Mô hình toán học xác định biến thiên nhiệt độ trong dây cáp điện có kể đến ảnh hưởng của tải không ổn định

Nghiên cứu này trình bày mô hình toán học để xác định biến thiên nhiệt độ trong dây cáp điện khi tải không ổn định, dựa trên phân tích cơ chế truyền nhiệt và trao đổi nhiệt. Mục tiêu là cung cấp cơ sở cho việc thiết kế và kiểm tra dây cáp để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Nghiên cứu này hướng đến việc cung cấp một công cụ để tính toán, thiết kế và kiểm tra dây cáp điện, đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí trong hệ thống truyền tải điện năng.

Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng một mô hình toán học chi tiết để mô tả sự phân bố nhiệt độ trong dây cáp điện hạ áp và trung áp khi tải không ổn định. Mô hình xem xét các yếu tố như vật liệu dẫn điện (đồng hoặc nhôm), lớp cách điện (XLPE), lớp vỏ (PVC), và điều kiện môi trường xung quanh (nhiệt độ, tốc độ gió). Phương pháp chia dây cáp thành các phần tử nhỏ theo phương bán kính cho phép thiết lập các phương trình cân bằng nhiệt chính xác cho từng phần tử. Mô hình này được giải bằng phương pháp lặp Gauss-Seidel để xác định quy luật phân bố nhiệt độ trong dây cáp.

Kết quả tính toán cho thấy nhiệt độ cao nhất tập trung ở tâm của lớp dẫn điện, phù hợp với hiệu ứng Joule-Lenz. Nhiệt độ giảm dần theo phương bán kính ra phía ngoài. Lớp vỏ có sự biến thiên nhiệt độ lớn nhất do hệ số dẫn nhiệt thấp. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, với cùng điều kiện, dây cáp nhôm có nhiệt độ cao hơn dây cáp đồng do điện trở suất của nhôm lớn hơn. Điều kiện môi trường, đặc biệt là nhiệt độ và tốc độ gió, ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ của dây cáp.

Mô hình này có thể được sử dụng để tính toán dòng điện định mức tối đa cho phép chạy qua dây cáp, đảm bảo an toàn và tránh quá nhiệt. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn trong việc thiết kế, lựa chọn và kiểm tra dây cáp cho các hệ thống truyền tải điện khác nhau.