tính ngắn mạch trong mạng điện xí nghiệp công nghiệp

Lựa chọn trang thiết bị phù hợp, Tính toán, chỉnh định bảo vệ rơ le và các thiết bị bảo vệ khác, Lựa chọn sơ đồ thích hợp để giảm dòng điện ngắn mạch, Lựa chọn các thiết bị hạn ch

Chư¬ng 5

TÍNH NGẮN MẠCH TRONG MẠNG ĐIỆN XNCN

8:50 AM

1

8:50 AM

2

Ngắn mạch là gì?

Nguyên nhân gây ra ngắn mạch:

 Cách điện già hóa

 Quá điện áp nội bộ và quá điện áp khí quyển,

 Thao tác nhầm lẫn,

 Các nguyên nhân khác

KHÁI NIỆM CHUNG

8:50 AM

3

Ngắn mạch gây ra những ảnh hưởng gì cho thiết bị và HTĐ?

Phát nóng cục bộ gây hư hỏng thiết bị, cháy nổ

Sinh ra lực cơ khí lớn làm biến dạng thanh dẫn, vỡ sứ, tụt vòng dây…

Gây sụt áp lưới điện làm cho ĐC ngừng quay,

Mất cân bằng công suất dẫn đến mất ổn định HT, gián đoạn cung cấp điện,

Nhiễu loạn đường dây thông tin…

KHÁI NIỆM CHUNG

Tính toán ngắn mạch để làm gì?

Lựa chọn trang thiết bị phù hợp,

Tính toán, chỉnh định bảo vệ rơ le và các thiết bị bảo vệ khác,

Lựa chọn sơ đồ thích hợp để giảm dòng điện ngắn mạch,

Lựa chọn các thiết bị hạn chế dòng điện ngắn mạch,

Phân tích quá trình điện từ và điện cơ

8:50 AM

4

KHÁI NIỆM CHUNG

- Phía không nguồn:

8:50 AM

6

CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

t

N N

m

Z

U i

CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

- Dòng điện xung kích

8:50 AM

9

2 1 e

1

01 , 0 xk

Nm xk

T

01 , 0 Nm

T

01 , 0 )

0 ( td Nm

CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Khi ngắn mạch trên thanh cái lấy điện trực tiếp từ máy phát có công suất trung bình và lớn lấy Kxk = 1,8 1,9;

Khi ngắn mạch trong mạng điện cao áp (>1000V), bỏ qua điện trở

1

01 , 0 xk

CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Trị hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch:

Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích:

Với I” là dòng điện ngắn mạch siêu quá độ:

Công suất ngắn mạch SN:

8:50 AM

11

) t ( I ) t ( I

) t (

) 01 , 0 ( I

2

2 xk

2

xk I " 2 ( k 1 ) I " I " 1 2 ( k 1 ) I

CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

cb cb

S

U I

3

U Z

; I

I I

; U

U U

cb

) cb (

* cb

) cb (

*

cb

* cb

* cb

cb cb

cb

* 2

cb

cb cb

cb

I U 3

UI 3 S

S S

; U

S Z.

Z

Z Z

CÁC HỆ ĐƠN VỊ TRONG TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Chọn công suất và điện áp cơ bản:

Công suất: Scb = 10, 100, 1000 kVA

Xét mạng điện có nhiều cấp điện áp như hình vẽ:

- Chọn cấp điện áp cơ sở (cấp điện áp có điểm ngắn mạch), các cấp điện áp khác qui đổi về cấp cơ sở

- Nếu chọn Ucb của cấp cơ sở theo điện áp trung bình định mức

(Utb) thì điện áp cơ bản của các cấp khác được qui đổi như sau:

Như vậy, khi qui đổi điện áp cơ bản ở các cấp về điện áp cơ bản của cấp

cơ sở sẽ chính bằng điện điện áp trung bình định mức của cấp đó

VD: Nếu chọn Ucb3 = Utb3 thì Ucb1 và Ucb2 sau khi đã qui đổi sẽ là:

tb

2 tb 2

tb

1

tb 3

tb 1

U

U U

U U U

Đường dây tải điện

Máy phát, máy bù đồng bộ, động cơ đồng bộ và không đồng bộ

cb d

cb

*

U

U S

S

"

X X

đm

cb d

cb

*

S

S

"

X X

2 cb

cb 0

0 2

cb

cb cb

*

U

S ) jx r

( U

S Z

Máy biến áp 2 cuộn dây:

cb đm

2 đm

N )

cb ( BA

* 2

cb

cb 2

đm

2 đm N

) cb ( BA

*

U

S S

U 100

%

U Z

; U

S S

U P R

đm

cb

N )

cb ( BA

* 2

đm

cb N

) cb ( BA

*

S

S 100

%

U Z

; S

S P R

2

)cb(BA

*

2

)cb(BA

*)

cb(BA

X

Máy biến áp 3 cuộn dây:

) cb ( BA

* 2

cbH

cb đmH

2 đmH

NH H

) cb ( BA

*

đmT

cb

NT T

) cb ( BA

* 2

cbT

cb đmT

2 đmT

NT T

) cb ( BA

*

đmC

cb

NC C

) cb ( BA

* 2

cbC

cb đmC

2 đmC

NC C

) cb ( BA

*

S

S 100

%

U X

; U

S S

U 100

%

U X

S

S 100

%

U X

; U

S S

U 100

%

U X

S

S 100

%

U X

; U

S S

U 100

% U

X

cb ( K

* dm

cb cb

dm K

cb

cb dm

dm

K )

%

X X

; I

I U

U 100

% X

U

I

3 I 3

U 100

%

X X

pha dm

dm K

U

I

L

% X

đt X X X X

1

1

X

1 X

1 X

1

Xđt

đt X X X X

1

1

X

1 X

1 X

1

Xđt

22

Biến đổi sơ đồ hình sao thành tam giác:

Biến đổi sơ đồ tam giác thành sao:

3

2 1 2

1 12

X

XXX

X

X

2

3 1 3

1 13

X

X X X

X X

1

3 2 3

2 23

X

XXX

XX

23 13

12

13

12 1

X X

X

X

X X

23 13

12

23

12 2

X X

X

X

X X

23 13

12

23 13 3

XX

X

XXX

i n

2 1

Y

n

1 i

i

n

1 i

i i

n 1

n n 1

1 dt

Y

Y E Y

Y

Y E

Y

E E

1 n

1 i

i 1

n 1

I X X Y X

1 n

1 i

i 1

n n

N X X Y X

=> Xây dựng đường cong: I*N (t) = f(X*tt; t)

TÍNH NGẮN MẠCH BẰNG HỌ ĐƯỜNG CONG TÍNH TOÁN

EF

N

Xtt

N d

tt X " X X

8:50 AM

27

TÍNH NGẮN MẠCH BẰNG HỌ ĐƯỜNG CONG TÍNH TOÁN

X *tt =0,5

X *N (0)=2

N

*N

U 3

S (t).

I (t).I

I (t)

I

Một số đặc điểm của đường cong tính toán:

1 C¸c ®ưêng cong tÝnh to¸n chØ vÏ X*tt 3

2 Khi X*tt 1 họ ®ưêng cong tÝnh to¸n giống nhau

- Nếu X 1 , X 2 được tính trong hệ đơn vị tương đối định mức mà X 1 và

X 2 đều > 3 có thể nhập được nguồn mà không cần xét điều kiện

- Không được nhập nguồn có sức điện động không đổi (S HT = ,

X *tt >3) với nguồn có điện kháng X *tt < 3

5 , 2 4 ,

0 X

S

X S

2 2

1 1

TÍNH NGẮN MẠCH BẰNG HỌ ĐƯỜNG CONG TÍNH TOÁN

30

Phương pháp nhiều biến đổi:

Khi điều kiện nhập nguồn không thỏa mãn ta có bài toán

Nhiều biến đổi

I

31

Trình tự tính toán:

B1 Vẽ sơ đồ mạch điện, ghi đầy đủ thông số của các phần tử

B2 Chọn cấp cơ sở, công suất cơ bản và điện áp cơ bản của các cấp điện áp tương ứng,

B3 Lập sơ đồ thay thế, trong đó điện kháng của các phần tử tính theo hệ đơn vị tương đối cơ bản,

B4 Đơn giản hóa sơ đồ về dạng tối giản (1 biến đổi hoặc nhiều biến đổi).Phân nhóm nguồn:

- Nhóm máy phát nhiệt điện (gần điểm N),

- Nhóm máy phát thủy điện (gần điểm N),

- Nhóm Hệ thống, máy phát ở xa điểm ngắn mạch (X*tt >3)

8:50 AM

TÍNH NGẮN MẠCH BẰNG HỌ ĐƯỜNG CONG TÍNH TOÁN

32

B5 Đổi điện kháng tổng sang hệ đơn vị tương đối định mức,

B6 Xác định dòng điện ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối định mức,

- Nếu X*tt 3 => tra đường cong tính toán => I*N (t)

- Nếu X*tt > 3 hoặc nguồn HT (SHT = ) => tính “trực tiếp”:

t ( I

cb

Σ

đm(cb)Σ

*tt

*

S

S X

X

đmN

X

I X

I I

"

I )

t ( I

đmN

*

N( t ) I ( t ) I I

tb

đm đm

.U 3

S I

cb

cb cb

.U 3 S I

34

- Nếu bài toán là nhiều biến đổi thì tính từng nhánh (như các

bước trên) và dòng điện ngắn mạch tổng (trên nhanh có chứa điểm ngắn mạch) sẽ là:

35

8:50 AM

VÍ DỤ

36

8:50 AM

VÍ DỤ

37

8:50 AM

VÍ DỤ

47 , 0

) X

1 X

1 X

1 ( X X

X

12 11

10

2 1 0

1 13

05 , 1

) X

1 X

1 X

1 ( X X

X

12 11

10

2 1 1 1 14

57 , 0

) X

1 X

1 X

1 X

1 ( X X

X

14 13

9 8

9 3

1 15

27 , 1

) X

1 X

1 X

1 X

1 ( X X

X

14 13

9 8

9 14

16

03 , 2

) X

1 X

1 X

1 X

1 ( X X

X

14 13

9 8

9 8

17

5 , 0 4

, 0 94

, 2

67 1 6

47 , 0 ).

8 0 / 50 ( X

13 1

40

Tra đường cong tính toán với: X15 = 0,57; X16 = 1,27; X17 = 2,03

I*N1 (0) = 1,73; I*N2 (0) = 0,88; I*N3 (0) = 0,54

I*N1 = 1,7; I*N2 = 1; I*N3 = 0,84 I” = I”1+I”2+I”3= I*N1 (0).Iđm 1 + I*N2 (0).Iđm 2 + I*N3 (0).Iđm3

8:50 AM

VÍ DỤ

) kA ( 4 ,

11 3

, 6 3

6

54 ,

0 3

, 6 3

15

88 ,

0 3

, 6 3

) 8 , 0 / 50

( 73 , 1

) kA ( 6 ,

11 3

, 6 3

6

84 ,

0 3

, 6 3

15

1 3

, 6 3

) 8 , 0 / 50

( 7 , 1 I

) kA ( 8

, 25

"

I 2 8 , 1 )

"

I

"

I ( 2 6 , 1

41

Tính toán ngắn mạch

Không đối xứng

2 a

F

2 b

F

2 c

F

1 c

F

1 b

F

0 a

F

0 b

F

0 c

F

Thuận (1)

PHƯƠNG PHÁP CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG

a1

a

.

F F

F F

b0

b2

b1

b

.

F F

F F

c0

c2

c1

c

.

F F

F F

2

3 j

2

1 e

3 j 2

1 e

PHƯƠNG PHÁP CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG

a1

a

.

F F

F F

a0

a2

a1

2

b

.

F F

F a

a0

a2

2 a1

c

.

F F

F

) F F

F

b

a

a0

.

( 3 1

) 3

1

c

2 b

a

a1

.

F F

(F

)

( 3

1

c

.

2 a

a2

.

F F

c b

F. , . , .

PHƯƠNG PHÁP CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG



46

Chỳ ý các qui tắc sau để xem xét:

- Các phần tử đứng yên điện kháng thứ tự nghịch bằng điện kháng thứ tự thuận (X 2 = X 1 )

47

1 Máy phát điện đồng bộ

- Điện khỏng thứ tự nghịch X2:

- Với máy có cuộn cản:

- Với máy không cuộn cản:

- Điện kháng thứ tự không X0:

- Cú trung tớnh nối đất: X0 =(0,15-0,6)X ’’d

- Trung tớnh cỏch điện: X0 =

2 Kháng điện, tụ điện

- Kháng điện và tụ điện đều là các phần tử đứng yên, không có hỗ cảm giữa các pha do đó có thể lấy X2 = X1; X0 = X1

d

X

ĐIỆN KHÁNG THỨ TỰ NGHỊCH VÀ THỨ TỰ KHễNG

48

3 Máy biến áp

Máy biến áp là phần tử đứng yên nên X2 = X1;

- Sơ đồ thay thế và các thông số thứ tự nghịch giống thứ tự thuận

- Sơ đồ thay thế và các thông số thứ tự không khác thứ tự thuận

a. Máy biến áp hai cuộn dây

- Tổ đấu dây Y/Y:

50

- Tổ đấu dây Y 0 /Y 0

- Với máy biến áp 3 pha 3 trụ , nếu tính chính xác lấy X = 0,3 1

- Các trường hợp khác, bỏ qua cả X , điện kháng thứ tự không bằng

ĐIỆN KHÁNG THỨ TỰ NGHỊCH VÀ THỨ TỰ KHễNG

51

- Tổ đấu dây Y 0 / và Y/ :

- Dòng điện TTK chạy quẩn trong cuộn dây đấu tam giác, mạch ngoài

không có dòng điện Sơ đồ thay thế TTK nối ngắn mạch phía cuộn

- Khi MBA nối Y/ khoá K luôn bị mở

52

b Máy biến áp ba pha 3 dây cuốn

- Khi có cuộn dây đấu tam giác, điện kháng từ hoá luôn có thể đợc bỏ qua

2

YI II 0

1 Y0 2

3 III

YI II 0

1 Y0Y 2

3 III

2

YI II 0

1 Y 2

3 III

XI

XII

XIIId)

ĐIỆN KHÁNG THỨ TỰ NGHỊCH VÀ THỨ TỰ KHễNG

53

4 Đường dây tải điện

- Các đường dây tải điện trên không và dây cáp: X2 = X1

- Điện khỏng thứ tự khụng:

Đặc tính đờng dây Tỷ số X0/X1

Đường dây đơn

Không có dây chống sét 3,5 Dây chống sét bằng thép 3,0 Dây chống sét dẫn điện tốt 2,0

Đường dây kép

Không có dây chống sét 5,5 Dây chống sét bằng thép 4,7 Dây chống sét dẫn điện tốt 3,0

ĐIỆN KHÁNG THỨ TỰ NGHỊCH VÀ THỨ TỰ KHễNG

- Sức điện động nguồn trong sơ đồ thứ tự không luôn bằng không

- Cần phải kể đến tổng trở tại trung tính

LẬP SƠ ĐỒ THUẬN, NGHỊCH VÀ KHễNG

55

Thiết lập sơ đồ thứ tự không theo cách sau đây:

- Xuất phát từ điểm ngắn mạch đi về mọi hướng của sơ đồ

- Mạch của sơ đồ theo một hướng nào đó sẽ kết thúc bằng một nhánh cụt nếu gặp cuộn dây đấu sao (Y) của máy biến áp có trung tính cách

điện, hoặc sẽ kết thúc bằng nhánh nối đất nếu gặp cuộn dây đấu tam giác

- Nhánh đi đến phụ tải là nhánh cụt

LẬP SƠ ĐỒ THUẬN, NGHỊCH VÀ KHễNG

56

LẬP SƠ ĐỒ THUẬN, NGHỊCH VÀ KHÔNG

1 Na

2 Na

0 0 0

2 2 2

1 1 1

.

) 4 4 ( X

Ij U

X Ij

U

X Ij

E U

Na Na

Na Na

Na a

, ,

Na Nc

Nb

U I

0

) (

PHÂN TÍCH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG

2 1

X j

E



0 I

I

; )

X X

X ( j

E

3 I

3

0 2

1

a 1

60

Ng¾n

m¹ch

Dßng ng¾n m¹ch thø tù thuËn

TrÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn ng¾n

X j

E



) X j(X

E I

2 1

a Na1





) X X

.X

X j(X

E I

0 2

0

2 1

a Na1





1 Na

0 2

0 2 Nc

) X (X

X

X 1

3 I

2 0 2

0 2

) (

1

3

X X

X X

QUY TẮC ĐẲNG TRỊ THỨ TỰ THUẬN

62

Các bước tính toán ngắn mạch nh sau:

1 Thiết lập sơ đồ thay thế tính toán các thứ thự thuận, nghịch,

không của hệ thống điện, từ đó xác định các điện kháng tổng hợp X 0 và X 2 và điện kháng phụ X (n)

Chú ý: Điện kháng tổng của các sơ đồ thứ tự không nhìn điểm ngắn

mạch

2 Dựa vào sơ đồ thứ tự thuận và điện kháng X (n) , xác định dòng

điện ngắn mạch thứ tự thuận I Na1 (n) tại điểm ngắn mạch Cách tính toán hoàn toàn giống như đối với ngắn mạch 3 pha đối xứng, kể cả việc dùng phương pháp đường cong tính toán

3 Tính dòng điện không đối xứng tại điểm ngắn mạch

Với:

Chơng 4: Tính toán ngắn mạch Không đối xứng

(n) Na1

(n)

(n)

I