BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH CHO một số môn học CHÍNH TRONG bộ KHUNG CHƯƠNG TRÌNH ở các cơ sở đào tạo THUỘC tập đoàn điện lực VIỆT NAM

Chương này nêu các giả thiết cơ bản trong tính toán ngắn mạch, phân tích các đơn vị sử dụng trong tính toán ngắn mạch riêng và tính toán hệ thống điện nói chung; Từ đó tính toán thiết lậ

HỘI ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

HỘI ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

ĐỀ ÁN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

LỜI NÓI ĐẦU

Trong hệ thống điện (HTĐ)các thiết bị điện, khí cụ điện cần làm việc đảm bảo ở chế độ bình thường, đồng thời chịu được những tác động lớn khi có sự cố, trong đó

có sự cố ngắn mạch Ngoài ra, khi có sự cố, hệ thống bảo vệ rơ le làm việc phát hiện kịp thời đưa tín hiệu tới các thiết bị đóng cắt, điều khiển đóng cắt đảm bảo ổn định của hệ thống Việc xác định dòng ngắn mạch giúp ta chọn đúng các thiết bị điện, khí cụ điện đồng thời chỉnh định chính xác các thông số cho hệ thống bảo vệ

rơ le.

Trong khuôn khổ đề án ”Biên soạn giáo trình cho một số môn học chính trong bộ khung chương trình ở các cơ sở đào tạo thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam”, tác giả là giáo viên dạy môn” Ngắn mạch trong hệ thống điện” lâu năm trong các trường đại học, đã biên một số sách về nội dung này in tại các nhà xuất bản Giáo dục, nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuât; Nay biên soạn lại cuốn sách ”Ngắn mạch trong hệ thống điện” cho phù hợp bộ khung chương trình, đồng thời cập nhật một

số kiến thức tiên tiến, diễn đạt dễ hiểu, đồng thời đưa ra nhiều hơn các ví dụ tính toán giúp cho sinh viên thực hiện các bài tập dẽ dàng hơn, hiểu bài sâu hơn

Cuốn sách gồm năm chương với các nội dung tóm tắt như dưới đây.

Chương 1, Khái quát chung về ngắn mạch, bao gồm các định nghĩa và các khái

niệm về ngắn mạch trong hệ thống điên; Đồng thời phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến thiên của dòng ngắn mạch.

Chương này nêu các giả thiết cơ bản trong tính toán ngắn mạch, phân tích các đơn

vị sử dụng trong tính toán ngắn mạch riêng và tính toán hệ thống điện nói chung;

Từ đó tính toán thiết lập sơ đồ thay thế hệ thống điện dạng đơn vị tương đối cơ bản

và các biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản.

Chương 3, Tính toán ngắn mạch ba pha Trên cơ sở một số giả thiết bổ sung,

chương này đưa ra các phương pháp tính dòng điện ngắn mạch bằng phương pháp thực dụng, bao gồm tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ, dòng ngắn mạch duy trì bằng phương pháp đơn giản và tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch tại thời điểm bất kỳ bằng sử dụng họ đường cong tính toán Để tính thuận tiện dòng ngắn mạch lưới phân phối và lưới hạ áp dưới 1000 V, chương 3 giới thiệu phương pháp tính dòng ngắn mạch cho các lưới này theo sơ đồ thay thế dạng ôm.

Chương 4, Tính toán ngắn mạch không đối xứng Trên cơ sở phương pháp véc tơ

thành phần đối xứng, chương 4 phân tích thiết lập các sơ đồ thay thế thứ tự, thuận, không và biến đổi chúng về dạng đơn giản Theo các sơ đồ thay thế đã biến đổi chương 4 giới thiệu lập và giải hệ phương trình xác định dòng điện, điện áp tại điểm ngắn mạch và thiết lập sơ đồ phức dạng đơn giản Sơ đồ phức dạng đơn giản

là mấu chốt để tính toán dòng ngắn mạch không đối xứng bằng phương pháp thực dụng.

Chương 5, Các ví dụ tổng hợp Để cũng cố kiến thức cũng như cho sinh viên dễ

dàng thực hiện các bài tập tính toán ngắn mạch phục vụ chọn khí cụ điện trong nhà máy điện, tính toán ngắn mạch phục vụ cho lựa chọn bảo vệ rơ le trong hệ thống điện, chương 4 giới thiệu một số ví dụ tính toán ngắn mạch đối với sơ đồ điện phức tạp.

Sau mỗi chương cuốn sách đưa ra các câu hỏi ôn tập lý thuyết cũng như các bài tập để sinh viên có thể tự thực hiện tính toán, củng cố kiến thức.

Các tác giả trân trọng cám ơn Hội Điện lực Việt nam đã tạo cơ hội để tạo

lập ra cuốn sách này, chân thành cám ơn các thầy cô bộ môn Hệ thống điện - Trường Đại học Bách khoa Hà nội, khoa Hệ thống điện - Trường Đại học Điện lực

và các đồng nghiệp đã luôn quan tâm, động viên để bản thảo chóng đi đến hoàn tất.

Tác giả mong được sự góp ý, nhận xét của các độc giả.

Mọi đóng góp xin gửi về địa chỉ mail: hoapv@epu.edu.vn.

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NGẮN MẠCH

§I-1.CÁC KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐỊNH NGHĨA

1 Ngắn mạch là gì và các loại ngắn mạch

Ngắn mạch là hiện các pha chập nhau, pha chập đất ( hay pha chập dây trungtính) Đối với lưới ba pha có trung tính trực tiếp nối đất khi pha chạm đất dòng điệnngắn mạch lớn được gọi là ngắn mạch một pha chạm đất, còn đối với lưới ba pha cótrung tính cách đất khi pha chạm đất thì dòng điện qua điểm ngắn mạch chỉ là dòngdung nhỏ nên chỉ gọi là hiện tượng chạm đất một pha

Nguyên nhân của ngắn mạch là do cách điện bị hỏng Cách điện hỏng có thể dosét đánh, quá điện áp nội bộ trong quá trình đóng mở mạch, cách điện già cỗi, quátuổi thọ Ngắn mạch cũng có thể do các nguyên nhân chủ quan thao tác nhầm, trôngnom thiết bị không chu đáo, thi công các công trình gần cáp ngầm ( có thể đào đấtdụng vào dây cáp), do chim đậu, cây đổ,…

Ngắn mạch gây ra các hậu quả sau:

- Dòng điện tăng vọt làm phát nóng cục bộ các phần tử có dòng ngắn mạch qua,đồng thời tạo lực động điện khá lớn có thể làm hỏng khí cụ điện và dây dẫn;

- Khi ngắn mạch điện áp tụt có thể làm cho các động cơ điện ngừng quay;

- Ngắn mạch gây dư thừa công suất tại các máy phát điện có thể gây mất ổnđịnh và gây tan rã hệ thống

Việc xác định giá trị dòng ngắn mạch là rất cần thiết nhằm các mục đích sau:

- Lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn chịu được tác động nhiệt, tác động độngcủa dòng điện ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch;

- Cài đặt và hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ và tự động hóa trong hệ thống để loạitrừ nhanh các phần tử sự cố ngắn mạch ra khỏi hệ thống, các phần tử còn lại vẫnlàm việc bình thường;

- Phục vụ thiết kế lưới hợp lý và lựa chọn các thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch Trên bảng I.1 giới thiệu các loại ngắn mạch, hình qui ước, ký hiệu và xác suấtxảy ra tương ứng với loại ngắn mạch Ngắn mạch ba pha là ba pha cùng chạm đấthay chạm vào nhau, tạo điện áp cả ba pha tại điểm ngắn mạch đều bằng zê rô, dòngcác pha và điện áp pha các nút còn lại vẫn đảm bảo đối xứng (dòng cũng như áp cácpha có gia trị bằng nhau, lệch pha nhau 1200) nên ngắn mạch này gọi là ngắn mạchđối xứng Trong khi đó ngắn mạch hai pha (hai pha chạm vào nhau), ngắn mạch haipha chạm đất (có hai pha chạm đất) và ngắn mạch một pha chạm đất (chỉ có mộtpha chạm đất) thì điện áp pha các nút kể cả nút ngắn mạch cũng như dòng pha các

nhánh không thể còn là đối xứng nữa, nên gọi các loại ngắn mạch này là ngắnmạch không đối xứng

Bảng I.1: Loại ngắn mạch, hình qui ước, ký hiệu và xác suất

2 Biến thiên dòng ngắn mạch và các đại lượng đặc trưng

Biến thiên dòng ngắn mạch có dạng như hình I.1 Kể từ trục tung phía bên trái làdòng điện trước lúc ngắn mạch, phía bên phải là dòng điện của quá trình ngắnmạch Dòng ngắn mạch tiếp từ dòng điện lúc bình thường và chuyển sang quá trìnhquá độ, ở giai đoạn đầu dòng tăng rất nhanh và đạt tới giá trị cực đại sau 0,01 giây(tức sau ½ chu kỳ) gọi là dòng xung kích ixk rồi giảm dần được gọi là quá trình quá

độ, sau đó chuyển sang trạng thái duy trì mới Giai đoạn quá trình quá độ được phânthành hai giai đoạn nhỏ: đoạn đầu là siêu quá độ, còn lại là quá độ

Dòng ngắn mạch gồm hai thành phần : dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ

ikck(t) và thành phần chu kỳ ick(t), tức là iN(t) = ikck(t) + ick(t) Nếu lấy các biên độcủa iN(t) chia cho và nối lại thành đường cong thể hiện giá trị hiệu dụng dòngngắn mạch theo thời gian IN(t) (hình I.1)

Hình I.1 Biến thiên dòng ngắn mạch

Từ đường biến thiên dòng ngắn mạch hình I.1 đưa ra các đạ lượng đặc trưng củadòng ngắn mạch như sau:

1) Hiệu dụng dòng ngấn mạch siêu quá dộ I”;

2) Hiệu dụng dòng ngắn mạch tại thời điểm t, I(t);

3 Xét ngắn mạch ba pha sơ đồ lưới điện đơn giản

Mạch ba pha đơn giản có nguồn điện áp đối xứng không đổi với một nhánh cấpđiện cho một đường dây để cấp điện cho phụ tải Tình huống xảy ra như sau:

Ban đầu nguồn không mang tải, tức là i(0) = 0;

Khi đóng nguồn thì xảy ra sự cố ngắn mạch ba pha cách nguồn một đoạn L, rnhư trên hình I.2 Vì ngắn mạch ba pha là ngắn mạch đối xứng nên có thể xét cho

Nghiệm của phương trình vi phân trên gồm hai thành phần : chu kỳ và không chu

Tổng hai thành phần dòng điện được:

Xác định A theo điều kiện ban đầu:

Kết quả cuối cùng dược:

(I.1)

U a = U m sin(wt+)

r r r

r ’

) 3 (

Giá trị dòng ngắn mạch phụ thuộc vào Vì r << x nên coi

Có thể chứng minh được rằng giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch tại thời điểm =0 Với =0 và khi đó (I.1) sẽ trở thành:

(I.1a)

Hình I.3 biểu diễn biến thiên dòng ngắn mạch theo biểu thức (I.1a)

0,01 sec

Hình I.3: Biến thiên dòng ngắn mạch mạch ba pha đơn giản

Qua hình I.3 ta thấy:

- Dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ đạt giá trị cực đại ngay ban đầu, sau

đó tắt dần theo tốc độ hằng số thời gian mạch;

- Vì điện áp nguồn không đổi nên dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ có biên độkhông đổi, có nghĩa giá trị hiệu dụng của nó có giá trị không đổi

- Dòng ngắn mạch tổng biến thiên từ giá trị zê rô tăng nhanh đạt giá trị xung kíchsau nửa chu kỳ Giá trị dòng diện xung kích tính như sau:

a) Ngắn mạch trực tiếp

Tổng trở tiếp xúc tại chỗ ngắn mạch do hồ quang và các thành phần trung giangây ra là rất khó xác định; Chúng thay đổi phụ thuộc nhiều vào trạng thái tiếp xúccũng như trạng thái của hồ quang điện xuất hiện Trong trường hợp nguy hiểm nhất

là tổng trở đó bằng zê rô và được gọi là ngắn mạch trực tiếp, còn gọi là ngắn mạchkim thuộc Chúng ta chỉ xem xét trường hợp ngắn mạch trực tiếp này để nghiên cứutrong tính toán ngắn mạch

b)Ngắn mạch duy trì và không duy trì

Biến thiên dòng ngắn mạch có dạng như hình I.1, từ trạng thái bình thườngchuyển sang quá trình quá độ, rồi sang trạng thái chế độ xác lập mới, gọi là ngắnmạch duy trì Trong thực tế hệ thống bảo vệ rơ le kiểm soát sự cố ngắn mạch và đưatín hiệu đến máy cắt để tự loại bỏ phần tử sự cố khỏi lưới, tức là loại bỏ ngắn mạchtrong một thời gian rất ngắn gọi là thời gian tồn tại ngắn mạch, không để tồn tại tớitrạng thái ngắn mạch duy trì, gọi là ngắn mạch không duy trì

c)Nguồn công suất vô cùng lớn và nguồn công suất hữu hạn

Một nhà máy điện công suất SNM hay một trạm biến áp/lưới khu vực gọi chung

là phụ tải điên có công suất SPT được đấu nối vào hệ thống điện công suất SHT tạiđiểm đấu Tương quan công suất giữa SHT và công suất SNM(SPT) tại điểm đấu này sẽđưa ra một khái niệm nguồn công suất vô cùng lớn và nguồn công suất hữu hạn, cụthể như sau:

- Hệ thống là nguồn công suất vô cùng lớn đối với nhà máy điên/phụ tải điện nếugiá trị giá trị SNM lớn gấp trên 20 lần giá trị SNM(SPT) Trong trường hợp này dù cóbất cứ sự cố nào, kể cả sự cố ngắn mạch trong nhà máy điện/phụ tải điện thì điện áptại điểm đấu không bị thay đổi, kết quả là dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ cóbiên độ không đổi, có nghĩa giá trị hiệu dụng của nó có giá trị không đổi

§I-2.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ BIẾN THIÊN

DÒNG NGẮN MẠCH

1 Ảnh hưởng của tự động kích từ (TĐK)

a)TĐK là gì

Trên hình I-4 cho sơ đồ hệ thống kích từ dùng MF một chiều

Để điều chỉnh dòng kích từ If người ta thay đổi dòng điện kích từ trong các cuộnkích từ của máy phát điện một chiều Biến trở Rđc cho phép điều chỉnh dòng điện

là TĐK nhận tín hiệu áp đầu cực máy phát qua biến điện áp BU và tín hiệu dòngđầu cực máy phát qua biến dòng BI TĐK làm việc dòng điện trong các cuộn C2 và

C3 được điều chỉnh tự động : dòng trong cuộn C2 được điều chỉnh tương ứng vớichế độ làm việc bình thường, còn trong cuộn C3 - tương ứng với chế độ kích thíchcưỡng bức

HìnhH Hình II-1: Hệ thống kích từ dùng MF một chiều

b)Hoạt động của TĐK khi sự cố ngắn mạch

Khi ngắn mạch điện áp đầu cực máy phát tụt rất mạnh, để kéo chúng về giá trịmong muốn phải tăng giá trị dòng kích từ tới một giá trị cưỡng bức Để thực hiệnđược điều này TĐK tự động điều chỉnh dòng trong cuộn C3 làm cho dòng trongcuộn Cf đạt giá trị cưỡng bức Với giá trị dòng kích từ cưỡng bức có thể làm suấtđiện động của kích từ đạt giá trị giới hạn Egh Giá trị Egh của kích từ có thể đạt tới2,5 đến 3,8 lần so với định mức tùy loại máy phát Với Egh điện áp máy phát có thểđược nâng tới giá trị định mức Điều này có thể thực hiện được nếu điểm ngắnmạch đủ xa tính từ đầu cực máy phát Ở đây thêm một khái niệm mới: điểm ngắnmạch xa và điểm ngắn mạch gần, cụ thể như dưới đây

c)Ngắn mạch xa và ngắn mạch gần

Khi ngắn mạch đủ xa, Egh có thể nâng điện áp tới giá trị định mức, còn khi ngắnmạch gần dù kích từ tạo tới Egh cũng không thể làm cho điện áp đầu cực máy pháttrở về định mức được Gianh giới giữa ngắn mạch xa và ngắn mạch gần là giá trịđiện kháng ngoài kể từ đầu cực máy phát đến điểm ngắn mạch đạt bằng giá trị tớihạn Xth (xem hình I.5)

Hình I.5 : Sơ đồ xác xác định ngắn mạch xa, gần

Nếu điểm ngắn mạch gần hơn điện kháng tới hạn Xth thì TĐK không thể làm chođiện áp đầu cực máy phát trở về định mức được mặc dù kích từ đã đạt giá trị Eth của

nó Như vậy dòng điện ngắn mạch IN khi điểm ngắn mạch gần (Xng < Xth) được tínhtheo công thức sau:

Xng

XdE

Khi điểm ngắn mạch ngoài lớn hơn Xth thì Egh sẽ nâng điện áp tới giá trị địnhmức, khi ngắn mạch tại dúng Xng= Xth thì tính dòng có thể nhìn từ Egh và cũng cóthể nhìn từ diện áp đầu cực máy phát:

có TĐK Nhìn vào hình I.6 thấy rằng nhờ TĐK khi thời gian đủ lớn thì dòng ngắnmạch IN(t) tăng, có thể đạt vượt cả giá trị dòng siêu quá độ I”

2 Ảnh hưởng của cuộn cản tới dòng ngắn mạch

i

i u

Hình I-6 : Đường cong biến thiên của dòng điện ngắn mạch khi có TĐK

stato Suất điện động cảm ứng stato tạo điện áp đầu cực máy phát, nếu có tải thì tồntại dòng stato.

Dòng stato tạo ra từ thông phản ứng, một phần từ thông thông lõi rô to sanglõi stato xuyên lõi stato sang lõi rô to, phần nhỏ còn lại vô ích tản vào khoảngkhông giữa rô to và stato Khi máy phát làm việc đối xứng từ thông phản ứng các pha đối xứng, nên từ thông phản ứng tổng các pha bằng zê rô, nghĩa là trên cuộndây rô tô không tồn tại bất cứ dòng cảm ứng phụ nào, trên cuộn dây rô to vẫn chỉ

có dòng kích từ một chiều do máy phát kích từ cung cấp

Khi ngắn mạch, dòng điện stato thay đổi dẫn đến từ thông phản ứng bị biếnthiên Sự biến thiên của từ thông phản ứng sẽ cảm sang cuộn kích từ gây ra dòngcảm ứng phụ, tạo chế độ làm việc không bình thường của máy phát Để hạn chếcảm ứng phụ này người ta bổ sung thêm vào máy phát điện một vòng kim loại tạiphía đầu ro tô, gọi là cuộn cản (trên hình I.8, I.9 thể hiện nét vẽ đậm đầu ro to).Trên hình I.9 thể hiện sự biến thiên từ thông phản ứng qua các giai đoạn siêu quá

độ, quá độ và xác lập mới khi máy phát có cuộn cản

b)Sự thay đổi của từ thông phản ứng trong quá trình ngắn mạch

- Giai đoạn siêu quá độ: từ thông phản ứng bị đảy ra khỏi cuộn cản và cuộn kích

từ, gọi là từ thông phản ứng siêu quá độ Ứng với từ thông sẽ có điện khángsiêu quá độ và sđđ siêu quá độ E” Với giai đoạn này trong cuộn cản tồn tạidòng điện icc, còn trong cuộn kích từ ngoài dòng iKT còn tồn tại dòng

- Giai đoạn quá độ: sau thời gian rất ngắn dòng icc bị tiêu tán bởi chính điện trở củacuộn cản vì cuộn cản chỉ là mạch thụ động, còn trong cuộn kích từ bị yếu đi do

bị tiêu tán một phần do điện trở của cuộn kích từ Khi đó từ thông phản ứn đivào trong cuộn cản, nhưng vẫn còn bị đẩy khỏi cuộn kích từ Ứng với từ thông sẽ

có điện kháng siêu quá độ và sđđ quá độ E’

- Giai đoạn xác lập mới: đòng điện phụ trong cuộn kích từ hoàn toàn bị tiêu tán bởiđiện trở của cuộn kích từ Khi đó từ thông phản ứn đi vào trong cuộn chống rung

và cuộn kích từ Ứng với từ thông sẽ có điện kháng siêu quá độ và sđđ xác lậpE

a) b) c)

Hình I.9 : Biến thiên từ thông phản ứng trong quá trình ngắn mạch

a) Siêu quá độ; b) Quá độ; c) Xác lập mới

Theo quá trình quá độ nêu trên biểu đồ véc tơ với các sđđ và các điện kháng đượcthể hiện trên hình I.10 [1]

Hình I-10 : Biểu đồ véc tơ của máy phát điện

Ya

Y’a

Y”

aa

E

Eq

E Q

U I

jx” d I

d

Jx’ d I

Jx q I

Jx d I

q

Trên biểu đồ véc tơ có một vài lời ghi chú tóm tắt như sau:

- Các đại lượng được phân theo trục dọc d và trục ngang q rô to máy phát;

- Với máy phát cực ẩn (MF tua bin hơi) các điện kháng dọc xd và điện khángngang xq bằng nhau, khi đó tồn tại EQ

- Ứng với mỗi điện kháng là sđđ tương ứng: điện kháng siêu quá độ x”d có sđđ siêu quá độ E”, điện kháng quá độ x’d có sđđ quá độ E’, điện kháng xác lập xd cósđđ E

- Góc giữa E và U khoảng 170 đến 250, nên các góc giữa E và Eq chỉ là vài độ;Vây có thể coi mô đun của E và Eq là bằng nhau

c)Ảnh hưởng của cuộn cản đến dòng ngắn mạch

Kết quả của sự thay đổi của từ thông phản ứng nêu trên dẫn đến làm thay đổibiến thiên của dòng ngắn mạch Vì dòng quẩn trong cuộn cản icc và dòng phụ trongcuộn kích từ chỉ xuất hiện ở giai đoạn đầu của quá trình ngắn mạch, sau đó bịtiêu tán bởi chính điện trở của chúng, nên cuộn cản chỉ làm ảnh hưởng đến giaiđoạn đầu của dòng ngắn mạch Trên hình I.11 thể hiện sự thay đổi hiệu dụng dòngngắn mạch khi có và không có cuộn cản

3 Ảnh hưởng của phụ tải tới dòng ngắn mạch

Đa số phụ tải là động cơ không đồng bộ, tổng trở của chúng phụ thuộc vào độtrượt s, mà hệ số trượt s lại phụ thuộc vào điện áp đầu cực động cơ, mômen cản,…Khi điện áp tụt quá mức thì động cơ bị cắt ra, tổng trở bằng vô cùng lớn Trong quátrình ngắn mạch, tổng trở của động cơ điện không đồng bộ rất khó xác định và chỉ

có thể ước lượng gần đúng

Trong giai đoạn đầu ngắn mạch động cơ có thể phóng dòng điện ngược chiều,cung cấp cho điểm ngắn mạch Vì vậy để xác định dòng ngắn mạch siêu quá độ I”,đồng cơ điện cũng như phụ tải tổng hợp được thay thế bằng điện kháng siêu quá độ

và suất điện động siêu quá độ E” ở dạng tương đối định mức như sau:

- Động cơ điện đồng bộ = 0,2 và E” = 1,1

- Động cơ điện đồng bộ = 0,2 và E” = 0,9

§I-2.CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH

Có hai nhóm chủ yếu tính toán ngắn mạch như sau:

- Sử dụng phương pháp phương trình vi phân

Trong mục §I-1, phần 3 đã sử dụng phương pháp phương tình vi phân để giải bàitoán ngắn mạch ba pha lưới đơn giản Theo phương pháp này các bước hiện nhưsau:

1 Lập hệ phương trình vi phân mô tả quá trình quá độ hệ thống điện;

2 Giải hệ phương trình vi phân

Phương pháp phương trình vi phân có ưu điểm là xác định tương đối chính xác sựbiến thiên các thống số chế độ i(t), u(t),… một cách liên tục trong suốt quá trình quá

độ Nhưng nhược điểm của phương pháp phương trình vi phân là gặp nhiều khókhăn trong lập hệ phương trình vi phân cũng như khi giải chúng, nhất là lưới phứctạp gồm nhiều nhà máy điện Chính vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng khi nghiêncứu quá trình quá độ cho sơ đồ hệ thống điện đơn giản, ít nguồn phát

- Sử dụng phương pháp tính toán thực dụng

Các bước tính toán bằng phương pháp thực dụng bao gồm:

1 Lập sơ đồ thay thế hệ thống điện;

2 Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản còn một đến vài nguồn đẳng trị;

3 Xác định dòng ngắn mạch băng phương pháp đơn giản hay sử dụng họđường cong tính toán

Phương pháp tính toán thực dụng chỉ kết quả gần đúng và cũng chỉ xác định đượcgiá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch rời rạc tại một số thời điểm nhất định Tuy vậyphương pháp tính toán thực dụng có nhiều ưu điểm: tính toán đơn giản, nhanhchóng cho bất kỳ sơ đồ hệ thống điện phức tạp nào, bất cứ loại ngắn mạch nào,điểm ngắn mạch nào và có thể chỉ tính bằng tay hay sử dụng chương trình máy tính

Do vậy phương pháp tính toán thực dụng được sử dụng rộng rãi trong tính toánngắn mạch

Trong phạm vi giáo trình chỉ đề cập phương pháp tính toán thực dụng để tínhdòng ngắn mạch

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG I1) Thế nào là ngắn mạch , hậu quả và mục đich tính toán ngắn mạch.

2) Nêu các loại ngắn mạch, xác suất trong hệ thống điện ba pha

3) Nêu biên thiên dòng ngắn mạch và các đại lượng đặc trưng của dòng ngắn mạch.4) Phân tích dòng điện ngắn mạch ba pha lưới đơn giản

5) Nêu các khái niệm : ngắn mạch kim thuộc, ngắn mạch duy trì và không duy trì,nguồn công suất vô cùng lớn và nguồn công suất hữu hạn

6) Hệ thống điều chỉnh kích từ TĐK: nêu khái niệm, hoạt động lúc bình thườngcũng như lúc sự cố

7) Nêu bản chất ngắn mạch xa và ngắn mạch gần, cách xác định điện kháng tới hạn.8) Nêu ảnh hưởng của TĐK đến sự biến thiên dòng ngắn mạch

9) Nêu từ thông trong máy phát điện trong máy phát điện lúc làm việc bình thường

và sự biến thiên của từ thông phản ứng trong quá trình ngắn mạch

10)Phân tích biểu đồ véc tơ máy phát điện, nêu các suất điện đông và điện khángtương ứng của máy phát điện ở các chế độ xác lập và quá độ

11)Bạn hiểu gì về cuộn cản, vai trò cuộn cản và nêu ảnh hưởng của cuộn cản đếnbiến thiên dòng ngắn mạch

12)Phân tích sự xem xét phụ tải trong tính toán ngắn mạch

13)Phân tích các phương pháp tính ngắn mạch

CHƯƠNG II

SƠ ĐỒ THAY THẾ HTĐ TRONG TÍNH TOÁN

NGẮN MẠCH BA PHA

§II-1.CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN

Để thiết lập sơ đồ tính toán ngắn mạch cần có những giả thiết đơn giản hoá.Những giả thiết này làm giảm đáng kể khối lượng tính toán trong khi vẫn đảm bảo

độ chính xác cần thiết cho các ứng dụng trong thực tế Mỗi nội dung tính toánthường có những giả thiết riêng Sau đây là những giả thiết cơ bản liên quan đếnbước lập sơ đồ thay thế khi tính toán ngắn mạch

1 Các máy phát điện không có dao động công suất.

Các máy phát điện không có dao động công suất nghĩa là góc lệch pha giữa cácsức điện động (sđđ) của máy phát điện giữ nguyên không đổi trong quá trình ngắnmạch Nếu góc lệch pha giữa các sđđ của các máy phát điện tăng lên thì dòng điệntrong nhánh giảm xuống (còn dòng điện trong nhánh nối các máy phát điện thì tănglên) cho nên để tính toán được đơn giản và để cho trị số dòng điện tại chỗ ngắnmạch là lớn nhất, ta giả thiết là góc lệch pha giữa các sức điện động của các máyphát điện không đáng kể (bằng không)

2 Xét phụ tải gần đúng.

Để tính toán được đơn giản, tất cả các phụ tải đều được thay bằng tổng trở cốđịnh tập trung tại một điểm nút chung Đối với các động cơ điện tại thời điểm banđầu của ngắn mạch có thể biến thành máy phát điện nghĩa là phát ra dòng điện cungcấp cho điềm ngắn mạch, ngược chiều với dòng điện phụ tải trước kia

3 Mạch từ không bão hoà.

Giả thiết này cho phép bới tính trễ của mạch từ so với quá trình quá độ Với giảthiết này, phương pháp phân tích và tính toán đơn giản đi rất nhiều vì mạch điện làtuyến tính và có thể dùng nguyên lý xếp chồng để phân tích quá trình

4 Phân riêng điện kháng X và điện trở R.

Khi xác định dòng điện ngắn mạch thành phần chu kỳ chỉ xét điện kháng x.Việc xác định dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kỳ được thông qua giátrị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ I” và hằng số mạch như đã phân tích ở

5 Bỏ qua điện dung.

Nói chung giả thiết này là thích hợp vì tính trễ áp của tụ so với quá trình quá độ,sai số không nhiều lắm, chỉ có trường hợp tính toán đường dây siêu cao áp tải điện

đi cực xa thì mới phải xét đến tác dụng của điện dung

6 Bỏ qua dòng điện từ hoá của máy biến áp.

Giả thiết này nói chung là dùng được, chỉ trừ trường hợp lúc lập sơ đồ thay thếthứ tự không của máy biến áp ba pha ba trụ

7 Hệ thống điện ba pha là đối xứng.

Trong thực tế, hệ thống điện ba pha trước lúc ngắn mạch có thể xem là đốixứng, nên sơ đồ thay thể chỉ cần thể hiện một pha

§II-2 SƠ ĐỒ THAY THẾ HTĐ TRONG TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

- Công suất phản kháng Q : VAR, kVAR, MVAR;

- Công suất toàn phần S : VA, kVA, MVA;

Đối với các tính toán hệ thống điện ba pha đối xứng có một số quy định riêng vàtheo hai nhóm đơn vi có tên: nhóm đơn vị có tên thông thường và nhóm đơn vị cótên điện lực được thể hiện trên bảng II.1

Bảng II.1: Đơn vị có tên

TT Tên đơn vi định Quy

Ký hiệu Thông

5 Công suất tác dụng P Ba pha W MW

6 Công suất phản kháng Q Ba pha VAR MVAR

Các công thức tính khi thay dữ liệu phải tuân thủ theo đúng đơn vị, chẳng hạn

để tính dòng điện pha của mạch ba pha có : nếu S đơn là MVA, U đơn vị

là kV thì I được là kA; nhưng nếu S lấy đơn vị là kVA thì I lại sẽ là A, v.v,…

Trong tính toán nếu sai đơn vị sẽ dẫn kết quả sai trầm trọng: sai hàng nghìn, hàng triệu lần

b) Giá trị quy đổi các thông số qua MBA

MBA có hai điện áp I và II với các thông số áp, tổng trở, sông suất, dòng tươngứng ghi trên hình II.1 Hệ số quy đổi được tính theo số vòng dây của MBA

Kqđ=WI/WII hay được tính theo điện áp định mức Kqđ = UdmI/UdmII Giá trị quy đổicác giá trị từ phía II theo phía I được tính như sau [1]:

c)Đơn vị dạng tương đối định mức (tđđm)

Đơn vị tđđm là loại đơn vị không có tên, biểu diễn bằng tỷ là tỷ số giữa giá trịcủa đại lượng có tên và giá trị định mức như sau:

(II.1)

Ta áp dụng khái niệm về đơn vi tđđm nêu trên để xác định điện kháng dạng đơn

vị ôm các phần tử máy phát, máy biến áp, kháng điện và đường dây theo số liệu tracứu trong các tài liệu

- Máy phát điện, số liệu là điện kháng dạng tđđm,công suất định mức SđmF

(MVA), điện áp định mức UđmF (kV), dòng điện IđmF (kA), sơ đồ thay thế gồm sđđ E

và điện kháng, ta có:

(II.2)

- Máy biến áp hai cuộn dây, số liệu là , công suất định mức SđmB (MVA), điện

áp định mức UđmB phía cao (kV), dòng điện định mức IđmB phía cao (kA), sơ đồ thaythế là điện kháng dạng ôm, ta có:

Hình II.1 : Qui đổi giá trị qua MBA

U I , Z I , S I , I I

K qđ

U II , Z II , S II , I II

Vậy (II.3)

- Máy biến áp ba cuộn dây, số liệu là các điện kháng ngắn mạch

dạng %, công suất định mức SđmB (MVA), điện áp định mức UđmB phía cao (kV),

IđmB phía cao (kA), sơ đồ thay thế gồm điện kháng cao , trung và hạ ta có:

Giải phương hệ trình trên ta được:

(II.4)

Từ giá trị điện áp các cấp tính được điện kháng tương ứng các cấp theo công thức(II.3)

- Máy biến áp tự ngẫu, số liệu là các điện áp ngắn mạch dạng %,công suất định mức SđmTN (MVA), điện áp định mức UđmTN phía cao(kV), dòng điệnđịnh mức IđmTN phía cao (kA), sơ đồ thay thế gồm điện kháng cao , trung và hạ Đối với tự ngẫu có hệ số có lợi và công suất tính toán Tính điện áp ngắn mạch các phía được tính theo hai trường hợp như sau:

Trường hợp 1, nếu cho theo SđmB thì tính hoàn toàn như máy biến áp bacuộn dây;

Trường hợp 2, nếu cho theo Stt thì chúng phải được quy đổi về địnhmức theo hệ số có lợi , cụ thể như sau:

(II.4a)

Từ giá trị điện áp các cấp tính được điện kháng tương ứng các cấp theo công thức(II.3)

- Kháng điện, số liệu là điện kháng ,điện áp định mức UđmK (kV), dòng điệnđịnh mức IđmK (kA), sơ đồ thay thế là điện kháng, ta có:

(II.5)

- Đường dây, số liệu là điện kháng đơn vị , độ dài , số đồ thay thế là điện kháng, ta có:

(II.6)

Nếu là đường dây lộ kép thì kháng đường dây giảm còn một nửa.

c)Đơn vị dạng tương đối cơ bản (tđcb)

Đơn vị tđcb là loại đơn vị không có tên, biểu diễn bằng tỷ là tỷ số giữa giá trị củađại lượng có tên và giá trị cơ bản tương ứng tùy chọn tính trong cùng đơn vị:

2.Sơ đồ thay thế hệ thống điện dạng tđcb

Không mất tính tổng quát ta xét sơ đồ hệ thống điện hình II.2a, bao gồm ba cấpđiện áp I, II, III với máy phát F, máy biến áp B1 có điện áp định mức UđmI/UđmII,máy biến áp B2 có điện áp định mức UđmII/UđmIII, đường dây II và III

Ở đây cũng bổ sung thêm về vấn đề qui đổi giá trị các thông số khi qua máy biến

áp qua hệ số quy đổi Kqđ Hệ số này có hai cách tính : chính xác theo hệ số địnhmức của máy biến áp và gần đúng theo giá trị điện áp trung bình Utb các cấp,thường lấy bằng 1,05 Uđm (điện áp lưới 6 kV thì Utb = 6,3 kV; điện áp lưới 10 kV thì

Utb = 10,5 kV; điện áp lưới 35 kV thì Utb = 38 kV; điện áp lưới 110 kV thì Utb = 115

B

I F

Hình II.2 : Sơ đồ thay thế HTĐ dạng tdcb

Sơ đồ HTĐ b) Sơ đồ thay thế

Sau đây giới thiệu cách tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ thay thế hìnhII.2b

* Trường hợp chọn cho toàn hệ thống

(II-đúng với trường hợp chọn , tính gần đúng Khi toán ngắn mạch

bằng tay có thể chí sử dụng tính gần đúng như đã trình bày ở trên và có thể tóm tắttrong bảng II.2

Bảng II-2: Sơ đồ thay thế và công thức tính gần đúng các phần tử

1 Máy phát

2 Máy biến áp hai cuộn dây

3 Máy biến áp ba cuộn dây

hay tự ngẫu Tính điện áp UUH, sau đó tính điện C,UT,

- Cho điện kháng hệ thống đến điểm nối dạng tđđm thì :

Cho sơ đồ HTĐ cùng với các thông số trên hình II-3a Hình II-3b là sơ đồ thay thế

Giá trị điện kháng dạng tđcb của các phần tử trong sơ đồ thay thế hình II-3 đượctính như sau:

0

1

10 km, 0,4/km

NĐ1, 50MW, Cos=0,8,

x d ”=0,125, 10 kV B1, 10 MVA,

Hình II-3: Sơ đồ HTĐ và sơ đồ thay thế

Sơ đồ HTĐ, b) Sơ đồ thay thế

3

5 , 0

4

333 , 1 5

ND1

TĐ

NĐ2 b)

§II-3 BIẾN ĐỔI SƠ ĐỒ VỀ DẠNG ĐƠN GIẢN

1.Mục đích của biến đổi sơ đồ

Sau khi lập sơ đồ thay thế ta tiến hành biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản một nhánhkhi các loại nguồn chỉ là một loại nguồn ( cung nhiệt điện hay thủy điện) và hainhánh khi có hai loại nguồn (thủy điện và nhiệt điện, thủy điện và hệ thống điện,nhiệt điện và hệ thống điện), kết quả như trên hình II-4 Trong quá trình biến đổinhất thiết phải giữ điểm ngắn mạch

Sơ đồ đơn giản một nhánh gồm một suất điện động Etđ, một điện kháng tươngđương xtđ và công suất tổng Sơ đồ đơn giản hai nhánh gồm hai sđđ tươngđương Etđ1, Etđ2, hai điện kháng xtđ1, xtđ2 và hai công suất tổng

Khi tính toán bằng tay, phổ biến nhất vẫn là các phép biến đổi được trình bày dướiđây

2 Ghép song song các nhánh có nguồn (hình II-5):

Có n nhánh nguồn với sđđ Ei, điện dẫn Yi biến đổi về một nhánh tương đương với

Etđ, Ytđ , công thức tính toán chung như sau [2]:

Hình II-4 : Sơ đồ đơn giản sau biến đổi

a)Sơ đồ một nhánh; b)Sơ đồ hai nhánh

Nếu mạng chỉ có hai nhánh ta có :

(II-20a)

Điều đáng chú ý là các công thức trên áp dụng được cả đối với các nhánh có sứcđiện động bằng không Nghĩa là có thể ghép chung nhánh nguồn với nhánh phụ tảitrong sơ đồ thay thế Lúc đó, trong các công thức các số hạng tương ứng với Ei=0 sẽtriệt tiêu (nhưng Yi vẫn tồn tại trong biểu thức tính Ytd )

3 Biến đổi sao-tam giác (hình II-6):

Hình sao X1, X2, X3 và hình tam giác X12, X13, X23 như trên hình II-6, chúng có thể biến đổi lẫn sang nhau, cụ thể như sau[2]:

4.Biến đổi sao thành tam giác thiếu

Trong trường hợp có hai E1, X1 và E2, X2 cùng nối với X3 như hình II-7

Công thức cho biên đổi được thể hiện như sau [2]:

Trường hợp hai nguồn cùng loại thì có thể ghép chúng song song bình thường , ta có (hình II-7a) :

Khi hai nguồn khác loại như NĐ - TĐ hay NM - HTĐ thì cần biến đổi gầnđúng sao – tam giác thiếu như hình II-7c), ta có:

(II-24)

5 Tách nhập các nhánh có nguồn

Với các nhánh song song có nguồn ta có thể nhập các sđđ nguồn thành một sđđđẳng trị Ngược lại, một nguồn nằm tại đỉnh sơ đồ tam giác ta có thể tách sđđ ra tạothành các nhánh có nguồn độc lập (bằng nhau)

Phép tách nguồn như vậy đôi khi rất thuận lợi cho phép biến đổi, ví dụ như cầntìm dòng điện ngắn mạch trên các nhánh nối với điểm ngắn mạch Mỗi dòng nhánh

có thể nhận được khá đơn giản theo phương pháp biến đổi trên hình II-8

Với hình II-8 có thể tiến hành biến đổi sơ đồ như sau:

5

E 6 = 0

E 10

10 7 N

E  =E 10

X 

N

Hình II-8: Tách nhập các nhánh nguồn

6 Gập sơ đồ đối xứng

Nếu sơ đồ có tính chất đối xứng qua điểm ngắn mạch thì điện áp của các điểmđối xứng bằng nhau Có thể nhập chúng lại với nhau mà không làm thay đổi trạngthái của mạch Bằng cách ấy (như là gập đôi sơ đồ), sơ đồ đơn giản đi đáng kể

Ví dụ: Cho sơ đồ hình II-9

Ta thấy khi ngắn mạch tại N1 và tại N2 thì sơ đồ đối xứng, “gập đôi sơ đồ” quađiểm ngắn mạch ta được sơ đồ tương đương hình II-9b Khi ngắn mạch tại N3

không có sự đối xứng nào ta phải tính theo sơ đồ đầy đủ hình II-9c

7 Phép biến đổi sao - lưới:

Phép biến đổi hình sao nhiều cành thành sơ đồ lưới có ý nghĩa quan trọng đặcbiệt vì:

- Nó bao trùm phép biến đổi sao tam - giác

- Có thể biến đổi tương đương sơ đồ dạng chung (phức tạp bất kỳ) về dạng đơngiản nhất chỉ chứa các nút nguồn và điểm ngắn mạch Nếu điện áp thanh cái cácnguồn bằng nhau thì sơ đồ nhận được cuối cùng có dạng chỉ gồm một suất điện

động nối với điểm ngắn mạch qua một điện kháng Nếu chỉ áp dụng phép biến đổisao - tam giỏc thì không bao giờ cho kết quả như mong muốn.

- Công thức biến đổi sao - lưới có dạng tổng quát nên rất thuận lợi cho việc cácchương trình máy tính biến đổi sơ đồ

Hãy xem cách biến đổi sao- lưới sơ đồ sao sang hình lưới, hình II-10

Có thể viết công thức chung cho trường hợp hình sao (n-1) nhánh, các nhánhnối nút đỉnh n với (n-1) nút còn lại Phép biến đổi tạo ra sơ đồ lưới (n-1) nút Nhánhnối nút i và k bất kỳ của sơ đồ lưới đẳng trị có tổng dẫn [2]:

(II-25)trong đó: là tổng dẫn riêng của nút n

Ví dụ II-2:

Cho só đồ thay thế hình II-3b của ví dụ II-1 về dạng đơn giản

Ta có các phép tính toán biến đổi như sau

Biến đổi các mạch nối tiếp :

15

TĐ

107 , 12 14

8

2 , 0 1

75 , 0

2

292 , 0

3

5 , 0

4

333 , 1 5

584 , 0 6

5 , 2 7

824 , 0

8

667 , 1 9

16

755 , 20 17

MVA

1) Nêu các giả thiết cơ bản trong tính toán ngắn mạch.

2) Nêu quy định với các đại lượng trong lưới ba pha và phân nhóm đơn vị cótên trong tính toán hệ thống điện

3) Nêu sự thay đổi trị số các thông số điện áp, dòng điện, trở - kháng khi quamáy biến áp Nêu hệ số quy đổi chính xác và hệ số quy đổi gần dúng

4) Xây dựng công thức tính điên kháng các phần tử máy phát, máy biến áp,kháng điện và đường dây dạng đơn vị có tên là ôm

5) Thế nào là đơn vị tương đối định mức (tđđm), xây dựng công thức tính toándạng ôm cho máy phát điện, biến biến áp, kháng điện và đường dây

6) Thế nào là đơn vị tương đối cơ bản (tddcb) trong tính toán hệ thống điện.7) Nêu tổng quát về sơ đồ thay thế hệ thống điện dạng tđcb trong tính toán ngắnmạch hệ thống điện

8) Xây dựng công thức tính điện kháng máy phát điện dạng tđcb theo các cáchchọn Ucb, tính chính xác và tính gần đúng

9) Xây dựng công thức tính điện kháng kháng điện dạng tđcb theo các cáchchọn Ucb, tính chính xác và tính gần đúng

10)Xây dựng công thức tính điện kháng đường dây dạng tđcb theo các cách chọn

14)Nêu các phép biến đổi để biến đổi sơ đồ thay thế về dạng đơn giản

B Bài tập

1) Cho sơ đồ thay thế hình II-12 Chọn Scb=100 MVA, Ucb bằng điện áp trungbình các cấp, lập sơ đồ thay thế và biến đổi về dạng đơn giản với các điểm ngắnmạch N1 và N2

2) Cho sơ đồ thay thế hình II-13 Chọn Scb=100 MVA, Ucb bằng điện áp trungbình các cấp, lập sơ đồ thay thế và biến đổi về dạng đơn giản với các điểm ngắnmạch N1 và N2.

3) Cho sơ đồ thay thế hình II-14 Chọn Scb=100 MVA, Ucb bằng điện áp trungbình các cấp, lập sơ đồ thay thế và biến đổi về dạng đơn giản với các điểm ngắnmạch N1 và N2

4) Cho sơ đồ thay thế hình II-15 Chọn Scb=100 MVA, Ucb bằng điện áp trungbình các cấp, lập sơ đồ thay thế và biến đổi về dạng đơn giản với các điểm ngắnmạch N1 và N2

Nguồn công suất vô cùng lớn;

Các đường dây đều có điện kháng ;

Hai MBA cùng loại, có

Hình II-12 : Sơ đồ HTĐ cho bài tập 1

~



2 ,1

HT

=130km

x 0 =0,4/km 115kV

N2

B TN

D2

N2 HT

D1

Hệ thống HT :

Dây 1: dây kép dài 60 km, ;

Dây 2: dây đơn dài 20 km,

§III-1 CÁC GIẢ THIẾT BỔ SUNG

Ngoài những giả thiết đơn giản hoá nêu ra trong §II-1, trong các tính toán thực

dụng dòng ngắn mạch còn có thêm những giả thiết sau:

1 Qui luật biến thiên của thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch tìm đượccho sơ đồ có một máy phát điện, có thể dùng để đánh giá gần đúng thành phần dòngđiện đó trong sơ đồ có số máy phát tuỳ ý

2 Việc xét đến thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch trong tất cả cáctrường hợp có thể tiến hành một cách gần đúng

3 Rôto của mỗi máy điện đồng bộ là đối xứng, tức là thông số của máy nhưnhau với vị trí bất kỳ của rôto

Giả thiết cuối cùng cho phép tính toán gần đúng với các sđđ, điện áp và dòng điệnkhông cần phân tích ra các thành phần dọc trục và ngang trục Đồng thời giả thiết

đó cũng loại trừ việc xét dòng điện bậc hai tạo thành do thành phần không chu kỳcủa dòng điện ngắn mạch khi rôto không đối xứng

Các phương pháp tính toán thực dụng khác nhau chủ yếu là ở chỗ cách tính thànhphần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch Cách tính này phụ thuộc vào mục đích củatính toán Ví dụ khi tính ngắn mạch để chọn khí cụ điện thì yêu cầu độ chính xácthấp hơn khi tính toán tìm sự phân bố dòng điện trong các nhánh của sơ đồ khi giảiquyết các vấn đề bảo vệ rơle và tự động hoá của hệ thống điện

§III-2.TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH SIÊU QUÁ ĐỘ VÀ

DUY TRÌ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN

1 Giới thiệu chung

Sau khi đã có sơ đồ thay thế và biến đổi chúng về dạng đơn giản như đã giới thiệu

ở chương hai thì việc xác định hiệu dụng dòng điện ngắn mạch có thể xác định đơn giản theo công thức :

(III-1)

trong đó: Etđi - sđđ tương đương nhánh i trong sơ đồ thay thế biến đổi đơn giản;

Xtđi - điện kháng đương nhánh i trong sơ đồ thay thế biến đổi đơn giản;

Icb – dòng điện cơ bản thuộc cấp điện áp có điểm ngắn mạch

Vấn đề ở đây là sơ đồ thay thế và sđđ đã thể hiện ở thời điểm nào của quá trìnhngắn mạch: siêu quá đô, duy trì hay ở tại thời điểm t nào, mà máy phát điện đóngvai trò chính Trong mục này giới thiệu cách tính đơn giản để xác định giá trị hiệudụng dòng điện ngắn mạch tại thời điểm siêu quá độ và thời điểm xác lập mới (ngắnmạch duy trì)

2 Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ I”

Để xác định hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ trong sơ đồ thay thế điệnkháng máy phát điện phải là điện kháng siêu quá độ x”d Vấn đề là phải xác địnhđược sđđ Etđ.Việc này được tiến hành như sau:

- Trong sơ đồ thay thế ban đầu (chưa biến đổi về dạng đơn giản), đối với nguồnphát trong giải tích chế độ xác lập biết điện áp U, dòng điện I và hệ số công suấtcosφ đầu cực máy phát, theo đồ thị véc tơ máy phát điện hình I-9b dễ dàng viếtđược biểu thức tính sđđ siêu quá độ E” như sau:

(III-2)

- Trong quá trình biến đổi sơ đồ thay thế về dạng đơn giản, trong đó có phép biếnđổi nhập nguồn đã trình bày trong chương hai ta sẽ được sđđ tương đương trong sơ

đồ thay thế đơn giản

Trong thức tế khi tính toán gần đúng chế độ máy phát điện làm việc trong chế độđịnh mức, khi đó E” = 1÷1,1 nên có thể thường lấy gần đúng E”=1 cho mọi nguồnmáy phát (nhà máy điện) và cho tất cả sđđ tương đương trong sơ đồ thay thế đơngiản

Trên cơ sơ phân tích trên có thể đưa ra các bước xác định giá trị hiệu dụng dòngđiện ngắn mạch siếu quá độ I” như sau:

Bước 1 Lập sơ đồ thay thế ở dạng tương đối cơ bản.

Trong bước này điện kháng máy phát điện phải là điện kháng siêu quá độ x”d,điện kháng các phần tử còn lại được xác định như đã trình bày trong chương hai.Suất điện động các máy phát là siêu quá độ E” tính theo công thức (III-2) Trongtrường hợp cho phép tính gần đúng có thể lấy E”=1

Bước 2 Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản

Áp dụng các phép biến đổi đã trình bày trong chương hai để biến đổi sơ đồ vềdạng đơn giản một nhánh nếu các nguồn cùng loại hay một số nhánh nếu các nguồnkhông cùng loại (NĐ - TĐ, NMĐ - HTĐ).

Bước 3 Xác định giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ

Giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ được xác định theo công thức(III-1), triển khai cụ thể sau:

Trước lúc ngắn mạch may phát làm việc định mức

Yêu cầu tính hiệu dụng siêu quá độ I”

Bài giải

1) Chọn Scb=62,5 MVA, Ucb = Utb các cấp (10,5 và 115 kV), ta có:

Sơ đồ thay thế hình III-1b

133 , 0

1

~

F

Hình III-1:Tính toán ngắn ví dụ III-1

a) Sơ đồ lưới điện; b)Sơ đồ thay thế

104 , 0 2

3) Tính dòng điện:

Ví dụ III-2

Cho sơ đồ HTĐ hình II-3a trong chương 2 Yêu cầu xác định giá trị hiệu dụng

dòng điện ngắn mạch siêu quá độ khi ngắn mạch N(3) tại điểm N

3 Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch duy trì

a)Tính hiệu dụng dòng ngắn mạch duy trì khi không có TĐK

Khi máy phát điện không có TĐK thì sđđ của máy phát luôn không thay đổitrong suốt quá trình ngắn mạch Do đó trong trường hợp này trong sơ đồ thay thếmáy phát điện kháng được xác định theo điện kháng duy trì xd, còn sđđ Eq được xácđịnh theo trạng thái dòng điện I và điện áp U ở chế độ xác lập trước khi xảy ra ngắnmạch Theo đồ thị véc tơ máy phát điện hình I-9b dễ dàng viết được biểu thức tínhsđđ Eq như sau:

(III-4)

Các bước xác định hiệu dụng dòng ngắn mạch duy trì giống như khi tính hiệudụng dòng ngắn mạch siêu quá độ I”, chỉ khác ở phần sơ đồ thay thế là điện khángmáy phát theo xd và sđđ Eq

a)Tính hiệu dụng dòng ngắn mạch duy trì khi có TĐK

E tđ2

E tđ1

SNĐ=70MVA

186 , 2

16

755 , 20 17

MVA

Hình III-2 : Sơ đồ đơn giản