I. Tổng quan về đề tài nghiên cứu
Phương pháp số tính toán khả năng mang dòng của cáp ngầm cao thế là một nghiên cứu khoa học cấp trường, tập trung vào việc áp dụng các phương pháp số hiện đại như phương pháp sai phân hữu hạn (FDM), phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), và phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao thích nghi (hp-FEM) để mô phỏng trường nhiệt và tính toán khả năng mang dòng của cáp ngầm cao thế. Nghiên cứu này nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến an toàn điện và tối ưu hóa cáp trong hệ thống điện, đặc biệt là trong các đô thị lớn. Các kết quả tính toán được so sánh với phương pháp phần tử biên, phần mềm COMSOL và dữ liệu thực tế từ các công trình điện tại TP. Hồ Chí Minh.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là áp dụng các phương pháp số để tính toán khả năng mang dòng và phân bố trường nhiệt của cáp ngầm cao thế. Điều này giúp đảm bảo hệ thống cáp vận hành ổn định, tránh tình trạng quá tải do quá nhiệt. Nghiên cứu cũng hướng đến việc cung cấp các phương pháp tính toán hiệu quả cho các kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống điện.
1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu
Việc tính toán chính xác khả năng mang dòng của cáp ngầm là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn điện và hiệu suất vận hành của hệ thống. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ cáp và phương pháp số vào lĩnh vực điện, đặc biệt là trong bối cảnh các đô thị lớn đang phát triển nhanh chóng.
II. Phương pháp số trong tính toán
Nghiên cứu sử dụng ba phương pháp số chính: phương pháp sai phân hữu hạn (FDM), phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), và phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao thích nghi (hp-FEM). Các phương pháp này được áp dụng để giải các phương trình vi phân mô tả trường nhiệt và khả năng mang dòng của cáp ngầm. Mỗi phương pháp có ưu điểm riêng, đặc biệt là hp-FEM với khả năng thích nghi cao và độ chính xác vượt trội.
2.1. Phương pháp sai phân hữu hạn FDM
Phương pháp sai phân hữu hạn được sử dụng để rời rạc hóa các phương trình vi phân, chuyển đổi chúng thành các phương trình sai phân. Phương pháp này đơn giản và hiệu quả trong việc tính toán trường nhiệt và khả năng mang dòng của cáp ngầm.
2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn FEM
Phương pháp phần tử hữu hạn chia miền tính toán thành các phần tử nhỏ, từ đó xây dựng hệ phương trình đại số để tìm lời giải. Phương pháp này linh hoạt và phù hợp với các cấu trúc hình học phức tạp.
2.3. Phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao thích nghi hp FEM
hp-FEM kết hợp cải tiến kích thước phần tử (h) và bậc đa thức (p), mang lại độ chính xác cao và tốc độ hội tụ nhanh. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc mô phỏng các hệ thống phức tạp như cáp ngầm cao thế.
III. Khả năng mang dòng của cáp ngầm
Khả năng mang dòng của cáp ngầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm đặc tính nhiệt của môi trường xung quanh và nhiệt độ vận hành cho phép của cáp. Nghiên cứu tập trung vào việc tính toán phân bố trường nhiệt và khả năng mang dòng dựa trên các phương trình truyền nhiệt và phân tích dòng điện.
3.1. Phương trình truyền nhiệt
Phương trình truyền nhiệt được sử dụng để mô tả sự phân bố nhiệt trong cáp ngầm. Nghiên cứu áp dụng các phương trình này để tính toán nhiệt độ tại các điểm khác nhau trên cáp, từ đó đánh giá khả năng mang dòng.
3.2. Các thủ tục tính toán
Các thủ tục tính toán bao gồm việc xác định các thông số nhiệt, phân tích trường nhiệt, và tính toán khả năng mang dòng dựa trên các điều kiện vận hành thực tế.
IV. Kết quả và ứng dụng thực tế
Nghiên cứu đã đạt được các kết quả quan trọng, bao gồm việc phát triển các mô hình tính toán khả năng mang dòng của cáp ngầm bằng các phương pháp số. Các kết quả này được so sánh với dữ liệu thực tế và các phương pháp khác, cho thấy độ chính xác và hiệu quả cao. Nghiên cứu cũng mở ra hướng ứng dụng mới trong việc thiết kế và vận hành hệ thống điện.
4.1. So sánh kết quả
Các kết quả tính toán từ phương pháp số được so sánh với phương pháp phần tử biên và dữ liệu thực tế, cho thấy sự phù hợp và độ tin cậy cao.
4.2. Ứng dụng thực tế
Nghiên cứu cung cấp các phương pháp tính toán hiệu quả cho các kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống điện, đặc biệt là trong các đô thị lớn. Các kết quả này cũng có thể được áp dụng trong việc tối ưu hóa cáp và nâng cao an toàn điện.
