Ngan mach he thong lop dai hoc

Tính dòng ngắn mạch ba pha đối xứng khi xảy ra đầu cực của động cơ bằng phương pháp tính sức từ động của máy phát... Tính dòng ngắn mạch ba pha đối xứng khi xảy ra đầu cực của động cơ bằ

Trang 1

GVTH : Ths Nguyễn Thanh Hiền

BỘ MÔN: Điện – Điện lạnh

Trang 2

GVTH: Ths Nguyễn Thanh Hiền

Trang 3

Ngắn mạch là hiện tượng chập nhau giữa các pha

hoặc pha với đất trong hệ có trung tính nối đất

Trang 4

Ngắn mạch không đối xứng

Ngắn mạch ba pha N(3); xảy ra đồng thời cả ba pha (5%), là ngắn mạch nguy hiểm nhất

Ngắn mạch 1 pha chạm đất xác suất 80÷85% (N(1); 1LG)

Ngắn mạch hai pha chạm nhau (N(2); L-L)

Ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1.1); 2LG)

Trang 6

Lựa chọn thiết bị điện, đặc biệt là thiết bị đóng cắt

Xác định trạng thái vận hành của hệ thống điện

Tính toán chỉnh định rơ le bảo vệ hệ thống điện

Để khảo sát các quá trình quá độ trong HTĐ

Nghiên cứu ổn định hệ thống

Trang 7

Khi ngắn mạch dòng điện tăng cao nhiều lần và

Trang 8

Có khả năng cắt ngắn mạch với dòng điện lớn

Có khả năng chịu được lực điện động

Có khả năng chịu được dòng điện ngắn mạch lâu dài

Trang 10

Hạn chế vận hành mạch vòng trên lưới truyền tải

Vận hành mạch tia kết hợp cấu trúc mạch vòng

Lắp đặt cuộn kháng 3 pha

Lắp đặt thiết bị giảm dòng ngắn mạch

Trang 12

Các mạch tương đương của mô hình máy phát

Trang 14

Cho sơ đồ mạng điện như sau

Trang 15

G2 có SG2= 25 MVA; UG2= 13,8 kV; jx2d”= 47,61 Ω

Giá trị trên đã quy đổi về phía 68 kV

SMBA= 75 MVA, điện áp 13,8/69 kV (∆/Y)

Trang 16

Thành lập sơ đồ thay thế tương đương

Tính toán điện áp phía sơ cấp

1

2 ''

T NM

NM

jX I

U1 = '' .

Trang 17

'' 1

1 1

'' 1

d

NM G

2 2

'' 2

d

NM G

G

X

U E

Trang 18

Cho sơ đồ mạng điện như sau

Trang 19

Biết: G1 có SG1= 50 MVA; UG1= 13,8 kV; jx1d”= 23,8 Ω

Giá trị trên đã quy đổi về phía 68 kV

SMBA= 125 MVA, điện áp 13,8/69 kV (∆/Y)

jxMBA= 10,5 Ω

Z23=10 + j 100 Ω; Ztải = j150 Ω

Ngắn mạch ba pha xảy ra tại vị trí 1/2 đoạn 23

Trang 20

ra ngắn mạch ba pha phía 68 kV

2 Tính điện áp phía sơ cấp khi nối tải

3 Tính dòng ngắn mạch phía 13,8 kV đi vào các máy phát

Trang 21

Động cơ đồng bộ có trở kháng cùng dạng như máy phát

qua tổng trở đường dây trước khi chưa sự cố

Trang 22

đồng bộ tính như sau:

L dm

g m

L dm

g m

I jX

V E

I jX

'' ''

Với:

Vg là điện áp đầu cực của động cơ

jxm’’là trở kháng siêu quá độ

jxm’ là trở kháng quá độ

Trang 23

thống có máy phát và động cơ mang tải

1 Tính toán ngắn mạch theo sức từ động siêu quá độ(hoặc quá độ)

2 Tính toán ngắn mạch bằng cách sử dụng định lý Thevenin

Trang 24

nối vào máy phát qua tổng trở kháng đường dây bằng sức

từ động siêu quá độ.

Trang 25

thì sức điện động siêu quá độ của nguồn phát và

động cơ đồng bộ trước khi sự cố được tính như sau:

L dm N

m

L dg

d d

N L

dg d

N g

I jX

V E

I jX

jX R

V I

jX Z

V E

+

= +

(

'' ''

''

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch (Hình b) Dòng điện siêu quá độ ra khỏi máy phát

L sc

V jX

Z

E I

= +

'' ''

) (

Trang 26

L dm

N dm

m

jX

V jX

E I

Tổng các dòng này ta gọi là dòng ngắn mạch đối xứng và được tính như sau:

'' ''

''

dm

N

dm d

N m

g N

jX

V jX

Z

V I

I I

= +

=

Trang 27

Máy phát điện đồng bộ có công suất SG= 30 MVA Điện

áp 13,8 kV được kết nối với một động cơ đồng bộ có cùng trở kháng siêu quá độ là j1,1616 (Ω) và trở kháng đường dây là j0,5808 (Ω) Động cơ kéo một phụ tải có công suất

20 MW, hệ số công suất 0,85 Điện áp đầu cực của động

cơ là 13 kV Tính dòng ngắn mạch ba pha đối xứng khi xảy ra đầu cực của động cơ bằng phương pháp tính sức từ

động của máy phát

Trang 28

Tính điện áp pha tại điểm sự cố làm điện áp chuẩn

3

m NP

V V

3 d

L L

U P

I• =

Trang 29

L L

'' ''

L dg

gp gsc

X X

j

E I

+

=

•

Trang 30

L dm mP

m

mp msc

jX

E I

''

msc gsc

Trang 31

nối vào máy phát qua tổng trở kháng đường dây bằng

định lý Thevenin.

Trang 32

ngắn mạch trước khi sự cố Mô hình tương đương

Trang 33

Thevenin tương như sau

) (

)

.(

'' ''

dg dm

d

dg d

dm th

X X

j Z

jX Z

+ +

+

=

Dòng ngắn mạch ba pha tại vị trí xảy ra ngắn mạch

'' ''

dm dg

d

dg dm

d N

th

N N

jX jX

Z

X X

j Z

V Z

V I

Trang 34

áp 13,8 kV được kết nối với một động cơ đồng bộ có cùng trở kháng siêu quá độ là j1,1616 (Ω), và trở kháng đường dây là j0,5808 (Ω) Động cơ kéo một phụ tải có công suất

20 MVA, hệ số công suất 0,85 Điện áp đầu cực của động

cơ là 13 kV Tính dòng ngắn mạch ba pha đối xứng khi xảy ra đầu cực của động cơ bằng phương pháp Thevenin

và tính dòng sự cố cung cấp từ động cơ và từ máy phát

Trang 35

Tính tổng trở kháng Thevenin

Tính điện áp pha tại điểm sự cố làm điện áp chuẩn

Dòng ngắn mạch ba pha tại vị trí xảy ra ngắn mạch

Trang 36

msc I I I

Trang 37

Khi ngắn mạch ba pha đối xứng ta chỉ tính cho một pha.

th

th N

Z

U I

Uth: điện áp tại chỗ ngắn mạch

Trang 38

Điện áp Uth xác định bằng cách giải dòng công suất trong hệ thống trước khi chưa có sự cố

Khi dòng tải trước khi sự cố rất bé so với dòng điện lúc ngắn mạch thì khi tính toán ta có thể bỏ qua dòng khi mang tải Vì vậy điện áp tại chỗ ngắn mạch xem như bằng điện áp đầu cực của máy phát

Trang 40

ht

hd N

Z

U S

S

U Z

2

=

Trang 41

Có ba phương pháp tính toán như sau.

Tính toán theo phương pháp có đơn vị

Tính toán trong đơn vị tương đối (không tên)

Trang 42

nhiều cấp điện áp thì giá trị điện trở sẽ thay đổi bằng

bình phương tỷ lệ của cấp điện áp (điện trở sẽ thay

đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác thông qua máy biến áp).

Vì vậy khi tính toán chúng ta cần phải qui đổi

Trang 44

a/ Xác định dòng ngắn mạch ba pha khi tính quy về phía 13,8 kV

b/ Xác định dòng ngắn mạch ba pha khi tính quy về phía

220 kV

Trang 45

' 1 '

1

100

%.

đm

g g

' 2 '

2

.100

%

đm

g g

S

U X

X =

Trang 46

T

đm

T T

S

U

X X

.100

Tính trở kháng quá độ của hai máy phát

' 2

' 1

' 2

' 1

g g

g

X X

X

X X

+

=

Trang 47

1 =

Trang 48

b/ Tính toán dòng ngắn mạch ba pha khi tính quy về phía

220 kV

1

2 2

' 1 '

1

.100

%

đm

g g

' 2 '

2

.100

%

đm

g g

S

U X

X =

Trang 49

Tính trở kháng máy biến áp.

T

đm

T T

S

U

X X

.100

% 22

=

Trang 50

Tính trở kháng quá độ của hai máy phát

' 2

' 1

' 2

' 1

g g

g

X X

X

X X

2 =

1

2 2

V

V I

I N = N

Trang 51

Cho sơ đồ mạng điện chưa mang tải như sau:

S1G= 40 MVA; U1= 13,8 kV; jX’1g = 30% Ω

S2G= 63 MVA; U2= 13,8 kV; jX’2g = 30% Ω

SMBA= 125 MVA; jXT=25%; U1/U2=13,8/220 kV

Z =20 + j 90 Ω; Z = 5+ j200 Ω

Trang 52

a/ Xác định dòng ngắn mạch ba pha khi tính quy về phía 13,8 kV

b/ Xác định dòng ngắn mạch ba pha khi tính quy về phía

220 kV

Trang 53

Khi tính toán ta phải qui các giá trị về một cấp cơ bản trong hệ thống.

Tổng trở hệ thống là không có đơn vị

Sau khi tính dòng, áp, công suất sẽ đưa về bài toán có

đơn vị bằng cách nhân với giá trị cơ bản

Tính các giá trị trong đơn vị tương đối như sau

Trang 54

bảncơ

trịGiá

thựctrị

Giáđối

tươngvị

đơntrong

Cơng suất cơ bản Scb và điện áp cơ bản Ucb sẽ được chọn Chúng ta chọn sau cho gần bằng với giá trị danh định

Dịng điện cơ bản và tổng trở cơ bản thì phụ thuộc vào Scb và Ucb

Trang 55

Dòng điện cơ bản và tổng trở cơ bản tính như sau:

cb

cb cb

U

S I

3

=

cb

cb cb

I

U Z

3

U Z

cb

cb cb

2 2

;

Trang 56

Khi trong mạng có chứa nhiều máy biến áp, thì giá trị

điện áp cơ bản sẽ chọn khác nhau cho mỗi phía máy

biến áp và tỷ số điện áp cơ bản phải bằng với tỷ sốmáy biến áp

Lưu ý giá trị công suất cơ bản thì không thay đổi cho toàn hệ thống

Trang 57

Trong hệ đơn vị tương đối, việc tính toán ít bị nhầm lẫn hơn so với có đơn vị là do chọn giá trị cơ bản tuân theo công thức có đơn vị.

Ưu điểm tính toán trong hệ đơn vị tương đối

;

3

;

3 cbp cb cb 1 p

và công suất tương đối ba pha bằng công suất tương

đối một pha Trong tính toán giá trị trong hệ đơn vị

tương đối là một pha

Trang 58

Tính các giá trị trong hệ đơn vị tương đối nếu bỏ qua

điện trở của hệ thống như sau:

*

* )

3

kk

k Nk

Trang 59

Biểu diễn dòng sự cố trong hệ đơn vị có tên như sau:

) (

.

) 0

(

* )

3

*(

) 3 (

kA

I X

U I

I

kk

k cb

Nk

) (

.

) 0

( *

* )

3 (

MVA

S U

X

U U

cb kk

(

3

)

(

kA kV

U

MVA

S I

cb cb

cb =

Trang 60

Nếu điện áp cơ bản chọn bằng giá trị điện áp điều khiển (giả sử lấy định mức) thì công suất ngắn mạch tính gần đúng được viết như sau

) (

.

) 0

(

*

* )

3 (

MVA

S X

Nếu trong tính toán bỏ qua dòng tải trước khi xảy ra

sự cố, nên Uđk = 1 (đvtđ) thì giá trị điện kháng đvtđ.

)

(

) 3 (

*

đvtđ

S

S X

N cb

kk =

Trang 61

Chuyển đổi cơ bản trong hệ đơn vị tương đối

xuất cung cấp dưới dạng % hay với đại lượng cơ bản là định mức

Tổng trở đường dây truyền tải được biểu diễn dạng (Ω) Khi phân tích hệ thống tất cả các tổng trở được biễu diễn trong đơn vị tương đối trên hệ cơ bản chung Vì vậy trong tính toán cần phải chuyển đổi

giá trị trong hệ đvtđ sang hệ cơ bản được chọn.

Trang 62

mới mới

cũ cũ

mới

cũ cũ

S

S U

U Z

Z

Z Z

Trang 63

4/ Tính toán các giá trị cơ bản tại các vị trí khác nhau5/ Vẽ sơ đồ mạch điện tương đương

6/ Tính toán dòng sự cố

Các bước tính trong hệ đơn vị tương đối.

1/ Vẽ sơ đồ một dây với các thông số của từng phần tử sơ

đồ, đánh số từng điểm nút của cơ đồ

2/ Chọn giá trị công suất cơ bản cho toàn hệ thống, thường chọn bằng công suất máy phát hay của máy biến áp thuận tiện cho việc tính toán

3/ Chọn giá trị điệnn áp cơ bản

Trang 64

Bài tập 1:

Điện áp nguồn phát UG= 13,2 kV (điện áp dây)

Trang 65

Tính dòng nguồn phát, dòng đường dây, dòng tải, điện

áp tải và công suất truyền tải trong hệ đvtđ

Z23=10 + j 100 Ω; Ztải = 300 Ω

Trang 66

Chọn giá trị cơ bản thuận tiện cho việc tính toán

Chọn công suất cơ bản và điện áp cơ bản

;

10 MVA

Scb =

1 2

1 1

. T

T

IIcb Icb

U

U U

kV

UIIcb = 138

Tính điện áp cơ bản UIcb dựa vào tỷ số biến áp

Tính điện áp cơ bản UIIIcb dựa vào tỷ số biến áp

2 1

2 2

T

T IIcb

IIIcb

U

U U

U =

Trang 67

Tính tổng trở cơ bản.

cb

IIcb IIcb

S

U Z

2

=

cb

IIIcb IIIcb

S

U Z

U

S I

3

=

Trang 68

đvtđ

Z

Z Z

IIIcb

t t

ải ải =

*

đvtđ

S

S U

Trang 69

Chuyển đổi điện áp nguồn sang đơn vị tương đối.

đvtđ

U

U E

Icb G

1

* =

Đối với X T2 trong hệ cơ bản được chọn nên không đổi giá trị

Tính tổng trở tương đương

Trang 70

U.I

Trang 71

Chuyển đổi các giá trị tương đối về giá trị có đơn vị.

A)(I

.I

* II

.I

* III

•

=

Trang 72

Tính điện áp tải

)(

.U

*

kV U

S

*

MVA S

S cb

•

=

Trang 74

a/ Xác định dòng ngắn mạch ba pha tại thanh cái 1 khi tính quy về phía 13 kV

b/ Xác định dòng ngắn mạch ba pha tại thanh cái 1 khi tính quy về phía 220 kV

Trang 75

Chọn giá trị cơ bản thuận tiện cho việc tính toán.

Trang 76

Tính tổng trở cơ bản

Tính toán các giá trị cơ bản

Trang 77

Chuyển đổi dòng điện về đơn vị có tên.

a Dòng phía sơ cấp của máy biến áp (13 kV)

b Dòng phía thứ cấp của máy biến áp (220 kV)

Trang 78

S1G= 40 MVA; U1= 13 kV; jX’1g = 35% Ω

S2G= 63 MVA; U2= 13 kV; jX’2g = 35% Ω

ST= 125 MVA; jXT=30%; U1/U2=13/220 kV

Z23=20 + j 70 Ω; Xtải = j150 Ω

Trang 79

a/ Xác định dòng ngắn mạch ba pha khi tính quy về phía

13 kVb/ Xác định dòng ngắn mạch ba pha khi tính quy về phía

220 kV

Trang 80

Dòng ngắn mạch chạy trên ba pha đối xứng bằng nhau về độ lớn và lệnh nhau 1200 điện, nên ngắn

mạch đối xứng được tính dựa trên mô hình một pha

đất, ngắn mạch hai pha chạm nhau, ngắn mạch hai

pha chạm đất

Để giải bài toán bất đối xứng, chúng ta sử dụng

phương pháp tính toán thành phần đối xứng để biểu diễn mạch điện bất đối xứng theo mô hình pha

Trang 81

1/ Thành phần thứ tự thuận gồm ba vector bằng nhau về

biên độ, lệch nhau 1200 về pha và có cùng thứ tự như các đại lượng ban đầu

Trang 82

Trang 83

++

=

++

=

2 1

0

2 1

0

2 1

0

c c

b b

a a

U U

1 1 1

0 0 0

c b a

U U U

(4.1)

(4.2)

Trang 84

Biểu diễn các thành phần đối xứng theo các đại lượng pha không đối xứng

;

2

2 2

1 1

0 0

0

2

a c

a b

a c

a b

c b

a

U a

U U

a U

U a U

U a

U

U U

Trang 85

++

=

++

=

2

2 1

0

2 1

2 0

2 1

0

a a

a c

a a

a b

a a

U a

U a U

U

U a U

a U

U

U U

2 1 0

2

11

1

a a a

c b a

U U

U A U

U U

a a

U U U

(4.5)

Trang 86

2

2 1

3

1 1

1

1 1 1

3

1

A a

a

a a

c b

a a

c b

a a

U a U

a U

U

U a

U a U

U

U U

.

3 1

.

3 1

2 2

2 1

0

Tính các thành phần thứ tự theo đại lượng pha

(4.6)

(4.7)

Trang 87

a a a

U U U

a a

a a U

U

1

1 1 1

3

1

2 2

2 1 0

Tính toán tương tự cho phương trình dòng điện

=

++

=

++

=

2

2 1

2 0

2 1

0

a a

a b

a a

I a I

a I

I

I a I

a I

I

I I

(4.9)(4.8)

Trang 88

2 1 0

2

11

1

a a a

c b a

I I

I A I

I I

a a

I I

3

1 1

1

1 1 1

3

1

A a

a

a a

Trang 89

a a

c b

a a

c b a

a

I a I

a I

I

I a I

a I

I

I I

.

3 1

.

3 1

2 2

2 1

a a

a a a

I I I

a a

a a I

I

1

1 1 1

3

1

2 2

1 0

(4.13)

Trang 90

Ví dụ:

pha A, pha C bị hở mạch Biết dòng chạy trong dây pha là 10 A

hệ thống

0 0

Trang 91

0 1

0 0

0

30 7735

, 5 8866

, 2 5

0 420

10 0

10

3 1

30 7735

, 5 8866

, 2 5

0 300

10 0

10

3 1

0 0

180 10

0 10

3 1

∠

= +

∠ +

∠

=

= +

∠ +

j I

I

a a a

Tính các thành phần dòng điện thứ tự pha A

Trang 92

Tính các thành phần dòng điện thứ tự pha B

;

2

2 2

1 1

0 0

0

2

a c

a b

a c

a b

a c

b

I a I

I I

, 5

; 150 7735

, 5

; 90 7735

, 5

; 210 7735

, 5

0

0 2

2 2

0 2

2

0 1

1

0 1

1

0 0

a b

a c

a b

a c

b

I a I

I I

I

Vậy:

Trang 93

Ta thấy các thành phần đối xứng của dòng điện dây pha C có giá trị khác không, mặt dù dây pha C không mang điện.

2

c và I I

Trang 94

Zaba

Trang 95

Theo định luật kiffchop 1 ta có.

; I I

I

; I I

I

; I I

I I

•

c b

a a

⇒ Trong mạch tam giác không có dòng thứ tự không

; I

I I

I

-I I

=

•

ca ca

ca ab

ab ab

a a

Trang 96

; I

I I

ca ab

a a

; I

I

; I

30 3

I

; I

30 3

Trang 97

Điện áp dây của mạch sao.

; U U

U

; U U

U

; U U

U U

ab ab

Điện áp dây không tồn tại thành phần thứ tự không

; U

U U

=

•

bn bn

bn an

an an

ab ab

Trang 98

;U

UU

U

2 1

2

2 2

1 1

2 1

an an

bn an

ab ab

a a

; U

30 3

U

; U 30 3

Trang 99

phần tử hệ thống điện.

Trong hệ thống ba pha cân bằng Tình trạng sự cố không đối xứng gây ra dòng và áp không cân bằng ởmỗi pha

Trong hệ thống các thành phần thứ tự sẽ được dùng

để phản ánh các đáp ứng riêng của các phần tử theo

mỗi thành phần của dòng điện

Có ba mạch thứ tự trong hệ thống Các thành phần này phản ánh sự ảnh hưởng của dòng sự cố không cân bằng ban đầu trong toàn hệ thống

Định dạng
Số trang	157
Dung lượng	1,46 MB