Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE: Tính Toán Khả Năng Mang Tải Đường Dây Trên Không

Luận văn thạc sĩ HCMUTE phân tích khả năng mang tải của đường dây trên không bằng phương pháp phần tử hữu hạn, cung cấp kiến thức chuyên sâu.

• Tác giả: Trần Thiện Tường
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Phan Tú
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Tính Toán Khả Năng Mang Tải Của Đường Dây Trên Không Bằng Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu vấn đề
• 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.3. Các phương pháp lý thuyết hiện tại để đánh giá trạng thái nhiệt của đường dây trên không
• 1.4. Kết luận về các công trình đã nghiên cứu
• 1.5. Lý do chọn đề tài
• 1.6. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.7. Phạm vi nghiên cứu và điểm mới của đề tài
• 1.7.1. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.7.2. Điểm mới của đề tài
• 1.8. Nội dung của luận văn
• 1.9. Ý nghĩa của đề tài
• 2. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHẦN MỀM COMSOL MULTIPHYSICS
• 2.1. Giới thiệu về phương pháp Phần tử hữu hạn
• 2.2. Các bước cơ bản trong thủ tục phân tích FEM
• 2.2.1. Rời rạc hóa miền khảo sát
• 2.2.2. Lựa chọn hàm đa thức
• 2.2.3. Thiết lập hệ phương trình
• 2.2.4. Giải hệ phương trình
• 2.2.5. Lưới thích nghi 2D
• 2.3. Giải thuật tạo lưới Delaunay thích nghi
• 2.4. Ưu điểm của lưới Delaunay thích nghi
• 2.5. Giới thiệu phần mềm COMSOL MULTIPHYSICS
• 3. TRƯỜNG NHIỆT VÀ KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA DÂY DẪN TRÊN KHÔNG
• 3.1. Phương trình truyền nhiệt của dây dẫn trên không
• 3.2. Khả năng mang tải của dây dẫn trên không
• 3.2.1. Nhiệt do hiệu ứng Joule qj
• 3.2.2. Nhiệt sinh ra do hấp thụ của bề mặt dây dẫn qs
• 3.2.3. Tổn thất nhiệt bức xạ qr
• 3.2.4. Tổn thất nhiệt đối lưu qc
• 3.2.4.1. Tổn thất nhiệt đối lưu tự nhiên
• 3.2.4.2. Tổn thất nhiệt đối lưu cưỡng bức
• 4. TÍNH TOÁN TRƯỜNG NHIỆT VÀ KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG
• 4.1. Tính toán trường nhiệt quanh dây dẫn bằng Comsol Multiphysics (FEM)
• 4.1.1. Trường hợp một
• 4.1.2. Trường hợp hai
• 4.2. Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dưới tác động của điều kiện môi trường và điều kiện vật lý
• 4.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ gió và hướng gió
• 4.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường
• 4.2.3. Ảnh hưởng của hệ số bức xạ ε
• 4.2.4. Trường nhiệt của dây dẫn dưới ảnh hưởng của điều kiện môi trường và dòng tải
• 4.3. Tính toán khả năng mang tải của dây dẫn trên không theo điều kiện khí hậu thực tế ở Việt Nam
• 4.3.1. Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dưới ảnh hưởng của khí hậu miền Bắc
• 4.3.2. Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dưới ảnh hưởng của khí hậu miền Trung
• 4.3.3. Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dưới ảnh hưởng của khí hậu miền Nam
• 4.3.4. Nhận xét về khả năng mang tải của đường dây trên không dưới ảnh hưởng bởi khí hậu của các vùng miền của Việt Nam
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về tính toán khả năng mang tải

Trong bối cảnh hiện nay, việc tính toán khả năng mang tải của đường dây trên không trở nên cấp thiết. Sự gia tăng công suất truyền tải từ các nguồn năng lượng tái tạo yêu cầu các nhà khai thác mạng phải đánh giá lại khả năng mang tải của các đường dây hiện có. Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mà còn giảm thiểu chi phí xây dựng mới. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) đã được áp dụng để mô phỏng và tính toán khả năng mang tải của các dây dẫn như dây nhôm và nhôm lõi thép. Sự chính xác trong việc tính toán này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện khí hậu, tốc độ gió và nhiệt độ môi trường. Theo nghiên cứu, việc hiểu rõ về phân bố nhiệt bên trong dây dẫn là rất quan trọng để quản lý hiệu quả mạng lưới điện.

1.1. Lý do chọn đề tài

Lý do chọn đề tài này xuất phát từ nhu cầu cấp thiết trong việc nâng cao khả năng mang tải của đường dây trên không. Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho phép mô phỏng chính xác hơn các điều kiện thực tế mà các dây dẫn phải chịu đựng. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Nghiên cứu này cũng nhằm cung cấp một cái nhìn tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng mang tải, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện hiệu quả hoạt động của mạng lưới điện.

II. Phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm COMSOL Multiphysics

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất trong việc phân tích và tính toán khả năng mang tải của đường dây trên không. Phần mềm COMSOL Multiphysics cung cấp một nền tảng linh hoạt cho việc mô phỏng các hiện tượng vật lý phức tạp. Các bước cơ bản trong thủ tục phân tích FEM bao gồm rời rạc hóa miền khảo sát, lựa chọn hàm đa thức, thiết lập hệ phương trình và giải hệ phương trình. Việc sử dụng lưới Delaunay thích nghi giúp cải thiện độ chính xác của mô hình. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng FEM trong tính toán khả năng mang tải có thể mang lại kết quả chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống.

2.1. Giới thiệu về phần mềm COMSOL Multiphysics

COMSOL Multiphysics là một phần mềm mạnh mẽ cho phép mô phỏng đa vật lý, giúp người dùng dễ dàng thực hiện các phân tích phức tạp. Phần mềm này hỗ trợ nhiều lĩnh vực nghiên cứu, từ cơ học đến điện từ, và đặc biệt hữu ích trong việc tính toán khả năng mang tải của đường dây trên không. Với giao diện thân thiện và khả năng tích hợp các mô hình vật lý khác nhau, COMSOL giúp người dùng dễ dàng thực hiện các mô phỏng và phân tích, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho các vấn đề kỹ thuật.

III. Tính toán trường nhiệt và khả năng mang tải của dây dẫn trên không

Tính toán trường nhiệt xung quanh dây dẫn là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá khả năng mang tải của đường dây trên không. Nhiệt độ của dây dẫn không chỉ phụ thuộc vào dòng điện mà còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như tốc độ gió, hướng gió và nhiệt độ môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiệt do hiệu ứng Joule, nhiệt sinh ra do hấp thụ bề mặt và tổn thất nhiệt bức xạ đều có ảnh hưởng lớn đến khả năng mang tải. Việc tính toán chính xác các yếu tố này sẽ giúp các nhà khai thác mạng có thể điều chỉnh và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện.

3.1. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường

Điều kiện môi trường như tốc độ gió và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến khả năng mang tải của đường dây trên không. Nghiên cứu cho thấy rằng khi tốc độ gió tăng, khả năng tản nhiệt của dây dẫn cũng tăng, từ đó làm giảm nhiệt độ của dây dẫn và tăng khả năng mang tải. Ngược lại, trong điều kiện nhiệt độ cao, khả năng mang tải sẽ giảm. Việc hiểu rõ mối quan hệ này giúp các nhà khai thác mạng có thể điều chỉnh hoạt động của hệ thống điện một cách hiệu quả hơn.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã chỉ ra rằng việc tính toán khả năng mang tải của đường dây trên không bằng phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp hiệu quả và chính xác. Các kết quả thu được từ nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc quản lý và vận hành hệ thống điện. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện các mô hình tính toán, áp dụng công nghệ mới trong việc giám sát và quản lý nhiệt độ của dây dẫn, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của mạng lưới điện.

4.1. Hạn chế và đề xuất

Mặc dù nghiên cứu đã đạt được nhiều kết quả tích cực, vẫn còn một số hạn chế cần được khắc phục. Việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong một số điều kiện cụ thể có thể gặp khó khăn. Do đó, cần có thêm các nghiên cứu để mở rộng phạm vi áp dụng của phương pháp này. Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo là nên kết hợp các công nghệ mới như cảm biến và trí tuệ nhân tạo để nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc tính toán và giám sát khả năng mang tải của đường dây trên không.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng các công nghệ phát điện mới và năng lượng tái tạo như gió, sinh khối, năng lượng mặt trời, việc hòa lưới các nguồn điện này vào mạng phân phối điện đã làm tăng đáng kể công suất truyền tải. Theo báo cáo ngành, nâng cấp hoặc xây dựng mới đường dây truyền tải thường tốn kém, do đó việc khai thác tối đa khả năng mang tải của các đường dây trên không hiện có là rất cần thiết. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tính toán khả năng mang tải của đường dây trên không (dây nhôm và nhôm lõi thép) bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng phần mềm Comsol Multiphysics, nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như gió, hướng gió, nhiệt độ môi trường, hệ số bức xạ và hệ số hấp thụ đến khả năng mang tải của đường dây.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào trạng thái ổn định của trường nhiệt quanh dây dẫn trên không, áp dụng cho điều kiện khí hậu thực tế tại các vùng miền Việt Nam. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp công cụ tính toán chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống, giúp các nhà khai thác mạng điện vận hành đường dây an toàn, hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Kết quả nghiên cứu cũng hỗ trợ trong việc lập kế hoạch vận hành và nâng cao độ tin cậy của hệ thống truyền tải điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai nền tảng lý thuyết chính: phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và các mô hình truyền nhiệt của dây dẫn trên không. FEM là phương pháp số mạnh mẽ để giải các phương trình vi phân riêng phần mô tả truyền nhiệt, cho phép mô phỏng trường nhiệt trong các hình học phức tạp và môi trường không đồng nhất. Các khái niệm chính bao gồm:

• Phương trình truyền nhiệt: cân bằng năng lượng giữa nhiệt sinh ra do dòng điện (hiệu ứng Joule), nhiệt hấp thụ từ bức xạ mặt trời, và tổn thất nhiệt qua đối lưu (tự nhiên và cưỡng bức) cùng bức xạ.
• Khả năng mang tải của dây dẫn: được xác định dựa trên nhiệt độ tối đa cho phép của dây dẫn, ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường và vật lý như tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ môi trường, hệ số bức xạ và hấp thụ.
• Mô hình lưới Delaunay thích nghi: kỹ thuật tạo lưới tam giác thích nghi trong FEM giúp tăng độ chính xác và hiệu quả tính toán.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm số liệu khí hậu thực tế của các vùng miền Việt Nam, thông số kỹ thuật của dây dẫn nhôm và nhôm lõi thép, cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE-738, IEC 61597 và CIGRE. Phương pháp phân tích chính là mô phỏng trường nhiệt bằng FEM sử dụng phần mềm Comsol Multiphysics, với các bước:

• Rời rạc hóa miền khảo sát thành các phần tử tam giác theo lưới Delaunay thích nghi.
• Lựa chọn hàm đa thức Lagrange tuyến tính để xấp xỉ nghiệm.
• Thiết lập và giải hệ phương trình ma trận mô tả truyền nhiệt trong dây dẫn và môi trường xung quanh.
• Kiểm chứng kết quả mô phỏng bằng so sánh với phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) và phương pháp giải tích theo tiêu chuẩn IEEE-738.
• Mô phỏng khả năng mang tải của dây dẫn dưới các điều kiện khí hậu đặc trưng của miền Bắc, miền Trung và miền Nam Việt Nam.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 10/2011 đến tháng 10/2013 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân bố trường nhiệt quanh dây dẫn: Kết quả mô phỏng FEM cho thấy nhiệt độ bề mặt dây dẫn phân bố không đồng đều, chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi tốc độ và hướng gió. Ví dụ, khi tốc độ gió tăng từ 0,2 m/s lên 4 m/s, nhiệt độ dây dẫn giảm đáng kể, làm tăng khả năng mang tải lên đến khoảng 15-20%.

2. Ảnh hưởng của hướng gió: Hướng gió vuông góc với dây dẫn giúp làm mát hiệu quả hơn so với hướng gió song song, dẫn đến khả năng mang tải tăng trung bình 10% khi hướng gió thay đổi từ song song sang vuông góc.

3. Tác động của nhiệt độ môi trường và hệ số bức xạ: Nhiệt độ môi trường tăng từ 20°C lên 40°C làm giảm khả năng mang tải của dây dẫn khoảng 12%. Hệ số bức xạ thay đổi trong khoảng 0,3 đến 0,7 cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ dây dẫn, với khả năng mang tải giảm khoảng 8% khi hệ số bức xạ tăng.

4. Khả năng mang tải theo điều kiện khí hậu vùng miền Việt Nam: Mô phỏng cho thấy dây dẫn tại miền Bắc có khả năng mang tải thấp hơn khoảng 10% so với miền Nam do nhiệt độ môi trường và tốc độ gió thấp hơn. Miền Trung có khả năng mang tải trung bình, chịu ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu biến đổi theo mùa.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các biến động khả năng mang tải là do sự thay đổi trong truyền nhiệt đối lưu và bức xạ, phụ thuộc vào điều kiện môi trường. So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng FEM cho độ chính xác cao hơn so với phương pháp giải tích truyền thống, đặc biệt trong các điều kiện môi trường phức tạp. Việc sử dụng lưới Delaunay thích nghi giúp giảm sai số và tăng hiệu quả tính toán. Các biểu đồ nhiệt độ và khả năng mang tải theo từng điều kiện môi trường được trình bày chi tiết trong luận văn, minh họa rõ ràng sự ảnh hưởng của từng yếu tố.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc vận hành và quản lý mạng lưới điện, giúp các nhà khai thác có thể điều chỉnh tải hợp lý, tránh quá nhiệt và kéo dài tuổi thọ đường dây.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình FEM trong tính toán khả năng mang tải: Khuyến nghị các công ty điện lực sử dụng phần mềm Comsol Multiphysics hoặc các công cụ FEM tương tự để mô phỏng trường nhiệt và đánh giá khả năng mang tải chính xác hơn, đặc biệt trong các khu vực có điều kiện khí hậu phức tạp. Thời gian triển khai: 6-12 tháng.

2. Cập nhật dữ liệu khí hậu thực tế định kỳ: Đề xuất xây dựng hệ thống thu thập và cập nhật dữ liệu khí hậu vùng miền để điều chỉnh mô hình tính toán phù hợp với điều kiện thực tế, nâng cao độ tin cậy trong vận hành. Chủ thể thực hiện: Trung tâm khí tượng thủy văn và các công ty điện lực.

3. Đào tạo kỹ thuật viên và kỹ sư vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về phương pháp FEM và phân tích trường nhiệt cho đội ngũ kỹ thuật viên, kỹ sư nhằm nâng cao năng lực vận hành và bảo trì đường dây trên không. Thời gian: 3-6 tháng.

4. Xây dựng kế hoạch vận hành linh hoạt theo điều kiện môi trường: Sử dụng kết quả mô phỏng để thiết lập các kịch bản vận hành đường dây theo mùa, theo giờ trong ngày, nhằm tối ưu hóa khả năng mang tải và giảm thiểu rủi ro quá nhiệt. Chủ thể thực hiện: Ban điều độ hệ thống điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế và tư vấn điện lực: Sử dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế đường dây truyền tải và phân phối với khả năng mang tải tối ưu, phù hợp với điều kiện khí hậu thực tế.

2. Nhân viên điều độ hệ thống điện: Áp dụng mô hình tính toán để giám sát và điều chỉnh tải trên đường dây, đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả.

3. Quản lý mạng điện và nhà hoạch định chính sách: Tham khảo để xây dựng các chính sách vận hành, bảo trì và nâng cấp hệ thống truyền tải phù hợp với điều kiện khí hậu và nhu cầu phát triển năng lượng tái tạo.

4. Học viên, sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo học tập, nghiên cứu chuyên sâu về phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng trong tính toán khả năng mang tải đường dây trên không.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là gì và tại sao được sử dụng trong nghiên cứu này?
   FEM là phương pháp số để giải các phương trình vi phân riêng phần mô tả truyền nhiệt và các hiện tượng vật lý phức tạp. Nó được sử dụng vì khả năng mô phỏng chính xác trường nhiệt quanh dây dẫn trong hình học phức tạp và điều kiện môi trường đa dạng.

2. Các yếu tố môi trường nào ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng mang tải của đường dây trên không?
   Tốc độ và hướng gió, nhiệt độ môi trường, hệ số bức xạ và hệ số hấp thụ bề mặt dây dẫn là những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng mang tải, do chúng quyết định hiệu quả truyền nhiệt và làm mát dây dẫn.

3. Kết quả mô phỏng FEM có được kiểm chứng không?
   Có, kết quả được so sánh và kiểm chứng với phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) và phương pháp giải tích theo tiêu chuẩn IEEE-738, cho thấy sự tương đồng và độ chính xác cao.

4. Ứng dụng thực tế của nghiên cứu này trong vận hành mạng điện là gì?
   Nghiên cứu giúp các nhà khai thác mạng điện điều chỉnh tải hợp lý, vận hành đường dây ở dòng cao hơn an toàn, giảm chi phí nâng cấp và tăng độ tin cậy cung cấp điện.

5. Có thể áp dụng mô hình này cho các loại dây dẫn khác không?
   Mô hình có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các loại dây dẫn khác nhau, miễn là có đầy đủ thông số kỹ thuật và điều kiện môi trường phù hợp để mô phỏng trường nhiệt chính xác.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm Comsol Multiphysics để tính toán trường nhiệt và khả năng mang tải của đường dây trên không.
• Kết quả mô phỏng cho thấy các yếu tố môi trường như gió, nhiệt độ và bức xạ ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng mang tải của dây dẫn.
• Nghiên cứu cung cấp công cụ tính toán chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống, hỗ trợ vận hành an toàn và hiệu quả mạng điện.
• Đề xuất áp dụng mô hình FEM trong thực tế, cập nhật dữ liệu khí hậu và đào tạo nhân lực để nâng cao hiệu quả vận hành.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu cho các loại dây dẫn khác và tích hợp mô hình vào hệ thống quản lý vận hành mạng điện.

Hành động ngay: Các đơn vị liên quan nên bắt đầu triển khai đào tạo và áp dụng mô hình FEM để nâng cao hiệu quả vận hành đường dây trên không, góp phần phát triển hệ thống điện bền vững và an toàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THIỆN TƯỜNG TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 0 5 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THIỆN TƯỜNG TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: TRẦN THIỆN TƢỜNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: / /1986 Nơi sinh: Bình Phƣớc Quê quán: Thừa Thiên Huế Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Khoa Điện – Điện tử Trƣờng Cao đẳng Công thƣơng Tp.HCM Điện thoại cơ quan: 08.37313631(28) ĐTDĐ: [phone] E-mail cá nhân: tranthientuongdcn@gmail.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy - Thời gian đào tạo: tháng 10/2009 đến tháng 01/ 2011 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Điện Công Nghiệp. Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Trạm biến áp 110/22 kV Tân Thuận Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 17/01/2011, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Ngƣời hƣớng dẫn: ThS.

Nguyễn Nhân Bổn 2. Cao học Hệ đào tạo: Chính quy - Thời gian đào tạo: tháng 10/2011 đến tháng 10/ 2013 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên luận văn tốt nghiệp: Tính toán khả năng mang tải của đƣờng dây trên không bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Thời gian bảo vệ luận văn tốt nghiệp: 10/2013, tại Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Ngƣời hƣớng dẫn: TS.

Vũ Phan Tú i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Học viên thực hiện Trần Thiện Tƣờng ii Luan van LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gởi đến thầy TS.

Vũ Phan Tú lời cảm ơn chân thành và xâu sắc nhất. Trong thời gian qua, thầy luôn là ngƣời đề ra phƣơng hƣớng, hết lòng chỉ bảo, tận tình hƣớng dẫn để tôi hoàn thành cuốn luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn quí Thầy Cô trong ban giám hiệu, Khoa Điện – Điện tử, phòng Quản lý đào tạo - bộ phận sau đại học và thƣ viện Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin cảm ơn ba mẹ, anh chị em trong gia đình đã luôn luôn động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện cho con em đƣợc tiếp tục học tập nghiên cứu.

Sau cùng, tôi cũng gởi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cô giáo, các đồng nghiệp, các anh em và tất cả bạn bè đã giúp đỡ, động viên, góp ý xây dựng trong thời gian nghiên cứu, học tập và thực hiện luận văn này. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2013 Học viên thực hiện Trần Thiện Tƣờng iii Luan van TÓM TẮT Ngày nay, hầu hết các công nghệ phát điện mới của các nƣớc trên thế giới đƣợc hòa vào mạng lƣới phân phối điện và điều này dẫn đến một sự gia tăng đáng kể công suất truyền tải. Nâng cấp và xây dựng mới một đƣờng dây thƣờng là tốn kém cho các nhà khai thác mạng.

Do đó, chúng ta cần phải đánh giá khả năng mang tải của các đƣờng dây trên không hiện có với các điều kiện khí hậu và môi trƣờng lắp đặt để có thể vận hành đƣờng dây truyền tải và phân phối ở dòng cao hơn so với giới hạn dòng điện cho phép của nhà thiết kế. Trong luận văn này, chúng tôi tính toán khả năng mang tải của đƣờng dây trên không ( Dây nhôm và nhôm lõi thép) bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn dựa trên nền tản của phần mềm Comsol Multiphysics. Phần đầu của luận văn, chúng tôi tìm hiểu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, giới thiệu về phƣơng pháp phần tử hữu hạn và phần mềm Comsol Multyphysics. Phần hai của luận văn giới thiệu trƣờng nhiệt và khả năng mang tải của đƣờng dây trên không.

Phần ba của luận văn tính toán trƣờng nhiệt xung quanh dây dẫn cũng nhƣ xem xét các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng mang tải của đƣờng dây trên không nhƣ là gió, hƣớng gió, nhiệt độ môi trƣờng, hệ số bức xạ, hệ số hấp thụ… Ngoài ra, chúng tôi cũng tính toán lại khả năng mang tải của đƣờng dây trên không dƣới ảnh hƣởng của điều kiện khí hậu ở các vùng miền của Việt Nam. Phần cuối của luận văn đƣa ra các kết luận, hạn chế và hƣớng phát triển của đề tài. iv Luan van ABSTRACT Today, most of the new power generation technology in the world that the country was on the air distribution network and this leads to a significant increase in transmission capacity. Upgrade and build a line is often costly for network operators.

Therefore, we need to evaluate the load carrying capacity of existing overhead lines to the climatic conditions and the environment can be installed to operate transmission lines and distribution lines higher than current limit allows the designers. In this thesis, we calculate the load carrying capacity of overhead lines (aluminum cable and steel core aluminum cable) using the finite element method based on the software platforms of Comsol Multiphysics. The first part of the thesis, we find out an overview of the field of research, introduction to finite element methods and software Comsol Multyphysics. The second part of the thesis introduces the heat and load carrying capacity of overhead lines.

The third part of the thesis calculates the temperature around the wire as well as considering the factors affecting the load carrying capacity of overhead lines as wind, wind direction, ambient temperature, radiation coefficient, absorbance coefficient etc. In addition, we also calculated the load carrying capacity of overhead lines under the influence of climatic conditions in the region of Vietnam. The last part of the thesis to draw conclusions, limitations and development of the subject. v Luan van MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC.

i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN. vi CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN. x DANH SÁCH CÁC HÌNH.

xi DANH SÁCH CÁC BẢNG. xiv Chƣơng 1.1 Giới thiệu vấn đề.2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu.1 Các phƣơng pháp lý thuyết hiện tại để đánh giá trạng thái nhiệt của đƣờng dây trên không.1 Ảnh hƣởng của độ võng vào giới hạn nhiệt của dây dẫn .2 Ảnh hƣởng của các thông số vật lý lên nhiệt độ của dây dẫn .3 Các điều tra thực nghiệm và thực hiện các phƣơng pháp số cho đánh giá trạng thái nhiệt của dây dẫn.3 Kết luận về các công trình đã nghiên cứu. 3 Lý do chọn đề tài. 4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .29 vi Luan van 1.5 Phạm vi nghiên cứu và điểm mới của đề tài .1 Phạm vi nghiên cứu của đề tài.2 Điểm mới của đề tài .6 Nội dung của luận văn .7 Ý nghĩa của đề tài.

PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHẦN MỀM COMSOL MULTIPHYSICS .1 Giới thiệu về phƣơng pháp Phần tử hữu hạn .2 Các bƣớc cơ bản trong thủ tục phân tích FEM .1 Rời rạc hoá miền khảo sát .2 Lựa chọn hàm đa thức .3 Thiết lập hệ phƣơng trình .4 Giải hệ phƣơng trình .5 Lƣới thích nghi 2D.2 Giải thuật tạo lƣới Delaunay thích nghi .3 Ƣu điểm của lƣới Delaunay thích nghi .6 Giới thiệu phần mềm COMSOL MULTIPHYSICS. TRƢỜNG NHIỆT VÀ KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA DÂY DẪN TRÊN KHÔNG .1 Phƣơng trình truyền nhiệt của dây dẫn trên không.2 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không.62 vii Luan van 3.1 Nhiệt do hiệu ứng Joule qj .2 Nhiệt sinh ra do hấp thụ của bề mặt dây dẫn qs .3 Tổn thất nhiệt bức xạ qr .4 Tổn thất nhiệt đối lƣu qc .1 Tổn thất nhiệt đối lƣu tự nhiên.2 Tổn thất nhiệt đối lƣu cƣỡng bức. TÍNH TOÁN TRƢỜNG NHIỆT VÀ KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA ĐƢỜNG DÂY TRÊN KHÔNG .1 Tính toán trƣờng nhiệt quanh dây dẫn bằng Comsol Multiphysics (FEM) .1 Trƣờng hợp một.2 Trƣờng hợp hai .2 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dƣới tác động của điều kiện môi trƣờng và điều kiện vật lý.1 Ảnh hƣởng của tốc độ gió và hƣớng gió .2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng.3 Ảnh hƣởng của hệ số bức xạ ε .3 Trƣờng nhiệt của dây dẫn dƣới ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng và dòng tải.4 Tính toán khả năng mang tải của dây dẫn trên không theo điều kiện khí hậu thực tế ở Việt Nam.1 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dƣới ảnh hƣởng của khí hậu miền Bắc.2 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dƣới ảnh hƣởng của khí hậu miền Trung.99 viii Luan van 4.3 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dƣới ảnh hƣởng của khí hậu miền Nam .4 Nhận xét về khả năng mang tải của đƣờng dây trên không dƣới ảnh hƣởng bởi khí hậu của các vùng miền của Việt Nam. KẾT LUẬN, HẠN CHẾ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .2 Hạn chế của đề tài.3 Hƣớng phát triển của đề tài.107 Tài liệu tham khảo .93 ix Luan van CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AAAC - All Aluminium Alloy Conductors ACSR - Aluminium Conductor Steel Reinforced CFD - Computational Fluid Dynamics CIGRE - International Council on Large Electric Systems (Cons eil International des Grands Reseaux Électriques) DG - Distributed Generation BEM- Boundary Element Method FDM - Finite Difference Method FEM - Finite Element Method FVM - Finite Volume Method HSM - Hybrid Sag Method IEC - International Electrotechnical Commission IEEE - The Institute of Electrica l and Electronics Engineers OHL - Overhead Lines NSM - Numerical Sag Method QCXDVN – Quy Chuẫn Xây Dựng Của Việt Nam SAW - Surface Acoustic Wave -10- Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Sự hình thành độ võng của 1 khoảng vƣợt.2 So sánh giữa NSM và HSM cho dây dẫn Drake với đƣờng kính ngoài 28.1 Lƣu đồ giải ptvp bằng FEM .2 Các phần tử cơ bản: a) 1D, b) 2D, c) 3D .3 Rời rạc hoá miền khảo sát bởi các phần tử 1D là đoạn thẳng .4 Hàm “hình dáng” của phần tử e .5 Lời giải FEM và lời giải giải tích của Ví dụ 01 .6 Phần tử tam giác trong lƣới 2D .7 Hàm hình dáng tại đỉnh 1 của phần tử tam giác.8 Lời giải FEM và lời giải giải tích của Ví dụ 02 .9 Minh hoạ Delaunay và Locally Delaunay.10 Lƣới tam giác Delaunay .