vi

MC LC
LÝ LCH KHOA HC i
LIăCAεăĐOAN ii
LI CεăN iii
TÓM TT iv
ABSTRACT v
MC LC vi
CH VIT TT TRONG LUNăVĔN x
DANH SÁCH CÁC HÌNH xi
DANH SÁCH CÁC BNG xiv
Chngă1.ăTNG QUAN 16
1.1 Gii thiu vnăđ 16
1.2 Tng quan chung v lĩnhăvực nghiên cu. 17
1.2.1ăCácăphngăphápălỦăthuyt hin tiăđ đánhăgiáătrng thái nhit caăđng
dây trên không. 18
1.2.1.1 nhăhng caăđ võng vào gii hn nhit ca dây dn 20
1.2.1.2 nhăhng ca các thông số vt lý lên nhităđ ca dây dn 21
1.2.1.3ăCácăđiu tra thực nghim và thực hinăcácăphngăphápăsố choăđánhă
giá trng thái nhit ca dây dn. 23
1.2.3 Kt lun v cácăcôngătrìnhăđƣănghiênăcu 26
1. 3 Lý do chnăđ tài 27
1. 4 Mc tiêu nghiên cu caăđ tài 29

vii

1.5 Phm vi nghiên cuăvƠăđim mi caăđ tài 30
1.5.1 Phm vi nghiên cu caăđ tài 30
1.5.2ăĐim mi caăđ tài 30

3.2.3 Tn tht nhit bc x q
r
65
3.2.4 Tn tht nhităđốiăluăq
c
65
3.2.4.1 Tn tht nhităđốiăluătự nhiên 67
3.2.4.2 Tn tht nhităđốiăluăcỡng bc 68
Chngă 4. TÍNH TOÁN TRNG NHIT VÀ KH NĔNGă MANGă TI
CAăĐNG DÂY TRÊN KHÔNG 70
4.1ăTínhătoánătrng nhit quanh dây dn bằng Comsol Multiphysics (FEM) 70
4.1.1ăTrng hp mt 71
4.1.2ăTrng hp hai 76
4.2 Kh nĕngămangăti ca dây dnătrênăkhôngădiătácăđng caăđiu kin môi
trngăvƠăđiu kin vt lý. 79
4.2.1 nhăhng ca tốcăđ gióăvƠăhng gió 83
4.2.2 nhăhng ca nhităđ môiătrng. 86
4.2.3 nhăhng ca h số bc x ł 88
4.3ăTrng nhit ca dây dnădi nhăhng caăđiu kinămôiătrng và dòng
ti. 90
4.4 Tính toán kh nĕngămangăti ca dây dnătrênăkhôngătheoăđiu kin khí hu
thực t  Vit Nam. 95
4.4.1 Kh nĕngămangăti ca dây dn trên không di nhăhng ca khí hu
min Bc. 96
4.4.2 Kh nĕngămangăti ca dây dnătrênăkhôngădi nhăhng ca khí hu
min Trung. 99

ix

4.4.3 Kh nĕngămangăti ca dây dnătrênăkhôngădi nhăhng ca khí hu

OHL - Overhead Lines
NSM - Numerical Sag Method
QCXDVN ậ Quy Chun Xây Dựng Ca Vit Nam
SAW - Surface Acoustic Wave

-11-

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 1.1 Sự hình thƠnhăđ võng ca 1 khongăvt 5
Hình 1.2 So sánh gia NSM và HSM cho dây dn Drake viăđng kính ngoài
28.14 mm [16] 6
Hình 2.1 δuăđ gii ptvp bằng FEM 18
Hình 2.2 Các phn t căbn: a) 1D, b) 2D, c) 3D 19
Hình 2.3 Ri rc hoá min kho sát bi các phn t 1DălƠăđon thẳng 21
Hình 2.4ăăHƠmăắhình dáng”ăca phn t e 22
Hình 2.5 Li gii FEM và li gii gii tích ca Ví d 01 24
Hình 2.6 Phn t tam giácătrongăli 2D 25
Hình 2.7 Hàm hình dáng tiăđnh 1 ca phn t tam giác 25
Hình 2.8 Li gii FEM và li gii gii tích ca Ví d 02 28&29
Hình 2.9 Minh ho Delaunay và Locally Delaunay 31
Hình 2.10 δi tam giác Delaunay 32
Hình 2.11 Min kho sát ca bài toán Poisson 35
Hình 2.12 Ri rc hoá min kho sát bài toán Poisson 36
Hình 2.13 Li giiăphngătrìnhăPoisson 36
Hình 2.14 Giao din chính ca Comsol Multiphysics v 3.4 38

Hình 4.19: phân bố nhit xung quanh dây dn ACSR 240/32 bằng FEM 82
Hình 4.20ăĐ th nhităđ khi ct ngang min khoăsátătheoăphngăx 83
Hình 4.21 Kh nĕngămangăti ca dây dn ACSR 240/32 viăđiu kin khí hu min
Bc 84
Hình 4.22 Kh nĕngămangăti ca dây dn ACSR 240/32 viăđiu kin khí hu min
Trung 85
Hình 4.23 Kh nĕngămangăti ca dây dn ACSR 240/32 viăđiu kin khí hu min
Nam 88
Hình 4.24 Kh nĕngămangăti ca dây dn ACSR 240/32 viăđiu kin khí hu
min Bc , min Trung , min Nam và số liu theo thit k 89 -14-

DANH SÁCH CÁC BNG

BNG TRANG
Bng 2.1ăăăĐánhăgiáăsaiăsố li gii trong Ví d 01 24


Bng 4.13 Nhiêtăđ môiătrng, tốcăđ gió,ăđ caoăvƠăgócăphngăv ca mặt tri
theo 12 tháng ca tnhăNamăĐnh 81
Bng 4.14 Các thông số đ mô phỏng bằng Comsol cho khí hu min bc 82
Bng 4. 15 Nhităđ dây dn và kh nĕngămangăti ca dây dn thính theo FEM và
IEEE theo khí hu thực t min Bc 83
Bng 4.16 Nhiêtăđ môiătrng, tốcăđ gió,ăđ caoăvƠăgócăphngăv ca mặt tri
theo 12 tháng ca thành phố ĐƠăNẵng 85
Bng 4.17 Các thông số đ mô phỏng bằng Comsol cho khí hu min Trung 85
Bng 4. 18 Nhităđ dây dn và kh nĕngămangăti ca dây dn thính theo FEM và
IEEE theo khí hu thực t min Trung 85
Bng 4.19 Nhiêtăđ môiătrng, tốcăđ gió,ăđ caoăvƠăgócăphngăv ca mặt tri
theo 12 tháng ca tnh CnăTh 87
Bng 4.20 Các thông số đ mô phỏng bằng Comsol cho khí hu min Nam 87
Bng 4. 21 Nhităđ dây dn và kh nĕngămangăti ca dây dn thính theo FEM và
IEEE theo khí hu thực t min Nam 87 -16-

Chngă1
TNG QUAN

1.1 Gii thiu vnăđ

truyn tiăđin và mngăli phân phối hinănayăđc thit k đặc bit phù hp cho
truyn ti và phân phối mtălng lnănĕngă lngăvƠăđm boăđ tin cy ca h
thốngăđin.ăTácăđng ca sự phát trin ca máy phát phân phối (DG) vào mngăli
phân phốiăđòiăhỏi phi có nhngăthayăđiăđángăk trong sự phát trin ca h thống
đinăđ tích hpăđyăđ DG và chia sẻ trách nhim trong vic cung cp các dch v
hỗ tr h thống (ví d nhăph ti, tn số vƠăđinăápăquyăđnh).
Các nhà khai thác mng phân phối phiăđối mặt mt thách thcăđóălƠăsự gia
tĕngăca ti tiêu th, các nhà máy phân phốiăđinăcũngă phátătrin và vnăđ môi
trngăđối lpăđn vic xây dựngăcăs h tng mi. Vì vy, nó tr nên rt quan
trngăđ cố gngătĕngăkh nĕngăs dng các h thốngăđin hin có mt cách hiu
qu, an toàn và tit kim chi phí.
1.2 Tng quan chung v lĩnhăvực nghiên cứu.
Trong đaăsố cácătrng hp, các thành phn mngăđin hotăđng rt phc
tpăđiu kin năđnh hay không năđnh, gây ra sự khóăkhĕnăkhiăs dng truyn
nhităđnăginătngăquanăthuăđcăchoăcácătrng hpăđnăginăđ đánhăgiáătrng
thái nhit các thành phn.
Nh đƣă gii thiu, các công ngh phátă đin miăđc hòa vào mngă li
phân phốiăđinăvƠăđiu này dnăđn mt sự giaătĕngăđángăk công sut truyn ti.
Nâng cp và xây dựng mi mtăđngădơyăthng là tốn kém cho các nhà khai thác
mng. Doăđó,ămt bin pháp cn thit là có th vnăhƠnhăđng dây truyn ti và
phân phối  dòngăcaoăhnăti nhităđ cao là mt bin pháp có th cho kt qu tối
u. Đ chính xác caăcácăphngăphápădự đoánătrng thái nhit ca dây dn là rt
quan trng,ăđặc bitălƠătrongăcácătrng hp khi mngăđcăkhaiăthácătrongăđiu
kin ti cao. Cácă phngă phápăgiámă sátă dòngă đină đòiăhỏi sự hin din ca con
ngi trong vùng lân cn caăđng dây, cùng viăcácăphngătinăcăs trong quá
trình thực hinăđoăđt. -18-



-19-

tr trênăthayăđi trong các tiêu chun khác nhau. Ví d - Các khuyn cáo kỹ thut
ca IEC 61597 [14] s dng giá tr tốcăđ gió là 1m/săchoătínhătoánăcácăđnh mc.
Các kho sát ca IEEE và CIGRE cho thy mt số tinăíchăđƣătĕngădnăđnh mc
đng dây bằng cách ni lỏng mt số gi đnhăđánhăgiá.ăTi mt số các dòngăđin
gi đnh, vn tốc gió cỡng bc là 0,91m/s hoặcăcaoăhn [11].
Douglassăcũngănhn mnh trong [11] rằng nó là rt quan trngăđ điăvƠoăxemă
xét thực t đng dây mang ti rt cao, nhităđ lõi ca mt dây dn có th caoăhnă
10-15 ° C nhităđ b mặt caănóăvƠădoăđóăđ tính toán võng hiu qu nên s dng
nhităđ trung bình ca mặt ct ngang thay vì nhităđ b mặt.
Trong [15] Schmidt cho thy c hai tiêu chun, c th lƠăphngăpháp IEEE
và CIGRE, dựaătrênăcácăphngătrìnhătruyn nhit cùng s dngăphngăphápătip
cnăkhácănhauăđ tínhătoánăđánhăgiáănhit. Trong khi, tiêu chun IEEE bỏ qua tn
tht lõi từ tính,ăthìăphngăphápăCIGREăbaoăgm tn tht lõi từ tính và hiu ng b
mặtătrongăphngătrình.ă
Sự khác bit chính giaăphngăphápăIEEEăvƠăphngăphápăCIGREălƠăIEEEă
dựa trên vic s dng các d liu dng Bng đ xácăđnhăđiu kin cân bằngănĕngă
lngăkhácănhauătrongăphngătrình,ătrongăkhiăCIGREăs dngăphngătrìnhădng
kínăđ tính toán các đốiătng tngătự.ăPhngăphápăIEEEăb hn ch trong ng
dngădoăcácătrng hpămôiătrng xem xét hn ch.ăĐối vi thit k đng dây và
cácăđiu kin hotăđng thực t nht, c haiăphngăphápăchoăkt qu tngătự.Tuy
nhiên,ăđối vi mt số ng dngăđin Hình,ănhăvn tốc gió cao và tính toán tốcăđ
gió song song, có sự thayăđiăđángăk trongăcácăđánhăgiáădự đoánăthìăcácăkỹ săthực
hin mt quytăđnhăthayăđiănƠoăđóă haiăphngăphápătrên.


ngoài 28.14 mm [16]
Khi dây dn ACSR vn hành  nhităđ vt mc xp x 93
o
C thì nhôm bt
đu bin dng. Sự bin dng này làm già hóa các dây dn và dnăđn dây dn b phá
v diăcácă điu kinăgióăvƠăbĕng tuyt.ăĐ ngĕnăchặnăđiu này xy ra, dây dn
ACSRăthngăđc gii hn  nhităđ 70
o
C đn 80
o
C [16], [26], [17].
1.2.1.2 nhăhởng ca các thông số vt lý lên nhităđ ca dây dn
Đc đ cp trong [18] mt phân tích nh hng ca các thông số vt lý vào
nhităđ đnh mc ca ACSR, dựaătrênăcácăphngătrìnhănhit từ tiêu chun IEEE
738 ậ 2006, và tho lun làm th nào thông tin này có th đc s dng bi các
nhân viên ngành công nghip phc v liăíchăđ cătínhătácăđng các yu tố khác
nhau.
Kh nĕngămangădòngăcaăđng dây trên không chu nhăhng rt ln bi
sự làm mát ca dây dnădoăđốiăluăcỡng bc. Nhng tn tht do bc x và do bốc
hiăthpăhnăđángăk ti nhităđ môiătrng xung quanh. Mt phiên bn m rng
caăphngătrìnhăcơnăbằngănĕngălngăđ xácăđnh mốiătngăquanăgiaădòngăđin -22-

ca dây dn và nhităđ ca nó cho trng thái năđnhăđƣăđc trình bày bi Morgan
[19]. Trong bài báo này li ích nhită(trênăđnăv chiuădƠiătrênăđnăv thi gian) do
Joule, sc từ,ănĕngălng mặt tri và nhităionăhóaă(corona)ăđc cân bằng bi tn
tht nhitădoăđốiălu,ăbc x và bốcăhiănc. NhităJouleăđcătínhătoánănhămt
hàm caă dòngă đin, nhităđ môiă trngăvƠăđin tr ca dây dn ph thuc vào


(1.2)
 đơyăT
C
là nhităđ ca lõi thép (
o
C); T
S
là nhităđ ca b mặt dây dn (
o
C);
P
t
là tng ngun nhit vào (W/m); D
1
và D
2
lƠăđng kính bên ngoài và bên trong
tngă ng. Trong [20],ă Blackăcũngă điu tra kh nĕngă mangăti ca dây dn ph
thuc vào radient nhităđ bên trong dây dnănhăth nào bằng các mô hình đẳng
nhităvƠăkhôngăđẳng nhit. Sự so sánh cho thy rằng mô hình đẳng nhit dự đoánă
đánhăgiáăkh nĕngămangăti ca dây dn là đyăđ chính xác. Sự khác bit nhităđ
tốiăđaăthuăđc từ các mô hình trên cho dây dn có nhităđ nĕmătrongăkhong 10
o
C
đn 100
o
C.
Morgan [21]ăđƣătho lun chi tit v sự nhăhngănhăth nào ca các yu tố
khácănhauăđn nhităđnh mc cho mt dây dn ACSR 596 mm

aSfC
).( 

(1.3)
Mối quan h gia Nu và số Re dng tng quát có th đcătrìnhăbƠyănhăsau:

n
BNu Re
(1.4)
S dng các kt qu thực nghim, các tác gi ci tinăphngătrìnhăs dng
cho các tính toán trng thái nhit ca dây dn.ăĐ nhám b mặt (H / D) cho mt si
dây dnăđcăđnhănghĩaălƠătỷ l đ nhám và bằng:
)).(2/(/ dDdDH 

(1.5) -24-

TrongăđóăH là chiu cao (m); d lƠăđng kính ca mt si dây (m) và D là
đng kính ngoài ca dây dnă(m).ăNhăvy,ătrongătrng hp caăđốiăluăcỡng
bc vi tốcăđ gió nhỏ hnă1ămă/ăsăcác tác gi nhn thy [18]:
343,0
Re566,1 Nu

choăđ nhám b mặt nhỏ hnă0,1 (1.6)
362,0
Re325,1 Nu

choăđ nhám b mặt lnăhnă0,1 (1.7)

s

ngun nhit thu vào từ ánh nng mặt tri (W/m); I lƠădòngăđin ca dây dn (A);
R(T
c
) lƠăđin tr AC ti nhităđ T
c
ca dây dnă(Ω/m).

).(
44
asBr
TTDq


(1.9) -25-

Trongăđó:
D:ălƠăđng kính ngoài ca dây dn [m]
ł: Là h số phát x
Ł
B
: Là hằng số Stefan ậ Boltzmann [5,67x10
-8
W.m
-2
.K


38
) (10.896,0 DTTGr
as

(1.12)
Từ
kDhNu /.
(1.13)
Chúng ta có:

25,0
.29,1








D
TT
h
as

(1.14)
Vì vy truyn nhităđốiăluăcóăth đc xácăđnh nhăsau:
c th.
1.2.3 Kt lun v cácăcôngătrìnhăđƣănghiênăcứu
Sự phát trin caă cácă nhƠă máyăđină nĕngă lng tái to có th dnă đn số
trng hp tĕngăđángăk dòngăđinăđặt trên mngăli truyn ti và phân phối. Các
tiêu chun công nghip hinăcóăthng bo th trong vic dự đoánăkh nĕngămangă
ti ca các dây dn trên không và bằng cách s dngăphơnătíchăchínhăxácăhnăvƠădự
đoánăcácăcôngăc có th cung cp cho các nhà khai thác mng vi các thông tin khai
thác trităđ phm vi kh nĕngămangădòngăđin caăđng dây trên không mt cách
an toàn.
Tài liu nghiên cu thực hin trên các dây dn trên không ch ra rằng rt
nhiu các mô hình tham số gpăđƣăđc phát trin,ănhngăcácămôăhình hin có này
cũng thng xuyên cho kt qu mâu thun. [25] -27-

Phân tích ca các nghiên cuăđc công bố cũngăchoăthy rằng mt số lng
rt hn ch ca nghiên cuăđƣăđc dành riêng cho vic s dngăcácăphngăphápă
truyn nhităđ dự đoánătrng thái nhit ca dây trên không, mặc dù nó có th s
dngăphngăphápătngătự đƣăđc s dngăđ phân tích các quá trình truyn nhit
trong Hình hcătraoăđi nhit phc tp.
Cácăphngăphápătínhătoánătrng thái nhit ch yu là dây dnăđnăđc mô
t trong các tác phm xut bnăthngăđc dựa trên các mô hình tham số gp. Loi
mô hình này s dng mốiătngăquanăbánăthực nghimăkhácănhauăđ xácăđnh tn
tht nhitădoăđốiăluătự nhiên vƠăđốiăluăcỡng bc.
Choăđn nay ch có duy nht mt bài nghiên cuăđƣăđc xut bnătrongăđóă
vic áp dng phngăphápăkỹ thut kim soát th tíchăđƣăđc s dngăđ phân tích
nhit ca mtădơyăđinăcáchăđinăđặt trong không khí [24].ăCácătrng hpăđc coi
là rtăđnăginăvƠăphngătrìnhăboătoƠnănĕngălng ch đc gii quyt, vi dòng
chy caăkhôngăkhíăxungăquanhăcácădơyăkhôngăđcăđaăvƠoăphơnătích.ăng dng

đ mƠăđối viăphngăphápăgii tích c đin s rt khó hoặc không th tìmăđc li
gii.
Đ tính toán kh nĕngămangăti caădơyătrênăkhông,ăcóăhaiăphngăphápăđƣă
đc các kỹ săcũngănhăcácănhƠănghiênăcu s dng:ăPhngăphápăgii tích và
phngă phápăsố hină điă nhă đƣănêuătrên.ă NgƠyă nay,ăphngă phápă gii tích vn
đc s dng và các hip hi tiêu chun quốc t ln nht trên th gii là IEEE,
CIGREăvƠăIECăđƣăchp nhnăphngăphápăgiiătíchălƠăphngăphápăcăs ca h.
Ngoài ra, kh nĕngămangăti caăđngădơyătrênăkhôngăđcătínhătoánătheoăphngă
pháp số hinăđi ch yu dựaătrênăFVε,ăFDεầă
Thôngăthng, khi dây mang ti, s có mt phnănĕngălng trong dây dn
tiêuăhaoădi dng nhit. Ngun nhit này s truyn từ b mặt ca dây dn ra môi
trng không khí xung quanh biăđốiăluăvƠăbc x. Ngoài ra, dây dn trên không
còn chu sự đốt nóng ca mặt tri. Nu nhăđiu kinămôiătrng không khí xung
quanhăthayăđi, nhitălng tỏa ra từ b mặtădơyăcũngăs thayăđi. Nuăcácăđiu kin
thi tit là xu,ăđiu này có th dnăđn hu qu là làm cho nhităđ caădơyătĕngă-29-

cao, làm gim kh nĕngămangădòng,ăthm chí là gây sự cố ctăđin do quá nhit.
Nuăđiu kin thi tit là tốt nhităđ ca dây dn s gimăđi,ălƠmătĕngăkh nĕngă
mang dòng ca dây dn. Do vy, kh nĕngă mangă dòngă ca dây trên không ph
thuc phn lnăvƠoăđặc tính nhit caămôiătrng không xung quanh dây dn và
nhităđ vn hành cho phép ca dây dn. Chính vì l đó,ătínhătoánăphơnăbố trng
nhit gây ra bi tn tht trong dây dn và tn tht nhitădoăđiu kinămôiătrng
(điu này liên quan mt thităđn kh nĕngăti ca dây dnătrênăkhông)ălƠăđiu ht
sc cn thit.
1. 4 Mc tiêu nghiên cứu caăđ tài
Các nghiên cuăđc mô t trong lună vĕnănƠyă nhằm mcă đíchă cungă cp
nhng hiu bit mi v trng thái nhit caăđng dây trên không (OHL) cũngănhă

không vi mcăđ s dngămƠăvƠiănĕmătrcăđơyăcóăth không ngh ti.
1.5 Phm vi nghiên cứuăvƠăđim mi caăđ tài
1.5.1 Phm vi nghiên cứu caăđ tài
Trong khuôn kh ca lună vĕnănƠy,ă chúngă tôiătp trung vào vic s dng
phngăphápăPhn t hu hn thích nghi (Adaptive ậ Finite Element Method: A-
FEM) thông qua modul truyn nhit trong phn mmăComsolăεultiphysicsăđ tính
toán phân bố trng nhit và kh nĕngămangăti caăđng dây trên không trong
trng thái nă đnh. Kt qu tínhă toánă trng nhit dùng phn mm Comsol
Multiphysics s đc kim chng thông qua vic so sánh kt qu đƣăđc tính toán
biăphngăphápăth tích hu hn (FVM) và kt qu tínhătoánădùngăphngăphápă
gii tích theo tiêu chun IEEE-738. Sau khi kim chng kt qu, chúng tôi s s
dng các số liu thực t ca khí hu vùng min Vit Nam đ mô phỏngăcũngănhă
đánhăgiáăkh nĕngămangăti caăđng dây trên không  trng thái năđnh.
1.5.2ăĐim mi caăđ tài
ĐơyălƠălnă đu tiên  Vit Nam, vic ng dng Modul truyn nhit trong
phn mmăComsolăεultiphysicsăđc s dngăđ tínhătoánătrng nhit caăđng
dơyătrênăkhông.ăQuaăđóălƠmăcăs tính toán kh nĕngămangădòngăcaăđng dây