Tính toán ngắn mạch cho phân xưởng cơ khí

Vì vậy trong các phần tử trong hệ thống cung cấp điện phải được tính toán và lựa chọn sao cho không chỉ làm việc ở chế độ bình thường mà còn phải có khả năng chịu đựng được trạng thái sự

CHƯƠNG IV:

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH.

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

I Đặt vấn đề:

 Ngắn mạch là sự cố quan trọng và thường xuyên xảy ra trong hệ thống cung cấp điện Vì vậy trong các phần tử trong hệ thống cung cấp điện phải được tính toán và lựa chọn sao cho không chỉ làm việc ở chế độ bình thường mà còn phải có khả năng chịu đựng được trạng thái sự cố trong giói hạn quy định cho phép Trong thực tế thường gặp các dạng ngắn mạch sau:

Ngắn mạch 3 pha

Ngắn mạch 2 pha

Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Ngắn mạch 1 pha chạm đất

Trong các dạng ngắn mạch trên, trường hợp ngắn mạch 1 pha chạm đất xảy ra nhiều nhất Nhưnh trong thực tế, nghiên cứu ngắn mạch 3 pha đối xứng, vì loại này ít xảy ra nhưng loại này có dòng điện ngắn mạch lớn nhất

Chúng ta nghiên cứu trường hợp ngắn mạch để lụa chọn thiết bị điện và khí cụ điện, để tính toán khả năng hạn chế dòng điện ngắn mạch

1 các giả thiết dùng để tính toán ngắn mạch:

+ các máy phát điện không có dao động công suất, nghĩa là góc lệch pha giữa các súc điện động của máy phát điện không thay đổi trong thời gian ngắn mạch

 Tính toán ngắn mạch phụ tải:

Ta thay phụ tải Z cố định tập chung tại một điểm nút chung

Với động cơ lớn khi ngắn mạch ở gần cực của chúng, thì có thể coi thời điểm ban đầukhi ngắn mạch nó là một máy phát điện có dòng điện phát ra do động cơ cung cấp thêm, cho điểm ngắn mạch tăng lên

+ Bỏ qúa điện trở quá độ ở điểm ngắn mạch

+ Không tính đến sự bão hòa của hệ thống từ

+ Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp

+ Bỏ qua điện dung

+ Coi hệ thống 3 pha là đối xứng

1.Thành lập sơ đồ thay thế và tính ngắn mạch đề chọn các phần tử trong khí cụ điện:

 Muốn tính dòng điện ngắn mạch ta phải thành lập một sơ đồ thiết kế Trong sơ đồ này mỗi phần tử của hệ thống dược thay thế bằng điện kháng tương ứng

Sơ đồ thay thế có thể thành lập trong hệ đơn vị có tên hay đơn vị tương đối Xét một phần tử nào đó trong hệ thống điện 3 pha đều có các tham số định mức sau:

+ Điện áp định mức Uđm(KV)

+ Dòng điện định mức Iđm( A,KA)

+ Công suất định mức Sđm(KVA)

+ Điện kháng định mức Xđm( Ω )

Chúng liên hệ với nhau bằng biểu thức:S dm = 3.U dm.Ιdm

dm

dm dm

U X

Ι

=

3

Các thiết bị làm việc U(KV), I(KA), S(KVA), X(Ω ) thì khi quy đổi về đại lượng tương đối so với định mức chúng

ta có liên hệ sau:

dm

dm

U

U

U* =

dm

dm Ι

Ι

=

Ι*

dm

dm

S

S

S* =

dm dm

X X

X* =

Ngoài việc so sánh với đại lượng định mức có thể so sánh với đại lượng bất kì nào đógoị là đại lượng cơ bản Lúc đó ta có hệ số cơ bản sau:

Chọn Scb và Ucb sau đó tính Icb và Xcb theo côn thức:

cb

cb

cb

U

S

3

=

Ι

cb

cb cb

U X

Ι

=

3 Thường chọn Ucb = 100 hoặc 1000

Còn Ucb lấy bằng giá trị định mức Utb : 230-115-37-22-15.75-13.8-10.5-3.15-0.525-0.4-0.23

Trị số tương đối được tính như sau;

1

cb

cb

U

U

U

cb

cb Ι

Ι

=

Ι*

cb

cb

S

S

cb

cb cb cb

U

X S X

X

Trong các đại lượng trên chúng ta chỉ cần chọn hai đại lượng cơ bản là Sd và Ud làm cơ sở tính toán

III Tính ngắn mạch của hệ thống phân xưởng :

XAPI XAPI RMC

RAPI1 RAPI1

XAPI2

RD

RAPI2

XBA

MC DLC

BA

N1 API

TD1 AP2

TD2

TD4

Sơ đồ tương đương

Tính ngắn mạch cho hệ thống phân xưởng

10KV

RMC

XMC DCL

RD

XD

RBA BA 10/ 0,4KV

XBA AP1

RAP1

XAP1 TD1

RAP2

XAP2 AP

RTD2

XTD2

XTD2 I II III IV V

VI

RAP

XAP

RTD

XTD

Sơ đồ tương đương

1 Tính ngắn mạch trong phần cao áp:

Trong tập đồ án này chúng tôi không tính toán ngắn mạch phần cao áp vi nguyên do trạm biến áp phân xưởng được thiết kế ngay dưới đường dây điện quốc gia, nên giá trị điện trở và điện kháng rất nhỏ nên có thể bỏ qua

2 Tính ngắn mạch phần hạ áp cho phân xưởng:

Đối với mạng điện áp thấp không thể bỏ qua điện trở được vì nếu bỏ qua điện trở thì sai số rất lớn Trường hợp này ta phải xét điện trởcác phần tử trong ngắn mạch.Như điện trở máy biến áp, dây dẫn thanh dẫn, cuộn dòng điện aptomat , điện trở tiếp xúc tại các điểm

Tổng trở máy biến áp và các thành phần nối vào bên thứ cấp của máy biến áp thường tương đối lớn nên lúc xảy ra ngnắ mạch ở mạng hạ áp, điện áp bên sơ cấp của máy biến áp giảm đi rất ít vì vậy ta giả thiết điện áp bên thứ cấp là không đổi

Tính toán dòng ngắn mạch trong phần ngắn mạch ta nên dùng đơn vị có tên để đơn giản Vì chỉ có một cấp điện áp, tổng trở Z ( ), U(V, KV), I(A, KA), S(VA, KVA)

Sơ đồ thay thế các phần tử ghi bằng kí hiệu từ máy biến áp đến thanh cái lớn

RBA RD RAP1 RTD

XBA XD XAP1 XTD

Tính toán giá trị điện trở:

+ Điện trở kháng của máy biến áp:

3 2

2 10

×

×

∆ Ρ

dm

dm BA

S

U

+ Điện kháng:

3 2

2

=

Χ

dm

dm

x

S

U

Trong đó:

:

Ν

∆ Ρ Tổn thất ngắn mạch của MBA

Udm: điện áp định mức của MBA, với Uđm = 0,4KV

Sđm : công suất định mức của MBA

Ux% : thành phần phản kháng của MBA ngắn mạch , UN%

%

%

%

r

Ur% : thành phần tác dụng của UN%

% 678 , 1 560 10

100 9400 10

10

3 3

×

×

=

×

×

∆ Ρ

dm

r

S

U

U

Điện trở MBA:

) ( 8 , 4 560

10 4 , 0 4 , 9 10

2

3 2 2

3 2

Ω

=

×

×

=

×

×

∆ Ρ

S

U

R

dm

dm N

BA

Điện kháng MBA:

) ( 027 , 0 560

4 , 0 38 , 5 10 10 10

% 10

2

2 3

2

3 2

Ω

=

×

×

×

=

×

×

×

=

Χ

dm

dm x

BA

S

U U

- Điện trở và điện kháng Apto mat vì điện trở và điện trở của Apto mat không khác nhau nhiều nên chọn

sơ đồ bằng điện trở và điện kháng Apto mat loại 400A

- Tra bảng 5.11 trang 344 và bảng 2- 42, 2-43 trang 649 sách tra cứu cung cấp điện xí nghiệp ta được:

) ( 72 , 0 4 , 0 32 , 0

R AT cuonday tiepdiem

Χ AT1 = 0,1(mΩ )

- Điện trở và điện kháng thanh dẫn chính Chọn thanh cái phẳng 100x10mm ( làm bằng đồng) khoảng cách trung bình hình học giửa các pha làα th = 200 mm( )

- Tra bảng 2-40 trang 647 của Nguyễn Xuân Phú ta có:

) / (

02

,

0

) / ( 133

,

0

Χ

Chọn chiều dài thanh dẫn là 1,5m;l=1,5m

Điện trở thanh dẫn :

) ( 03 , 0 5 , 1 02 , 0

×

R td

Điện kháng thanh dẫn:

) ( 1995 , 0 133 , 0 5 , 1

Χ

×

=

Chiều dài từ trạm đến tủ điện chính là 12m vì dòng điện tải của trạm là Ιcp = 450 A( )

Nên ta chọn dây cáp CV: 300mm2

Tra bảng 2-36 trang 645 của Nguyễn Xuân Phú ta có:

) / ( 12 , 0 0 3

2

) / ( 06 , 0 0 3

2

R12= r1//r2 =0,12 0,12 0,06( / )

12 , 0 12 , 0

m

mΩ

= +

m m r

R

12 , 0 06 , 0

12 , 0 06 , 0 // 3

12

+

×

=

=

03 , 0 06 , 0 06 , 0

06 , 0 06 , 0 // 2

1

+

×

= Χ

Χ

=

Χ

06 , 0 03 , 0

06 , 0 03 , 0 // 3

12

+

×

= Χ

Χ

=

Χ

Điện trở thanh dẫn:

=

×

=

×

R dd 0td 12 0,04 0,48

=

×

=

×

Χ

=

Tổng trở và điện kháng:

= +

× +

× +

= + + +

R td BA AP td dd 4,8 0,72 10 3 0,03 10 3 0,48 5,5

= +

× +

× +

×

= Χ + Χ + Χ

+

Χ

=

Α Ρ

td 0,027 10 3 0,1 10 3 0,1995 10 3 0,24 0,27

Sơ đồ thay thế bằng số thực:

RBA 0,027 RAP1 0,1 Rtd 0,199 Rdd 0,24 4,8 XBA 0,72 XAP1 0,03 Xtd 0,48 Xdd

3 Tính dòng ngắng mạch ở thanh cái lớn:

Tính thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch ba pha: được xác định theo công thức.

) ( 5 , 12 27 , 0 5 , 5 3

10 115

3

10

2 2

3 2

2

3

KA X

R

U

td td

tb ck

+

= +

=

Ι

Chọn U = 115 tb

Dòng điện xung kích: Ιxk = 2.Κ xk.Ιck

Với Κ xk là hệ số xung kích phụ thuộc vào tỷ số = 49

r

x

trang hình 5.10 Trang 319 sách tra cứu ta có Κ xk= 1,92

Vậy dòng xung kích là: Ιxk = 2.Κ xk.Ιck= 2 1,92.12,5= 33,94( KA)

Giá trị hiệu dụng cực đại của dòng điện ngắn mạch

) ( 5 , 20

) 1 (

2

i xk = + Κ xk − Ιck =

4 Tính toán ngắn mạch tại tủ điện phân xưởng:

Điện trở và điện kháng Aptomat 2:

) ( 1 , 0

) ( 72 , 0 1

2

1

2

Ω

= Χ

=

Χ

Ω

=

=

m

m R

R

AT

AT

AT

AT

Chọn thanh dẫn thẳng làm bằng đồng 40x5 khoảng cách trung bình hình học là α = 100(mm)

Tra bảng 2-40 trang 647 sách tra cứu cung cấp điện ta có:

R0 = 0,08 m.Ω /m

X0 = 0,137 m.Ω /m

Chọn thanh dẫn dài 1,5m; l= 1,5m

Rtd= R0 l= 0,08.1,5= 0,12 m.Ω

Xtd= X0.l= 0,137 1,5= 0,2 m.Ω

Chiều dài từ tủ điện chính đến tủ phân xưởng là 12m

Vì dòng điện tải của phân xưởng là 450 A nên chọn cáp 300mm2 có giá trị điện trở và điện dung là : R0 = 0,12 m.Ω

X0 = 0,06 m.Ω

Rdd = 0,12 12 = 1,44 m.Ω

Xdd = 0,06 12 = 0,72 m.Ω

Tổng điện trở và điện kháng từ tủ điện chính đến tủ điện phân xưởng:

R/ td= 1,44 + 0,12 + 0,72 = 2,28 m.Ω

X/ td = 0,72 + 0,2 + 0,1 = 1,02 m.Ω

• Tính toán ngắn mạch:

Thành phần ngắn mạch ba pha:

) ( 6 , 26 02 , 1 28 , 2 3

115 10

3

10

2 2

3 2

2

3

KA R

U

td td

tb

+

=

Χ ′ +

′

=

Ι

Dòng điện xung kích : Ιxk = 2.Κ xk.Ιck

Với Κ xk là hệ số xung kích phụ thuộc vào tỷ số = 0,44

r x

Tra hình 5-10 trang 319 sách tra cứu ta có Κ xk= 1.

Vậy dòng xung kích : Ιxk = 2.Κ xk.Ιck= 2 1 26,6 = 37, 6 (KA).

Giá trị hiệu dụng cực đại của dòng điện ngắn mạch

Do Κ xk< 1,3 nên

′

Χ ′

=

Τ

td

td a

r

ω

Vậy dòng điện xung kích là:

) ( 5 , 27 02 , 0

0014 , 0 1 6 , 26

02 , 0

Ι

5 Tính ngắn mạch ngay tủ điện của nhóm:

Tính ngắn mạch ngay tủ điện của nhóm của phân xưởng Trước hết ta tính thêm giá trị điện trở và điện kháng từ thanh dẫn của xưởng đến thanh dẫn của nhóm

Sơ đồ nguyên lý cuả trạm phân xưởng

Vì nhóm III có dòng đỉnh nhọn lớn nhất trong các nhóm nên ta chọn nhóm III để tính ngắn mạch

• Điện trở và điện kháng của AP3

Đối với Aptomát kiểu ABH 103a loại 100 AF có Idm = 60 A

Tra bảng 2-42; 2-43 trang 649 của Nguyễn Xuân Phú

Ta có: X0 = 2,1 m.Ω

R0 = 1,2 m.Ω

• Điện trở và điện kháng thanh dẫn

Chọn thanh dẫn phẳng 25x3mm dài l= 4m làm bằng đồng

Khoảng cách trung bình hình học là 100

Tra bảng 2-40 trang 647 sách tra cứu của Nguyễn Xuân Phú ta có:

X0 = 0,179 m.Ω /m

R0 = 0,268 m.Ω /m

Điện trở thanh dẫn :

Rtd = R0 l = 0,268 4 = 1,072 m.Ω

Điện kháng thanh dẫn:

Xtd = X0 l = 0,179 4 = 0,716 m.Ω

Điện trở và điện kháng nhóm III như ở phần chọn dây dẫn của nhóm III có kí hiệu là AVV thiết diện là 30mm2

Tra bảng 2-36 trang 645 của Nguyễn Xuân Phú ta có

R0 = 1,17 m.Ω /m

X0 = 0,265 m.Ω /m

Chiều dài dây dẫn từ tủ phân phối chính đến tủ điện nhóm III là l= 9m

Điện trở dây dẫn:

Rdd = R0 l = 1,17 9 = 10,53 m.Ω

Điện kháng dây dẫn:

Xdd = X0 l = 0,265 9 = 2,385 m.Ω

Điện trở và điện kháng máy biến dòng :

Kiểu Τ Κφ -3-3600/10A

Tra bảng 2-44 trang 649 sách tra cứu cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú

Ta có: r = 75 m.Ω

x= 70 m.Ω

Tổng điện trở và điện kháng từ tủ chính đến tủ điện nhóm III :

Rtd = Rtdc + Rtdx + Rtdn + RAp3 + Rdd +RΤ Κ φ

= 0,03 + 0,12 + 10,53 + 1,2 + 1,072 + 75 = 87,95 m.Ω

Xtd = Xtdc + Xtdx + XAp3 + Xtdn + Xdd + Χ Τ Κ φ

= 0,1995 + 0,2 + 0,716 + 2,1 + 2,385 + 70 = 75,6 m.Ω

• Tính ngắn mạch tại thanh cái chính nhóm III thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch ba pha

) ( 573 6

, 75 95 , 87 3

115 10

3

10

2 2

3 2

2

3

A R

U

td td

tb

+

= Χ +

=

Ι

Dòng điện xung kích ba pha:

xk xk

xk = k Ι

Tra k theo xk 0,85

95 , 87

6 ,

= Χ

td

td

R

Tra hình 5-10 trang 319 sách tra cứu ta có

1

=

Κ xk

ck xk

xk = k Ι

Ι 2 = 2.573.1= 810(A)

Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch

Do k < 1,3 nên xk

) ( 600 02

, 0

002 , 0 1 573 02 , 0

ck

Ι

Χ

=

Τ

td

td a

R

ω