là sử dụng phần mềm COMSOL Multiphysics để mô phỏng điện trường và quá trình truyền nhiệt trong cáp. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm các trường hợp cáp khỏe mạnh và cáp bị khuyết tật với các kích thước khuyết tật khác nhau (r = 0,25 mm, 0,5 mm, 1 mm). Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng chi tiết từng phần tử hữu hạn trong cấu trúc cáp nhằm đảm bảo độ chính xác cao. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2021 đến tháng 6/2022, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng và phân tích kết quả. Phân tích dữ liệu được thực hiện thông qua so sánh kết quả mô phỏng với các bài báo khoa học đã công bố để đánh giá độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ gió đến nhiệt độ cáp: Mô phỏng cho thấy khi tốc độ gió tăng từ 0 m/s lên 10 m/s, nhiệt độ bề mặt cáp giảm đáng kể, từ khoảng 90°C xuống còn khoảng 60°C, giúp tăng khả năng mang dòng của cáp lên đến 15%. Điều này chứng tỏ làm mát bằng gió là yếu tố quan trọng trong vận hành cáp bọc 24kV.

2. Phân bố điện trường trong cáp khỏe mạnh: Điện trường phân bố đều trong lớp cách điện XLPE với giá trị lớn nhất khoảng 15 kV/mm, thấp hơn nhiều so với giới hạn chịu đựng của vật liệu, đảm bảo an toàn vận hành.

3. Ảnh hưởng của khuyết tật lên điện trường: Khi xuất hiện khuyết tật dạng hình tròn với bán kính 0,5 mm tiếp xúc với màn chắn ruột dẫn, cường độ điện trường tại vị trí khuyết tật tăng lên đến 25 kV/mm, cao hơn 66% so với cáp khỏe mạnh. Khuyết tật dạng elip với điện áp 30 kV làm tăng điện trường lên đến 30 kV/mm, vượt ngưỡng an toàn, dễ gây phóng điện cục bộ.

4. So sánh với các nghiên cứu trước: Kết quả mô phỏng tương đồng với các báo cáo khoa học đã công bố, xác nhận tính chính xác của mô hình COMSOL trong phân tích điện trường và nhiệt độ cáp bọc 24kV.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự cố cáp bọc 24kV là sự tập trung điện trường tại các vị trí khuyết tật trong lớp cách điện, làm tăng nguy cơ phóng điện cục bộ và hư hỏng cách điện. Nhiệt độ cao do dòng điện lớn và điều kiện môi trường không thuận lợi (như tốc độ gió thấp) làm giảm khả năng tản nhiệt, gây quá nhiệt và giảm tuổi thọ cáp. Việc mô phỏng phân bố điện trường và nhiệt độ giúp nhận diện các điểm yếu trong kết cấu cáp, từ đó đề xuất các biện pháp kỹ thuật phù hợp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố nhiệt độ theo tốc độ gió và bảng so sánh cường độ điện trường tại các vị trí khuyết tật, giúp trực quan hóa mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này. So với các nghiên cứu trước, luận văn đã bổ sung thêm phân tích chi tiết về ảnh hưởng của khuyết tật với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau, nâng cao tính ứng dụng thực tiễn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường kiểm tra và bảo trì định kỳ cáp bọc 24kV: Áp dụng các phương pháp kiểm tra không phá hủy để phát hiện sớm các khuyết tật trong lớp cách điện, giảm thiểu nguy cơ sự cố. Thời gian thực hiện: hàng năm; Chủ thể: Công ty Điện lực Tây Ninh.

2. Lựa chọn cáp có tiêu chuẩn kỹ thuật cao hơn: Ưu tiên sử dụng cáp có lớp cách điện XLPE chất lượng cao, khả năng chịu điện trường và nhiệt độ tốt hơn, phù hợp với điều kiện vận hành thực tế. Thời gian: trong các dự án đầu tư mới; Chủ thể: Ban kỹ thuật và mua sắm.

3. Tối ưu hóa lắp đặt và làm mát cáp: Thiết kế hệ thống lắp đặt cáp trên trụ điện đảm bảo thông gió tốt, tận dụng làm mát tự nhiên và cưỡng bức bằng gió để giảm nhiệt độ bề mặt cáp. Thời gian: triển khai trong 1-2 năm; Chủ thể: Đội thi công và vận hành.

4. Ứng dụng phần mềm mô phỏng trong đánh giá và thiết kế: Sử dụng COMSOL hoặc các phần mềm tương tự để mô phỏng điện trường và nhiệt độ trước khi lắp đặt, giúp lựa chọn cấu trúc cáp và điều kiện vận hành tối ưu. Thời gian: liên tục trong quá trình thiết kế; Chủ thể: Phòng nghiên cứu và phát triển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và bảo trì lưới điện: Nắm bắt các yếu tố ảnh hưởng đến sự cố cáp bọc 24kV, áp dụng các giải pháp kiểm tra và bảo trì hiệu quả nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

2. Chuyên gia thiết kế hệ thống điện: Sử dụng kết quả mô phỏng để lựa chọn loại cáp và thiết kế hệ thống phù hợp với điều kiện môi trường và tải trọng điện, giảm thiểu rủi ro sự cố.

3. Nhà quản lý dự án đầu tư điện lực: Đánh giá các tiêu chuẩn kỹ thuật và giải pháp công nghệ mới nhằm tối ưu hóa chi phí và hiệu quả vận hành hệ thống phân phối điện trung thế.

4. Nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành kỹ thuật điện: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và phân tích điện trường, nhiệt độ trong cáp điện, phục vụ cho các đề tài nghiên cứu chuyên sâu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải phân tích điện trường trong cáp bọc 24kV?
   Phân tích điện trường giúp xác định các điểm tập trung điện trường cao, dễ gây phóng điện cục bộ và hư hỏng cách điện, từ đó phòng tránh sự cố và kéo dài tuổi thọ cáp.

2. Ảnh hưởng của tốc độ gió đến nhiệt độ cáp như thế nào?
   Tốc độ gió cao giúp làm mát bề mặt cáp, giảm nhiệt độ vận hành, tăng khả năng mang dòng và giảm nguy cơ quá nhiệt, theo mô phỏng nhiệt độ giảm khoảng 30% khi gió tăng từ 0 đến 10 m/s.

3. Phần mềm COMSOL có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
   COMSOL cho phép mô phỏng đa vật lý, kết hợp điện trường và truyền nhiệt chính xác trên mô hình phần tử hữu hạn, giúp đánh giá chi tiết các hiện tượng vật lý trong cáp.

4. Khuyết tật trong lớp cách điện ảnh hưởng thế nào đến điện trường?
   Khuyết tật làm tăng cường độ điện trường tại vị trí đó lên đến 66-100% so với cáp khỏe mạnh, làm tăng nguy cơ phóng điện và hư hỏng cách điện.

5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm sự cố cáp bọc 24kV?
   Kết hợp kiểm tra định kỳ phát hiện khuyết tật, lựa chọn cáp chất lượng cao, tối ưu lắp đặt và làm mát, cùng ứng dụng mô phỏng để thiết kế và vận hành hiệu quả.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng điện trường và quá trình nhiệt trong cáp bọc 24kV sử dụng phần mềm COMSOL, với độ chính xác cao so với các nghiên cứu trước.
• Phân tích cho thấy tốc độ gió và khuyết tật lớp cách điện là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nhiệt độ và điện trường trong cáp.
• Kết quả mô phỏng giúp nhận diện các điểm nguy cơ sự cố, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện trung thế.
• Đề xuất các giải pháp bao gồm kiểm tra định kỳ, lựa chọn cáp tiêu chuẩn cao, tối ưu lắp đặt và ứng dụng mô phỏng trong thiết kế.
• Các bước tiếp theo là triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất tại Công ty Điện lực Tây Ninh và mở rộng nghiên cứu cho các cấp điện áp khác nhằm nâng cao hiệu quả vận hành toàn hệ thống.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các đơn vị điện lực áp dụng mô hình mô phỏng và giải pháp kỹ thuật từ nghiên cứu để giảm thiểu sự cố cáp bọc 24kV, đảm bảo cung cấp điện ổn định và liên tục.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, cùng với sự phát triển không ngừng của các thành phần kinh tế, đời sống của người dân ngày càng được cải thiện, dân trí được nâng cao, sự phát triển này kéo theo nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng gia tăng. Năng lượng, đặt biệt là ngành điện năng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, để đảm bảo cung cấp điện ổn định, liên tục là vấn đế gây khó khăn cho Ngành điện, trước thực trạng sự cố lưới điện diễn ra rất nhiều với nhiều nguyên nhân chủ quan, khách quan,. Trong đó có nhiều nguyên nhân chúng ta có thể phân tích từ các phần mềm chuyên dụng để từ đó ngăn chặn các sự cố trên cáp dẫn điện 24kV. Từ nhiều năm qua, Ngành điện luôn quan tâm phấn đấu giảm sự cố lưới điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, một trong các nguyên nhân gây sự cố gây khó khăn cho Công ty Điện lực Tây Ninh nói riêng và các Công ty Điện lực trong toàn EVN nói chung là sự cố phóng điện cáp bọc 24kV và mối nối nóng đỏ.

Ngành điện đã áp dụng nhiều giải pháp để ngăn chặn sự cố trên, tuy nhiên đó chỉ là các giải pháp tạm thời chưa nghiên cứu sâu để tìm rõ nguyên nhân cốt lõi của sự việc. Phương pháp mô phỏng để tính toán, phân tích một cách chi tiết hơn được đưa ra, đó là lý do Tôi chọn đề tài “Phân tích điện trường và quá trình nhiệt trong kết cấu cách điện của cáp bọc 24kV”.2 Mục tiêu đề tài Xây dựng mô hình tính toán trên phần mềm COMSOL để phân tích nhiệt độ của cáp bọc 24kV khi xét yếu tố môi trường bên ngoài (gió) và tính toán điện trường của cáp bọc 24kV khi lớp cách điện bị khuyết tật. Sau khi thực hiện phân tích mô phỏng, đề tài sẽ đánh giá, lựa chọn cũng như đưa ra các giải pháp để ngăn chặn sự cố cáp bọc 24kV. HV: Võ Thành Sơn 1 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS.

Nguyễn Nhật Nam 1.3 Nội dung đề tài Tìm hiểu tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trong trường điện từ. Xây dựng mô hình tính toán trường nhiệt, khả năng mang dòng của đường dây trên không và mô hình tính toán trường điện. Thiết lập bài toán mô phỏng ảnh hưởng nhiệt độ lên cáp bọc 24kV trên phần mềm COMSOL. Thiết lập bài toán mô phỏng tính toán điện trường trong cáp bọc 24kV khi lớp cách điện bị khuyết tật.

Từ kết quả mô phỏng so sánh với các bài báo đã được công bố để xét độ tin cậy của đề tài.4 Phạm vi nghiên cứu Luận văn sẽ nghiên cứu về một phần lưới điện phân phối 22kV trên Công ty Điện lực Tây Ninh, địa chỉ số 607 Cách Mạng Tháng 8, Phường 3, Thành Phố Tây Ninh, tỉnh Tây Ninh.5 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp phân tích: Tổng hợp lý thuyết từ các tài liệu liên quan đến tính toán, xây dựng mô hình mô phỏng, tổng hợp các dữ liệu đó để làm cơ sở để nghiên cứu. Phương pháp mô hình hóa: Sử dụng phần mềm COMSOL để tính toán, mô phỏng cáp bọc 24kV, từ đó làm cơ sở tính toán trường điện và quá trình nhiệt trong quá trình vận hành. Phương pháp thu thập dữ liệu: Lấy thông tin về sự cố trên lưới điện phân phối 22kV của Công ty Điện lực Tây Ninh để tiến hành phân tích. HV: Võ Thành Sơn 2 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS.

Nguyễn Nhật Nam 1.6 Ý nghĩa thực tiễn Qua kết quả tính toán, phân tích, mô phỏng đưa ra các giải pháp để áp dụng thực tế trên lưới điện phân phối 22kV. Lựa chọn chủng loại cáp đúng tiêu chuẩn kỹ thuật trước khi lắp đặt trên lưới điện 22kV để đảm báo các yêu cầu vận hành lâu dài. HV: Võ Thành Sơn 3 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Nhật Nam CHƯƠNG 2 :TỔNG QUAN VỀ CÁP BỌC TRUNG THẾ 24KV 2.1 Cáp bọc trung thế 24kV Cáp bọc trung thế 24kV là cáp dùng để truyền tải, phân phối điện trên khộng được lắp đặt trên cột điện.

Cấp điện áp là 24 kV nếu ghi đầy đủ theo tiêu chuẩn Việt Nam 5935-2:2013 là 12/20(24) kV hoặc 12,7/20(24) kV” trong đó: - 12(12,7) kV là khả năng chịu điện áp pha; - 20 kV là khả năng chịu điện áp dây; - 24 kV là mức điện áp cao nhất mà cáp có thể chịu được khi có sự dao động điện áp trong quá trình vận hành. Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép đối với cáp là 900C, nhiệt độ cực đại cho phép là khi ngắn mạch là 2500C với thời gian không quá 5 giây. Cấu trúc từ trong ra ngoài, gồm: Ruột dẫn điện/ màn chắn ruột dẫn/lớp cách điện/ vỏ bọc bên ngoài là một cấu trúc liên tục và có tính bắt buộc đối với cáp có cấp điện áp từ 12 kV trở lên. Lớp cách điện của cáp bọc trung thế 24kV là XLPE hoặc cao su EPR nhưng XLPE là thông dụng nhất, vỏ bọc ngoài của cáp thông thường là PVC nhưng cũng có khi là HDPE.1:Cấu trúc của cáp bọc trung thế 24kV HV: Võ Thành Sơn 4 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS.

Nguyễn Nhật Nam 2.2 Các chủng loại cáp bọc trung thế 24kV Bao gồm cáp trung thế treo không vỏ, cáp trung thế treo không vỏ có màn chắn ruột dẫn, cáp trung thế treo có màn chắn ruột dẫn có vỏ. Tiêu chuẩn áp dụng theo TCVN 5935-1995/IEC 502. - Vật liệu ruột dẫn: Sợi đồng cứng, sợi nhôm cứng hoặc sợi nhôm cứng kết hợp sợi thép. - Cấu tạo ruột dẫn: Ruột dẫn xoắn đồng tâm, không ép chặt.

- Chống thấm ruột dẫn: Cáp có chống thấm ruột dẫn.2: Cáp trung thế treo không vỏ Hình 2.3: Cáp trung thế treo có màn chắn ruột dẫn, không vỏ HV: Võ Thành Sơn 5 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Nhật Nam Hình 2.4: Cáp trung thế treo có màn chắn ruột dẫn, có vỏ 2.3 Các công trình cáp bọc Kiểu 1 : Cáp đi trên không, lắp trên cột điện BTLT 12, BTLT 14m.5: Cáp bọc trung thế 24kV đi trên trụ điện Kiểu 2 : Cáp lắp đặt tại các thiết bị Recloser, LBS. HV: Võ Thành Sơn 6 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Nhật Nam Hình 2.6: Cáp bọc trung thế 24kV lắp đặt tại các thiết bị Kiểu 3 : Cáp tại các lộ ra của trạm biến áp 110kV.7: Cáp bọc trung thế 24kV lắp tại các lộ ra của TBA 110kV 2.4 Các kiểu lắp đặt cáp bọc trên trụ Kiểu 1: Sử dụng sứ cách điện 24kV để đở dây cáp bọc khi đi trên trụ HV: Võ Thành Sơn 7 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS.

Nguyễn Nhật Nam Hình 2.8: Sử dụng sứ cách điện để đỡ dây Kiểu 2: Sử dụng giáp níu và sứ cách điện để dừng dây trên trụ Hình 2.9: Sử dụng giáp níu để dừng dây Trong đề tài này, em chọn phân tích điện trường và quá trình nhiệt trong trường hợp sử dụng sứ cách điện để đỡ dây cáp bọc 24kV đi trên trụ. HV: Võ Thành Sơn 8 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Nhật Nam CHƯƠNG 3 :PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN FEM 3. Nguyên lý cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn Theo [7] phương pháp phần tử hữu hạn được bắt nguồn từ yêu cầu giải các bài toán phức tạp về lý thuyết đàn hồi, phân tích các kết cấu trong xây dựng và kỹ thuật hàng không.

Nó được phát triển bởi Alexander Hrennikoff (1941) và Richard courant (1943). Dựa trên cơ sở của courant một số nhà nghiên cứu đã phát triển một số phương pháp để giải bài toán ellipic, đặc biệt là các phương pháp Rayleigh, Ritz và Galerkin. Ưu điểm: Khả năng giải quyết với bất kỳ hình học nào và tính chất của miền khảo sát mà không cần thay đổi công thức hay mã máy tính, nó tạo nên một sự biểu diễn rõ ràng về các hàm cần tìm tại mọi nơi trong miền khảo sát, vì vậy nó được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật với độ ổn định và tính hội tụ cao. Khuyết điểm: Khi so sánh với phương pháp sai phân hữu hạn (FDTD) là không đưa ra được các công thức hiện dùng cho việc cập nhật trường trong mô phỏng miền thời gian.

Thay vào đó hệ phương trình tuyến tính phải được giải thay cho việc cập nhật trường nên đòi hỏi thời gian tính toán và bộ nhớ máy tính hơn. Khi áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để giải một hệ phương trình vi phân bất kỳ, tiến hành theo 4 bước sau: 1. Chia miền thời gian thành số hữu hạn miền con hoặc phần tử, 2. Xây dựng các phương trình cho một phần tử (miền con) tiêu biểu, 3.

Lắp ghép tất cả các phần tử trong miền lời giải, 4. Giải hệ phương trình ma trận. Các phương pháp cơ bản trong phần tử hữu hạn Bài toán giá trị biên tổng quát được định nghĩa bằng phương trình vi phân trong miền D theo [7] như sau: Lf  g (3.1) HV: Võ Thành Sơn 9 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Nhật Nam Trong đó: L: là toán tử vi phân g: là hàm lực hay hàm nguồn kích thích.

f: là hàm cần tìm Trong trường điện từ phương trình vi phân có dạng từ đơn giản như phương trình Poisson, Laplace đến các dạng phức tạp như phương trình sóng vô hướng, sóng vector, Maxwell. Điều kiện biên cũng được phân loại từ đơn giản như điều kiện Dirichlet và Neurmann đến các điều kiện biên bức xạ và trở kháng phức tạp.1 Phương pháp Rayleigh-Ritz Theo [7] là một phương pháp biến phân, trong đó bài toán giá trị biên được thiết lập trong các thành phần của biểu thức biến phân được gọi là phiếm hàm. Cực tiểu hóa phiếm hàm chúng ta được phương trình vi phân với các điều kiện biên đã cho. Giải phương trình này sẽ thu được lời giải xấp xỉ của bài toán.

Trước hết, định nghĩa một tích nội như sau:  f , v   f .2) D Ở đây dấu * là chỉ liên hợp phức. Với định nghĩa này, chúng ta thấy rằng nếu toán tử L là tự liên hợp thì  Lf , v   f , Lv (3.3) Và theo đó  Lf , v   00 ff 00  (3.4) Lời giải phương trình (3.1) bằng việc cực tiểu hóa phiếm hàm theo hàm f HV: Võ Thành Sơn 10 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Nhật Nam 1 1 1 F ( f )   L( f ), f    f , g    g , f  (3.5) 2 2 2 Ở đây f là một hàm thử, nó là lời giải gần đúng của phương trình (3.1), tức là Lf g (3.