Để đáp ứng yêu cầu vận hành hệ thống điện một cách có hiệu quả, không thể sử dụngcác công cụ tính toán và phân tích thông thường để giải quyết.. Một trong số đó, ETAP, là lựa chọn hàn
Trang 1KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP CHO BÀI TOÁN TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN
MIỀN NAM NĂM 2017
SINH VIÊN: TẠ ANH KIỆT
NHÂN
Trang 21 Họ và tên sinh viên được giao đề tài: Tạ Anh Kiệt, MSSV: 14046801
2 Tên đề tài
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP CHO BÀI TOÁN TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM NĂM 2017
3 Nội dung
- Tìm hiểu bài toán tính toán ngắn mạch
- Tìm hiểu về Hệ thống điện Việt Nam và hệ thống điện Miền Nam năm 2017
- Xử lý dữ liệu sơ đồ Hệ thống điện Miền Nam năm 2017 phục vụ bài toán tính toán ngắn mạch
- Tìm hiểu về phần mềm Etap và cách sử dụng các thanh công cụ
- Dùng phần mềm Etap áp dung ̣ cho hê ̣thống điêṇ Miền Nam năm 2017
- Xuất kết quả và nhận xét
4 Kết quả
- File dữ liệu cho bài toán tính toán ngắn mạch của Hệ thống điện Miền Nam năm 2017
- Kết quả chạy chương trình
Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm
20
Sinh viên
TS NGUYỄN TRUNG NHÂN TẠ ANH KIỆT
Trang 5-Suốt thời gian 4 năm học tập tại Trường Đại Học Công Ngiệp TPHCM, em đã học hỏiđược nhiều kiến thức mới trong học tập và cả trong cuộc sống thông qua sự giúp đỡ tận tìnhcủa các quý Thầy Cô trong việc truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu về kiến thứcchuyên ngành và các kinh nghiệm sống là nền tảng sau khi ra trường và định hướng trongtương lai.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Tiến sĩ Nguyễn Trung Nhân, Thầy là người đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận Em cũng xin chân thànhcảm ơn các Thầy Cô giáo Khoa Điện Trường Đại Học Công Ngiệp TPHCM đã dạy dỗ cho
em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ
sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quantâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp
Trang 8Bảng 2.1 Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch 29
Bảng 2.2 Loại thiết bị và nhiệm vụ mạng ½ chu kỳ 30
Bảng 2.3 Mô tả điện kháng siêu quá độ mạng ½ chu kỳ 30
Bảng 2.4 Loại thiết bị và nhiệm vụ 1/5 - 4 chu kỳ 31
Bảng 2.5 Mô tả điện kháng quá độ mạng lưới 1/5 – 4 chu kỳ 31
Bảng 2.6 Loại thiết bị và nhiệm vụ mạng lưới 30 chu kỳ 32
Bảng 2.7 Mô tả điện kháng trong mạng lưới 30 chu kỳ 32
Bảng 2.8 Giá trị hệ số c 35
Bảng 3.1: Danh mục các công trình nguồn điện mới dự kiến vận hành năm 2017 41
Bảng 3.2 Thông số máy phát 50
Bảng 3.3 Thông số nút 51
Bảng 3.4 Thông số máy biến áp hai cuộn dây 56
Bảng 3.5 Thông số tải tĩnh 58
Bảng 3.6 Thông số tụ bù 59
Trang 9Hình 1.1 Giao diện chính 2
Hình 1.2 Các chức năng tính toán của ETAP 2
Hình 1.3: Giao diện thanh công cụ Cơ sở và Hiệu chỉnh 3
Hình 1.4: Các hệ thống trong ETAP 3
Hình 1.5: Các phần tử AC (Chế độ chỉnh sửa) 4
Hình 1.6: Các thiết bị đo lường, bảo vệ 4
Hình 1.7: Thẻ Info của nguồn 5
Hình 1.8: Thẻ Rating của nguồn 5
Hình 1.9: Thẻ Short Circuit của nguồn 6
Hình 1.10: Thẻ Reliability của nguồn 7
Hình 1.11: Thẻ Info máy biến áp 8
Hình 1.12: Thẻ Rating máy biến áp 9
Hình 1.13: Thẻ Impedance máy biến áp 10
Hình 1.14: Thẻ Tap máy biến áp 10
Hình 1.15: Thẻ Info máy phát đồng bộ 11
Hình 1.16: Thẻ Rating của máy phát đồng bộ 12
Hình 1.17: Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ 13
Hình 1.18 Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ 13
Hình 1.19: Thẻ Info của Bus 14
Hình 1.20: Thẻ Rating của trở kháng 15
Hình 1.21: Thẻ Info của Đường dây truyền tải 16
Hình 1.22: Thẻ Parameter của Đường dây truyền tải 17
Hình 1.23: Thẻ Configuration của Đường dây truyền tải 18
Trang 10Hình 1.25 Thẻ Info của Lumped Load 20
Hình 1.26 Thẻ Nameplate của Lumped Load 21
Hình 1.27 Thẻ Short-Circuit của Lumped Load 22
Hình 1.28 Điền tên dự án và tên người lập 24
Hình 1.29 Cài đặt thông số các phần tử 25
Hình 1.30 Hộp thoại báo cáo với công cụ Tính ngắn mạch 26
Hình 2.1 Sơ đồ tương đương tại vị trí ngắn mạch 34
Hình 2.2 Thành phần đối xứng thứ tự thuận, nghịch và không 35
Hình 2.3 Ngắn mạch 3 pha 35
Hình 2.4 Ngắn mạch 1 pha chạm đất 36
Hình 2.5 Ngắn mạch 2 pha chạm nhau 36
Hình 2.6 Ngắn mạch 2 pha chạm nhau chạm đất 37
Hình 3.1 Diễn biến phát triển các loại nguồn điện giai đoạn 1999-2017 40
Hình 3.2 Cơ cấu các loại nguồn điện trong HTĐ Việt Nam hiện trạng 40
Hình 3.3 Công suất nguồn điện tăng thêm các miền giai đoạn 2000-2017 42
Hình 3.4 Biểu đồ tăng trưởng điện thương phẩm Viêt Nam giai đoạn 2005-2017 43
Hình 3.5 Diễn biến cơ cấu tiêu thụ điện theo thành phần kinh tế g/đ 2005-2017 43
Hình 3.6 Sản lượng tiêu thụ điện phân theo các TCT Điện lực 44
Hình 3.7 Công suất đỉnh toàn quốc và các miền giai đoạn 2005-2017 44
Hình 4.1 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case 61
Hình 4.2 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case 62
Hình 4.3 Thanh công cụ IEC Short Circuit 63
Hình 4.4 Sờ đồ HTĐ Miền Nam trên Etap 64
Hình 4.5 Kết quả chạy chương trình Etap 65
Trang 12GIỚI THIỆU ETAP 1.1 Tổng quan về ETAP
Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển kinh tế mạnh, nhu cầu năng lượng ngàycàng tăng cao, hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối không ngừng phát triển mởrộng về quy mô cũng như độ phức tạp, đặt ra vấn đề đảm bảo cung cấp điện liên tụcphục vụ xã hội với chất lượng điện năng cao
Để đáp ứng yêu cầu vận hành hệ thống điện một cách có hiệu quả, không thể sử dụngcác công cụ tính toán và phân tích thông thường để giải quyết Sự phát triển rất nhanh củacác phần mềm phân tích chuyên dụng đã cho ra đời nhiều phần mềm tính toán mô phỏng
hệ thống điện Một trong số đó, ETAP, là lựa chọn hàng đầu của nhiều Công ty điện lựccũng như các Nhà máy có hệ thống điện phức tạp trên toàn thế giới; một công cụ mạnh cónhiều ưu điểm, không ngừng phát triển và cập nhật nhiều tính năng mới để giải quyếtnhiều vấn đề trong hệ thống điện, đáp ứng được những đòi hỏi khắt khe nhất
ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI); là phần mềmphân tích và tính toán lưới điện với quy mô số lượng nút không giới hạn ETAP gồm 2mảng: thiết kế lưới điện, tính toán các thông số một lưới điện tĩnh và quản lý lưới điệntrong thời gian thực (Real-time) với khả năng điều khiển, kiểm soát và dự báo lướiđiện ngay trong vận hành
ETAP được sử dụng trong các tính toán liên quan tới các bài toán hệ thống điện sau:
- Phân bố công suất (Load Flow Analysis)
- Phân bố công suất tải không cân bằng (Unbalanced Load Flow Analysis)
- Ngắn mạch (Short-Circuit Analysis)
- Khởi động động cơ (Motor Acceleration Analysis)
- Phân tích sóng hài (Harmonic Analysis)
- Phân tích ổn định quá độ (Transient Stability Analysis)
- Phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star-Protective Analysis)
- Phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow Analysis)
- Độ tin cậy trên lưới điện (Reliability Assessment)
- Đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement)
Trang 131.2 Giao diện phần mềm ETAP
ETAP tổ chức công việc trên nền tảng dự án ETAP cung cấp tất cả những công cụ cần thiết hỗ trợ cho việc mô hình hóa và phân tích một hệ thống điện
Hình 1.1 Giao diện chính
Hình 1.2 Các chức năng tính toán của ETAP
Trang 14Các mạng điện hỗn hợp
Hiển thị nhanh danh sách các mạng điện hỗn hợp được ghép vào
Hình 1.3 Giao diện thanh công cụ Cơ sở và Hiệu chỉnh
Project View Network Systems (A C or DC One-Line Diagrams) Star Systems (Star Views)
Underground Raceway Systems (UGS) Ground Grid Systems (GGS)
Cable Pulling Systems ETAP Real-Time Systems (PSMS) Geographical Information Systems (GIS Map) Control System Diagrams (CSD)
User-defined Dynamic Model Graphical Editor (UDM)
System Dumpster Scenario Wizard Study Wizard Project Wizard
Hình 1.4 Các hệ thống trong ETAP
Trang 15Tự đóng lại
MBA 3 cuộn dây
Đường dây truyền tải
Trở kháng Máy phát
Động cơ đồng bộ MOV
Tụ
Bộ lọc sóng hài
Composite Network Contactor
Trang 161.3 Các phần tử cơ bản của ETAP
1.3.1 Nguồn (Power Grid)
Hình 1.7 Thẻ Info của nguồn
ID: Tên của nguồn (hệ thống) tối đa 25 ký tự.
Bus: Nút mà nguồn kết nối (kèm điện áp định mức) Mode: Chọn chức năng của nguồn
Swing: Nút cân bằng Voltage Control: Điều khiển điện áp Mvar Control: Điều khiển công suất phản kháng
PF Control: Điều khiển hệ số công suất
Hình 1.8 Thẻ Rating của nguồn
Trang 17Rated kV: nhập điện áp định mức của hệ thống Balanced/Unbalanced: Ba pha cân bằng/không cân bằng
Thẻ Short Circuit
Hình 1.9 Thẻ Short Circuit của nguồn
Grounding: chọn kiểu đấu dây (Y/Δ), sơ đồ nối đất (TN-C, TN-S, TN-CS…)), sơ đồ nối đất (TN-C, TN-S, TN-CS…)
SC Rating: xác định công suất cho sự cố ngắn mạch ba pha và một pha Khi
nhập hay điều chỉnh thông số công suất ngắn mạch (MVAsc) hoặc tỉ số trở kháng củatổng trở thay thế X/R, ETAP sẽ tính toán lại giá trị trở kháng
SC Impedance: trở kháng ngắn mạch phần trăm trên 100 MVA Giá trị này bao
gồm trở kháng thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không Nếu nhập hoặc điều chỉnh
giá trị ở mục này ETAP sẽ tính phần SC Rating.
Thẻ Reliability: bao gồm các thông số để tính bài toán xác định độ tin
cậy cung cấp điện toàn hệ thống:
Trang 18Hình 1.10 Thẻ Reliability của nguồn
λAA: số lần sự cố/ năm
MTTR: thời gian sửa chữa (giờ)/ năm
μ: tỷ lệ sửa chữa trung bình/ năm( μ=8760/MTTR)
FOR = MTTR/(MTTR + 8760/ λA)A)
MTTF: khoảng thời gian giữa 2 lần hư hỏng
r p : thời gian thay thiết bị
Switch Time : thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới
Trang 191.3.2 Máy biến áp 2 cuộn dây (2-Winding Transformer)
Thẻ Info
ID: tên máy biến áp.
Prim./Sec.: tên nút kết nối và điện áp phía sơ cấp/thứ cấp.
Hình 1.11 Thẻ Info máy biến áp
Trang 20 Thẻ Rating
Hình 1.12 Thẻ Rating máy biến áp
Voltage Rating: Prim./Sec.: điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của MBA.
FLA (Full Load Amperes): dòng đầy tải ở định mức.
Power Rating: công suất định mức máy biến áp.
Installation: thiết lập độ cao (Altitude) và nhiệt độ môi trường vận hành
(Ambient Temp.) của máy biến áp
Type/Class: tùy tiêu chuẩn lựa chọn mà phân ra thành các loại MBA.
Trang 21 Thẻ Impedance
Hình 1.13 Thẻ Impedance máy biến áp
Positive and Zero Sequence Impedance: cài đặt trở kháng thứ tự thuận và
thứ tự không, tính theo đơn vị %, dựa trên giá trị điện áp và công suất định mức
%Z: giá trị phần trăm của tổng trở máy biến áp.
X/R: tỉ số điện kháng/điện trở máy biến áp.
Hình 1.14 Thẻ Tap máy biến áp
Fixed Tap: chọn đầu phân áp MBA, có thể chuyển đổi tùy chọn theo các
nấc đầu phân áp hay theo kV bằng cách nhấn vào nút %Tap.
LTC/Voltage Regulator: thiết lập các giá trị điện áp của mỗi nấc đầu
phân áp, cũng như chọn MBA có đầu phân áp hay không Nhấn vào LTC để nhập cácgiá trị đầu phân áp
Trang 221.3.3 Máy phát đồng bộ (Synchronous Generator)
Hình 1.15 Thẻ Info máy phát đồng bộ
ID: tên máy phát.
Bus: tên nút mà máy phát nối trực tiếp.
Condition: trạng thái của máy phát trong sơ đồ In/Out Service (kết nối/không kết
nối)
Operation Mode: chế độ vận hành của máy phát đồng bộ (có 4 chế độ giống
với nguồn hệ thống là Swing, Voltage Control, Mvar Control và PF Control).
MW: công suất P định mức
kV: điện áp định mức
%PF: hệ số công suất
MVA: công suất S định mức
%Eff: hiệu suất làm việc
Poles: số cực
FLA: dòng đầy tải ở công suất định mức
RPM: tốc độ đồng bộ
Trang 23% of Bus kV nom: độ lớn dưới dạng phần trăm điện áp danh định tại nút.
Gen Category: phân loại máy phát, ở đây ta nhập các giá trị định mức của
máy phát như độ lớn góc pha điện áp, công suất thực, công suất phản kháng,
hệ số công suất và giới hạn công suất phản kháng, tùy chế độ vận hành máy
phát đã chọn ở thẻ Info mà tùy chỉnh thông số này.
Hình 1.16 Thẻ Rating của máy phát đồng bộ
Thiết lập vùng công suất phản kháng (Qmax và Qmin) mà máy phát có thể cung
cấp được Khi máy phát đang hoạt động trong chế độ Swing những giới hạn này
Trang 24sẽ được sử dụng để kiểm tra cảnh báo Trạng thái ổn định nằm trong vùng giớihạn được xác định từ các hệ số Qa, Qb, Qc, Qd và Pmin xác định từ trang Rating.
Hình 1.17 Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ
Hình 1.18 Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ
Trang 25Impendance: thông tin về trở kháng siêu quá độ, thứ tự thuận, thứ tự nghịch,
thứ tự không trong tính toán ngắn mạch
Dynamic Model: mô hình máy phát và các thông số (bộ thông số chuẩn) để
phân tích ổn định hệ thống
Type: kiểu máy phát và loại rotor.
IEC 60909 S.C: giới hạn chịu được khi ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEEE 60909.
1.3.4 Nút (Bus)
Bus hay thanh cái được định nghĩa như là một nút (node) mà ở đó một hay nhiềunhánh (branch) được kết nối với nhau Mỗi một nhánh có thể là một đường dây, máybiến áp, tải hay máy phát
Hình 1.19 Thẻ Info của Bus
Nominal kV: Điện áp danh định của thanh cái.
Bus Voltage: Giá trị ban đầu của vòng lặp trong tính toán
Trang 26Model: Nếu chọn loại đường dây Balanced thì các giá trị thông số đường dây ở
ba pha đường dây bằng nhau, nếu chọn loại đường dây Unbalanced cần nhập thông sốđường dây ở cả 3 pha của đường dây
Impedance: thông số điện trở, trở kháng và dung dẫn đường dây thứ tự thuận
(Pos.) và thứ tự không (Zero).
Unit: Percent: cho phép nhập thông số dưới dạng đơn vị tương đối, yêu cầu
nhập thêm điện áp cơ bản (Base kV) và công suất cơ bản (Base MVA).
Ohm: Nếu thông số ở đơn vị có tên, nhập trực tiếp vào Impedance.
Trang 271.3.6 Đường dây truyền tải (Transmission Line)
Hình 1.21 Thẻ Info của Đường dây truyền tải
ID: Tên đường dây.
From/To: Dây nối từ Bus/đến Bus.
Length: Chiều dài dây, chọn đơn vị km.
Trang 28 Thẻ Parameter
Hình 1.22 Thẻ Parameter của Đường dây truyền tải
Conductor Type: Loại dây (đồng/nhôm).
R-T1 ; R-T2: Điện trở ở nhiệt độ T1/T2.
Outside Diameter: Đường kính ngoài của dây dẫn.
GMR: Bán kính tự thân của dây dẫn (Ds)
X a / X a ’
: Cảm kháng/Dung kháng trên 1 đơn vị chiều dài.
Ground Wire: thông số dây nối đất.
Ngoài ra, ETAP còn cung cấp một thư viện dây phổ biến (Conductor Lib…) với
đầy đủ các thông số Thư viện này cho phép người dùng tùy biến
Trang 29 Thẻ Configuration
Hình 1.23 Thẻ Configuration của Đường dây truyền tải
Configuration Type: cách bố trí dây trên cột.
GMD: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn (Dm)
Phase: Height: khoảng cách từ mặt đất đến vị trí dây pha cao nhất.
Spacing: khoảng cách giữa các dây pha với nhau.
Transposed: dây dẫn có hoán vị đầy đủ.
Ground Wires: số lượng dây nối đất.
Conductors/phase : số dây trong cùng một pha ( trường hợp phân pha )
Trang 30 Thẻ Impedance
Hình 1.24 Thẻ Impedance của Đường dây truyền tải
Có 2 tùy chọn
Calculated: Nhận kết quả tính từ Etap (R, X, B).
User Defined: Nhập kết quả có sẵn (R, X, B).
Impedance (per phase): Các thông số R, X, B của mỗi pha cho thứ tự
thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không
Unit: Ohms per length (km/mile) hoặc Ohms.
Trang 311.3.7 Tải
Tải tập trung (Lumped Load) là sự kết hợp giữa tải tĩnh và tải động cơ.
Hình 1.25 Thẻ Info của Lumped Load
ID: Tên tải Connection: 3 pha hay 1 pha, nếu 1 pha thì pha A, B, C; AB, BC hay AC.
Configuration: trạng thái vận hành của tải: liên tục (Continuous), gián đoạn
(Intermittent) hay dự trữ (Spare) áp dụng cho bài toán PBCS và khởi động động
cơ
Demand Factor: Hệ số nhu cầu của tải (0% ÷ 100%), là tổng thời gian mà tải thật sự vận hành.
Trang 32 Operating kW = Rated kW * %Loading * Demand Factor
Hình 1.26 Thẻ Nameplate của Lumped Load
Model Type: Loại tải, có 5 loại:
Conventional: thông thường Exponential: số mũ
Unbalanced: không cân bằng Polynomial: đa thức
Comprehensive: toàn diện
Rated kV: Điện áp định mức của tải.
Với tùy chọn tải cân bằng (Conventional), các thông số như sau:
Trang 33Ratings: Công suất tải, hệ số công suất, dòng định mức….
Load Type: Tỉ lệ giữa tải tĩnh và tải động cơ Loading Category: Trạng thái tải trong các trường hợp khác nhau
Hình 1.27 Thẻ Short-Circuit của Lumped Load
% LRC: Dòng khóa rotor động cơ (locked-rotor current) tính bằng %
dòng tải động cơ trong dòng tải tổng Ví dụ, nếu dòng tải lumped load là
120A tại 80% tải động cơ thì dòng động cơ là 96%; do đó, 600% LRCtương ứng với dòng điện 576A (600% * 96A)
Trang 34Tiêu chuẩn ANSI
Tiêu chuẩn IEC
Đóng góp vào dòng ngắn mạch Công suất (HP) Tốc độ động cơ
% Total Load: % tải động cơ.
X/R Ratio: Tỉ số điện kháng/điện trở siêu quá độ của động cơ.
ANSI Short-Circuit:
Std MF / Xsc: ETAP sử dụng những hệ số nhân theo chuẩn ANSI để tính toán trở kháng ngắn mạch thứ tự thuận Nếu chọn Xsc, có thể nhập trực
tiếp giá trị trở kháng ngắn mạch % theo động cơ (không áp dụng với IEC)
Trang 361.4 Xây dựng sơ đồ tính toán
Từ giao diện chính của Etap, ta chọn , sau đó điền thông tin vào bảng
Hình 1.28 Điền tên dự án và tên người lập
Từ màn hình chính, ta tiến hành kéo các phần tử cần thiết để vẽ sơ đồ tính toán
và nhấp đôi vào phần tử để tiến hành cài đặt thông số
Trang 37Hình 1.29 Cài đặt thông số các phần tử
1.5 Xuất kết quả
ETAP cho phép xem và in tất cả các kết quả tính toán của dự án hoặc các trường
hợp nghiên cứu trong báo cáo đầu ra sử dụng định dạng Crystal Reports Để xem và in tập tin báo cáo, nhấn vào nút Report Manager có trên tất cả các thanh công cụ nghiên
cứu, sau đó chọn định dạng từ các định dạng báo cáo được hiển thị
Nhấn vào nút Report Manager được cung cấp cho mọi thanh công cụ Study đề xem Report Manager Editor.
Sử dụng Report Manager, người sử dụng có thể xem các báo cáo đầu ra trong
Crystal Reports Viewer, PDF, Rich Text Format và MS Excel Tên tập tin đầu ra, tên
dự án và đường dẫn thư mục chứa báo cáo cũng được hiển thị ở hộp thoại này
Trang 38Hình 1.30 Hộp thoại báo cáo với công cụ Tính ngắn mạch
Trang 39LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 2.1 Tổng quan
Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độlàm việc không bình thường của các phần tử Ngắn mạch là loại sự cố hay xảy ra vànguy hiểm nhất trong hệ thống điện Khi xảy ra ngắn mạch, tổng trở của hệ thống điệngiảm, làm dòng điện tăng lên, điện áp giảm xuống Nếu không nhanh chóng cô lậpđiểm ngắn mạch thì hệ thống sẽ chuyển sang chế độ ngắn mạch duy trì (xác lập)
2.1.1 Khái niệm ngắn mạch
Ngắn mạch: là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập
giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường
- Trong hệ thống có trung tính nối đất (hay 4 dây) chạm chập một pha hay nhiều
pha với đất (hay với dây trung tính) cũng được gọi là ngắn mạch.
- Trong hệ thống có trung tính cách điện hay nối đất qua thiết bị bù, hiện tượng
chạm chập một pha với đất được gọi là chạm đất Dòng chạm đất chủ yếu là do điện
dung các pha với đất
Ngắn mạch gián tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian, gồm điện trở do
hồ quang điện và điện trở của các phần tử khác trên đường đi của dòng điện từ pha nàyđến pha khác hoặc từ pha đến đất
Ngắn mạch trực tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé, có thể bỏ
qua (còn được gọi là ngắn mạch kim loại)
Ngắn mạch đối xứng: là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dòng, áp 3 pha
Trang 40Sự cố phức tạp: là hiện tượng xuất hiện nhiều dạng ngắn mạch không đối xứng
ngang, dọc trong hệ thống điện
2.1.2 Nguyên nhân và hậu quả
- Nguyên nhân chính dẫn đến ngắn mạch là do cách điện bị hỏng, ngoài ra sự cốthoáng qua ở các đường dây cao thế là do vật thể chạm vào đường dây trần không cócách điện Lý do cách điện bị hỏng có thể là bị già cỗi do làm việc lâu ngày, chịu tácđộng cơ khí (do hoạt động của con người, loài vật hay điều kiện thời tiết), bị tác dụngcủa nhiệt độ phá hủy, xuất hiện điện trường mạnh gây phóng điện làm thủng vỏ bọc.Ngoài ra, ngắn mạch có thể xảy ra do thao tác đóng cắt nhầm
- Hậu quả của sự cố ngắn mạch:
Phát nóng cục bộ rất nhanh gây cháy nổ
Tăng lực điện động: ứng lực điện từ giữa các dây dẫn có giá trị lớn ở thờigian đầu của ngắn mạch có thể phá hỏng thiết bị
Điện áp giảm và mất đối xứng, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng
Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần điểm ngắn mạch do dòng thứ
tự không sinh ra khi ngắn mạch chạm đất
Gây mất ổn định: khi không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống
có thể mất ổn định và rã lưới
2.1.3 Mục đích của tính toán ngắn mạch
Nghiên cứu ngắn mạch là một phần quan trọng của phân tích hệ thống điện.Tính toán ngắn mạch thường là xác định áp và dòng lúc xảy ra ngắn mạch tại một sốđiểm hay một số nhánh của sơ đồ đang xét ở một thời điểm hay diễn biến của chúngtrong cả quá trình quá độ Thông tin thu được từ phân tích ngắn mạch được dùng đểgiải quyết các vấn đề sau:
So sánh, đánh giá, chọn lựa sơ đồ nối điện
Chọn các khí cụ, dây dẫn, thiết bị điện
Chỉnh định các loại bảo vệ, phối hợp bảo vệ
Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố
