Phương Pháp Sai Phân Hữu Hạn Trong Tính Toán Quá Điện Áp Hệ Thống Nối Đất

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)

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan đề tài

Hệ thống nối đất đóng vai trò quan trọng trong an toàn điện, bảo vệ con người và thiết bị khỏi các sự cố do quá điện áp. Việc tính toán quá điện áp trên hệ thống nối đất là cần thiết để đảm bảo an toàn. Nhiều phương pháp đã được phát triển, bao gồm phương pháp giải tích và phương pháp số. Trong đó, phương pháp sai phân hữu hạn được lựa chọn vì tính đơn giản và hiệu quả. Quá điện áp có thể xuất hiện từ nhiều nguồn khác nhau như sét, ngắn mạch, và các hiện tượng khác. Để giảm thiểu rủi ro, cần có thiết kế hệ thống nối đất tối ưu, đảm bảo điện trở tản và điện áp lan truyền được kiểm soát. Việc áp dụng các phương pháp số giúp khảo sát sự lan truyền của quá điện áp một cách nhanh chóng và chính xác.

II. Tổng quát về quá điện áp trên hệ thống nối đất

Quá điện áp có thể được phân loại thành nhiều loại, bao gồm quá điện áp khí quyển, quá điện áp nội bộ, và quá điện áp cộng hưởng. Mỗi loại có những đặc điểm và ảnh hưởng khác nhau đến hệ thống nối đất. Quá điện áp khí quyển thường xảy ra do sét, trong khi quá điện áp nội bộ có thể phát sinh từ các hoạt động trong hệ thống điện. Các yếu tố như điện trở tản xung và cấu trúc của hệ thống nối đất cũng ảnh hưởng đến mức độ quá điện áp. Để đảm bảo an toàn, cần phải có các thiết bị bảo vệ và thiết kế hệ thống nối đất hiệu quả, giúp tản dòng điện một cách an toàn.

III. Phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp sai phân hữu hạn là một trong những phương pháp số phổ biến trong tính toán quá điện áp. Phương pháp này sử dụng các khái niệm cơ bản từ giải tích số để mô phỏng sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian. Các điều kiện biên và hệ phương trình Maxwell được áp dụng để xây dựng mô hình tính toán. Việc áp dụng phương pháp này cho phép tính toán nhanh chóng và chính xác hơn so với các phương pháp khác. Đặc biệt, trong bối cảnh tính toán quá điện áp trên hệ thống nối đất, phương pháp này giúp xác định điện áp và dòng điện tại các điểm khác nhau trên thanh nối đất.

IV. Kết quả tính toán quá điện áp trên hệ thống nối đất bằng phương pháp sai phân hữu hạn

Kết quả tính toán cho thấy rằng phương pháp sai phân hữu hạn mang lại những kết quả đáng tin cậy trong việc xác định quá điện áp trên hệ thống nối đất. Các khảo sát cho thấy điện áp tại các điểm khác nhau trên thanh nối đất có sự khác biệt rõ rệt, phụ thuộc vào chiều dài và điện trở suất của thanh. Việc khảo sát này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hành vi của hệ thống nối đất mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc thiết kế và cải thiện hệ thống nối đất trong thực tế. Các kết quả này có thể được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế hệ thống nối đất, đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị.

V. Kết quả khảo sát tổng trở xung kích trên hệ thống nối đất bằng phương pháp sai phân hữu hạn

Khảo sát tổng trở xung kích cho thấy rằng tổng trở xung kích của thanh nối đất thay đổi theo chiều dài và điện trở suất của thanh. Các kết quả cho thấy rằng việc thay đổi các thông số ban đầu có ảnh hưởng lớn đến tổng trở xung kích. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc tính toán chính xác các thông số này trong thiết kế hệ thống nối đất. Việc sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn không chỉ giúp tính toán nhanh chóng mà còn cung cấp những thông tin chi tiết về hành vi của hệ thống nối đất dưới các điều kiện khác nhau.

Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE: Phương Pháp Sai Phân Hữu Hạn và Tính Toán Quá Điện Áp Hệ Thống Nối Đất