Chương 7 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH và lựa CHỌN THIẾT bị điện

Nội dung tính toán ngắn mạch nhằm xác định các đại lượng:Trong đó : T là hằng số thời gian, T=X/314.R I” Dòng ngắn mạch siêu quá độ ixk Dòng điện xung kích I0,2 Trị số hiệu dụng của thà

Trang 1

7.1 KHÁI NIỆM CHUNG

7.2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 7.3 NHỮNG LỰA CHỌN CHUNG ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7.4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT

7.5 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA DAO CÁCH LY, CẦU CHÌ CAO ÁP 7.6 LỰA CHỌN CẦU DAO, CẦU CHÌ HẠ ÁP

7.7 LỰA CHỌN KIỂM TRA APTOMAT

7.8 LỰA CHỌN KIỂM TRA SỨ CÁCH ĐIỆN

7.9 LỰA CHỌN KIỂM TRA THANH DẪN

7.10 LỰA CHỌN KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG

7.11 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CÓ ĐIỆN ÁP ĐẾN 1000V 1

Trang 2

Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra

trong hệ thống cung cấp điện Vì vậy, các phần tử trong hệ thống điện phải được tính toán và lựa chọn sao cho không những làm việc tốt trong trạng thái bình thường mà còn có thể chịu đựng được trạng thái sự cố trong giới hạn qui định cho phép

Để lựa chọn được tốt các phần tử của hệ thống cung cấp điện, chúng ta phải dự đoán được các tình trạng ngắn mạch, có thể xảy ra và tính toán được các số liệu về tình trạng ngắn mạch như: dòng điện ngắn mạch và công suất ngắn mạch Các số liệu này còn là căn cứ quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le, định phương thức vận hành của hệ thống cung cấp điện…

Vì vậy, tính toán ngắn mạch là phần không thể thiếu được khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

Trang 3

3 33333

Chúng ta phải tính được trị số dòng ngắn mạch để nhằm hai mục đích:

- Lựa chọn được các thiết bị có khả năng cắt dòng ngắn mạch (máy cắt, cầu chì, aptomat)

- Kiểm tra các thiết bị điện về khả năng không bị hư hỏng do lực điện động và không bị phá hủy do nhiệt trong khoảng thời gian kể từ thời điểm xảy ra ngắn mạch đến thời điểm cắt dòng ngắn mạch

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau:

- Ngắn mạch trực tiếp: Phần dẫn điện các dây dẫn chạm chập trực tiếp với nhau (ngắn mạch có thuộc tính kim loại)

- Ngắn mạch gián tiếp: Ngắn mạch thông qua các tổng trở trung gian (hồ quang điện) và cách điện bị đứt giữa giãn chứa hơi nước ẩm qua các vật thể hữu cơ: cành cây, chim, chuột…)

Trang 4

1 Phân loại các dòng ngắn mạch

- Ngắn mạch ba pha, tức ba pha chập nhau, ký hiệu N(3)

- Ngắn mạch hai pha, tức hai pha chập nhau, ký hiệu N(2)

- Ngắn mạch một pha, tức 1 pha chạm đất hoặc chập dây trung tính, ký hiệu N(1)

- Ngắn mạch hai pha nối đất, tức hai pha chập nhau đồng thời chập đất, ký hiệu N(1,1)

Xác suất xảy ra lớn nhất đối với ngắn mạch 1 pha (65%), ít nhất đối với ngắn mạch 3 pha (5%) Ngắn mạch 3 pha tuy xảy

ra ít nhưng lại được quan tâm nhiều nhất, vì ngắn mạch 3 pha thường nặng nề nhất, ảnh hưởng nhiều đến chế độ hệ thống

Do ngắn mạch 3 pha là loại ngắn mạch đơn giản nhất (có tính đối xứng), là dạng ngắn mạch cơ sở Tính toán các dạng ngắn mạch khác đều dựa trên cơ sở đưa về cách tính ngắn mạch 3

Trang 5

1 Phân loại các dòng ngắn mạch

Dòng ngắn mạch bao gồm 2 thành phần: thành phần chu kỳ và thành phần không chu kỳ (tắt dần) Thành phần ick là giống nhau trong cả ba pha, còn thành phần tắt dần itd lại khác nhau trên mỗi pha và biến đổi theo thời điểm bắt đầu dòng ngắn mạch Thông thường thành phần chu kỳ được xác định theo trị

số lớn nhất có thể

i0 = ick0+ikck0 (i0 tại thời điểm 0)

Trường hợp i0=0 tức là thời điểm xảy ra ngắn mạch đúng lúc i=0

Trang 6

Nội dung tính toán ngắn mạch nhằm xác định các đại lượng:

Trong đó : T là hằng số thời gian, T=X/314.R

I” Dòng ngắn mạch siêu quá độ ixk Dòng điện xung kích

I0,2 Trị số hiệu dụng của thành phần chu kỳ

sau 0,2 giây I∞ Trị số hiệu dụng của thành phần chu kỳ lúc ổn định (lúc t=∞)

tN Thời gian xảy ra ngắn mạch tN = tbv+tMC tqđ Thời gian qui đổi; tqđ = tqđck + tqđkck

S0,2 Công suất ngắn mạch ở thời điểm

t=0,2 giây tqđkck Thời gian qui đổi của thành phầnkhông chu kỳ.

Trang 7

+ Quá điện áp nội bộ;

+ Cách điện bị già cỗi (do thời gian sử dụng quá lớn);

+ Trông nom, bảo dưỡng thiết bị không chu đáo;

+ Các nguyên nhân cơ học trực tiếp như đào đất chạm phải dây cáp, thả diều, chim đậu, cây đổ…hoặc do thao tác sai của nhân viên vận hành

Trang 8

2 Nguyên nhân và hậu quả ngắn mạch

Hậu quả

+ Làm I tăng, gây phát nóng cục bộ tại nơi có I đi qua

hỏng các khí cụ điện, vỡ sứ;

+ Khi có ngắn mạch U giảm xuống thấp, động cơ ngừng quay, ngừng trệ hoặc hỏng sản phẩm, cháy động cơ, không khởi động được;

+ Có thể phá hoại sự ổn định của hệ thống;

+ Ngắn mạch hai pha hoặc một pha chạm đất còn gây ra dòng thứ tự không làm nhiễu loạn đường dây thông tin và tín hiệu đường sắt ở gần;

Trang 9

+ Các thiết bị và bộ phận có dòng ngắn mạch đi qua phải được chọn sao cho có khả năng chịu tác dụng nhiệt và cơ của dòng ngắn mạch;

+ Dùng các biện pháp hạn chế dòng ngắn mạch (dùng kháng điện);

+ Dùng các thiết bị tự động và biện pháp bảo vệ ngắn mạch và quá điện áp.

Trang 10

3 Ý nghĩa tính toán ngắn mạch và các yêu cầu

+Thành lập và lựa chọn phương án xây dựng sơ đồ cung cấp điện hợp lý nhất;

+ Xác định các điều kiện làm việc của các hộ tiêu thụ ở các chế độ sự cố;

+ Chọn các biện pháp hạn chế dòng ngắn mạch;

+ Chọn khí cụ điện, thanh cái, sứ, cáp lực…;

+ Xác định ảnh hưởng của các đường dây truyền tải điện tới các đường dây thông tin, tín hiệu khác;

+ Thiết kế và hiệu chỉnh các bảo vệ rơ le và tự động hóa;

+ Thiết kế nối đất bảo vệ;

Trang 11

3 Ý nghĩa tính toán ngắn mạch và các yêu cầu

+ Lựa chọn các đặc tính của chống sét (bảo vệ quá điện áp khí quyển);

+ Đánh giá và xác định các tham số của các thiết bị dập từ máy điện đồng bộ;

+ Tiến hành các thử nghiệm khác;

+Phân tích các sự cố xảy ra.

Việc tính toán lựa chọn thiết bị và các khí cụ điện đòi hỏi

độ chính xác không cao, còn khi tính toán bảo vệ rơ le và

tự động hóa đòi hỏi độ chính xác cao hơn.

Trang 12

7.3 NHỮNG LỰA CHỌN CHUNG ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7.4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT

Trang 13

1 Bài toán ngắn mạch lưới điện (U=110, 220 kV)

Vì lưới 110, 220 kV thực chất là hệ thống điện lớn (toàn quốc hoặc một vùng lãnh thổ: miền Bắc, miền Nam, miền Trung) không thể phân thành bài tập nhỏ để giải

Bài toán tính toán ngắn mạch ở cấp 110, 220 kV sẽ không được nhắc đến ở đây

2.Tính toán ngắn mạch

Để tiện lợi cho tính toán chia ra bài toán ngắn mạch lưới trung

áp và bài toán ngắn mạch phía hạ áp:

a) Tính toán ngắn mạch trung áp (phía cao áp của mạng điện xí nghiệp);

b) Tính ngắn mạch phía hạ áp

Trang 15

Máy cắt đầu nguồn MC1 có công suất cắt Scắt=1051 MVA;

Hãy tính dòng ngắn mạch tại điểm N1 và N2

XHT R

dd XddDD

N

N a)

b)

Trang 16

2.Tính toán ngắn mạch

b) Tính ngắn mạch phía hạ áp

Coi MBA hạ áp là nguồn (vì được nối với hệ thống có công

suất vô cùng lớn), vì vậy điện áp phía hạ áp không thay đổi khi xảy ra ngắn mạch, do vậy ta có IN=I”=I∞

Đối với mạng hạ áp, khi tính toán ngắn mạch phải xét đến điện trở của tất cả các phần tử trong mạng

§DK - 0,4 kV

N1 TG

AT A1 DCL CC CT

0 ,

N dm B

dm

d B

Trang 17

+Tổng trở của aptomat tổng: ZAT=RAT+j.XAT, mΩ (tra sổ tay);

+Tổng trở thanh góp: ZTG=RTG+j.XTG (tra sổ tay)

+ Tổng trở dây dẫn, dao cách ly, cầu chì – (ZD, ZDCL, ZCC)

2

U3.Z

Trang 18

b) Tính ngắn mạch phía hạ áp

Ví dụ 7.2

TBA công cộng đặt một MBA 250 kVA – 10/0,4 kV do ABB chế tạo, tủ phân phối của trạm đặt 1 aptomat tổng 400 A và 3 aptomat nhánh: 160 (140), 100, và 160 (140) A, đoạn cáp tổng dẫn điện từ biến áp tới tủ phân phối dài 10 m, loại 4G120 do Lens chế tạo Thanh góp đồng tiết diện 40*5, dài 80 cm, khoảng cách trung bình hình học giữa các pha bằng 100 mm Yêu cầu tính toán ngắn mạch hạ áp để kiểm tra các aptomat và thanh góp trong tủ phân phối

Trang 19

A1

A3 N2 N3

Trang 20

Ví dụ 7.3

Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N1, N2, N3 trên sơ đồ cung cấp điện (hình 7.5)

Biết tham số các phần tử như sau: máy biến áp 1000 kVA, UN

%=5,5 và ∆PN=15 kW Máy biến áp được cung cấp điện từ hệ thống công suất vô cùng lớn Xht=0 Các động cơ không đồng

bộ Đ1, Đ2, Đ3 giống nhau và làm việc đồng thời: PdmĐ=200

kW, ηĐ=94%, Uđm=380 V, cosφ=0,91 Dây cáp dẫn đến tủ điện chiếu sáng loại CБГ – 3.25+1.16 chiều dài đường dây l=200m Các áp tô mát dùng loại A3134 có Iđm=600 A Máy biến dòng điện kiểu TKΦ – 3600/5 A (đặt trên hai pha), cầu dao P-1-600A, P-2-400A Thanh góp TG-1 bằng đồng tiết diện 6.60 mm2, l=1m, a=240 mm TG-3 bằng đồng tiết diện

Trang 21

BI

10 kV

400 V

Trang 22

7.2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

7.3 NHỮNG LỰA CHỌN CHUNG ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN

7.4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT

Trang 23

1 Chọn thiết bị điện và các bộ phận dẫn điện theo điều kiện làm việc lâu dài

a) Chọn theo điện áp định mức

Điện áp định mức của khí cụ điện được ghi trên nhãn hay trong

lý lịch máy, phù hợp với độ cách điện của nó

Điện áp làm việc cực đại của KCĐ là điện áp cho phép chúng làm việc lâu dài với điện áp cao hơn định mức 10-15%

Do vậy khi chọn khí cụ điện phải thỏa mãn điều kiện điện áp

sau: Uđm KCĐ+∆Uđm KCĐ ≥ Uđm.mạng+∆Umạng (7.4)

Bảng 7.1 Độ lệch điện áp cho phép của khí cụ điện so điện áp định mức

Cáp điện lực: 1,1Uđm Dao cách ly: 1,15Uđm Máy biến dòng điện: 1,1UđmCái chống sét: 1,25Uđm Máy cắt điện: 1,15Uđm Máy biến điện áp: 1,1Uđm

Sứ cách điện: 1,15Uđm Kháng điện: 1,1Uđm Cầu chì: 1,1Uđm

Trang 24

1 Chọn thiết bị điện và các bộ phận dẫn điện theo điều kiện làm việc lâu dài

b) Chọn theo dòng điện định mức

Điều kiện lựa chọn thiết bị điện:

Iđm KCĐ≥Ilvmax (7.5)

Dòng điện làm việc cực đại của mạch điện tính như sau:

- Lúc cắt một trong hai đường dây làm việc song song, đường dây còn lại phải gánh toàn bộ phụ tải

- Đối với mạch máy biến áp: ta tính khi máy biến áp sử dụng khả năng quá tải của nó

- Đối với đường dây cáp không có dự trữ: tính khi sử dụng khả năng quá tải của nó

- Đối với thanh góp nhà máy điện, trạm biến áp, các thanh dẫn mạch phân đoạn và các mạch nối khí cụ điện: tính trong điều

Trang 25

Dòng điện làm việc cực đại của mạch điện tính như sau:

- Đối với máy phát điện: tính bằng 1,05 lần dòng điện định mức của nó; vì máy phát điện chỉ cho phép quá tải về dòng đến 5%

Các khí cụ điện được chế tạo với nhiệt độ định mức của môi trường xung quanh là 35˚C Nếu nhiệt độ môi trường xung quanh ốxq khác với nhiệt độ định mức thì phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép của khí cụ điện, cụ thể:

cp xq '

Trang 26

2 Kiểm tra thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện theo dòng điện ngắn mạch

a) Kiểm tra ổn định lực điện động

Điều kiện kiểm tra ổn định động của khí cụ điện là:

imax≥ixk Hay Imax≥Ixk (7.7)Như vậy, khả năng ổn định động của khí cụ điện đặc trưng bởi dòng điện ổn định động định mức iđmđ Dòng điện này chính là dòng điện cực đại có thể chạy qua khí cụ điện mà lực điện động

do nó sinh ra không thể phá hoại khí cụ điện được: imax=iđmđ

Trang 27

điện theo dòng điện ngắn mạch

b)Kiểm tra ổn định nhiệt: Khi nhiệt độ của khí cụ điện và dây dẫn cao quá sẽ làm cho chúng bị hư hỏng hay giảm thời gian phục vụ Do đó, cần phải qui định nhiệt độ cho phép của chúng khi làm việc bình thường cũng như khi ngắn mạch

Đối với dây dẫn, điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt có thể áp

dụng một trong ba biện pháp sau:

BP1: Căn cứ vào nhiệt độ cuối cùng của dây dẫn khi ngắn mạch phải nhỏ hơn hay bằng nhiệt độ đốt nóng cho phép lớn nhất của chúng khi ngắn mạch

Nếu ta gọi θ2N là nhiệt độ cuối cùng của dây dẫn khi ngắn mạch

và θcpmax là nhiệt độ đốt nóng cho phép lớn nhất khi ngắn mạch thì ta phải kiểm tra điều kiện sau: θ2N ≤ θ cpmax (7.8)

Trang 28

b)Kiểm tra ổn định nhiệt

BP2: Căn cứ vào tiết diện bé nhất của dây dẫn để có ổn định nhiệt:

Dây dẫn được ổn định nhiệt nếu tiết diện chọn Schọn lớn hơn hay bằng tiết diện nhỏ nhất để có ổn định nhiệt Smin

Tức là: Schọn ≥ Smin

Với Smin tính như sau: (7.9)

Trong đó: BN là xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch, tính bằng [A2.giây], BN được tính như sau (với tN≥0,1 giây):

BN=I”2 (tN+T0)Khi ngắn mạch ở xa (tức là khi xtt>3) thì I”=I∞ nên xung lượng

min

T

2 N

B S



2

Trang 29

b)Kiểm tra ổn định nhiệt

Trong đó: tN=tbv+tMCĐ là thời gian cắt ngắn mạch hay còn gọi là thời gian ngắn mạch tN;

tbv là thời gian chỉnh định của thiết bị bảo vệ chính [giây];

tMCĐ là thời gian cắt của máy cắt điện, tính [giây], thời gian này lấy vào khoảng 0,1 giây

CT là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch và vật liệu dẫn cho trong bảng sau:Vật liệu dây dẫn Nhiệt độ ban đầu Nhiệt độ cho phép khi

Trang 30

BP3: Căn cứ vào ổn định nhiệt:

Khí cụ điện sẽ ổn định nhiệt nếu thỏa mãn điều kiện sau:

Tính được:

Trong đó: tqd là thời gian tác động qui đổi của dòng điện ngắn mạch khi kiểm tra ổn định nhiệt của khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện khác

Một cách gần đúng, ta có thể xác định thời gian qui đổi tqd phụ thuộc vào thời gian tồn tại ngắn mạch tN và tỉ số β”=I”/I∞, tức là: tqd=f(tN, β”) theo đồ thị (sgk)

Các đường cong trên chỉ vẽ với thời gian tồn tại ngắn mạch:

tN ≤ 5giây Nếu thời gian tồn tại ngắn mạch lớn hơn 5 giây thì

Trang 31

Ickt là dòng điện ngắn mạch hiệu dụng, thành phần chu kỳ;

Ikckt là dòng điện ngắn mạch hiệu dụng, thành phần không chu kỳ;

BNCK, BNKCK là xung lượng nhiệt ứng với thành phần chu kỳ và thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch

+ Xung lượng nhiệt ứng với thành phần chu kỳ:

Trang 32

+ Xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ:

Dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kỳ có dạng:

Trong đó ICK0là dòng điện ngắn mạch chu kỳ tại thời điểm ban đầu (chính là dòng điện siêu quá độ I”) Do vậy:

Với Ta là hằng số thời gian tắt dần của dòng điện ngắn mạch của thành phần không chu kỳ (lấy Ta=0,05s với U ≥ 1000 V)

Nếu thời gian tồn tại ngắn mạch tN≥0,1 giây thì

i 2I e 



2t t

Trang 33

7.2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 7.3 NHỮNG LỰA CHỌN CHUNG ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN

7.4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT

7.11 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CÓ ĐIỆN ÁP ĐẾN 1000V 33

Trang 34

a) Máy cắt điện áp cao hơn 1000 V

Máy cắt điện là một thiết bị dùng trong mạng điện áp cao để đóng, cắt dòng điện phụ tải và cắt dòng điện ngắn mạch Đó là loại thiết bị đóng cắt làm việc tin cậy, song giá thành cao nên máy cắt thường được dùng ở những nơi quan trọng

- Phân loại:

+ Theo phương pháp dập hồ quang: máy cắt điện nhiều dầu, máy cắt dầu, máy cắt không khí…

+ Theo tốc độ cắt: máy cắt tốc độ nhanh, vừa và chậm;

+ Theo hoàn cảnh làm việc: máy cắt trong nhà và máy cắt đặt ngoài trời

Máy cắt điện được chọn theo điện áp định mức, dòng điện định mức, loại máy cắt kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt và khả năng cắt trong tình trạng ngắn mạch

Trang 35

a) Máy cắt điện áp cao hơn 1000 V

Bảng 7.2 Các điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt

Các thiết bị có Iđm>1000 A, không cần kiểm tra ổn định nhiệt

Iôđđ Iôđđ≥ixk

4 Dòng điện ổn định nhiệt trong

thời gian tôđn, A

Iôđn

5 Công suất định mức, MVA Sđm cắt Sđm cắt≥SN(tN)

qd odn

t I

t

ôđn

I  

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	697,71 KB