CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT 33 I. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
2. Phương pháp và trình tự tính toán ngắn mạch
➢ Tính toán dòng ngắn mạch tại thanh cái hạ áp của máy biến áp phân phối trung/hạ
n SC
SC
I ×100 I = U với
3 MBA n
n
S ×10
I = U 3
Trong đó:
- S: Công suất định mức của máy biến áp (kVA) - Un: Điện áp dây phía thứ cấp (V)
- In: Dòng định mức (A) - Isc:Dòng ngắn mạch (A)
- Usc: Điện áp ngắn mạch của máy biến áp (%)
Các giá trị thông dụng Usc của máy biến áp phân phối
⮚ Tính dòng ngắn mạch 3 pha (Isc) tại điểm bất kỳ của lưới hạ thế.
Dòng ngắn mạch 3 pha Isc tại điểm bất kỳ được tính bởi:
(5.1)
Trong đó: - Un: Điện áp dây phía thứ cấp của máy biến áp (V) - ZT: Tổng trở trên mỗi pha tới điểm ngắn mạch (Ω)
⮚ Phương pháp tính ZT
Mỗi phần tử của lưới điện (mạng trung thế, biến áp, cáp, máy cắt, thanh cái v.v.) đều được đặc trưng bằng tổng trở Z của chúng. Z gồm 2 thành phần: R và X.
Tổng trở Z cho tập hợp các phân đoạn nối tiếp sẽ được tính:
34
(5.2)
Trong đó: RT và XT là tổng số học các trở kháng và cảm kháng của các phân đoạn đi vào tập hợp này.
⮚ Xác định tổng trở của mỗi phần tử
a. Hệ thống phía sơ cấp của máy biến áp trung/hạ
Công suất ngắn mạch 3 pha PSC, (đơn vị : kA hoặc MVA) sẽ được ngành điện cung cấp và từ đó có thể xác định được tổng trở tương đương.
Công thức sau cho phép xác định tổng trở này và quy đổi về phía thứ cấp :
(5.3) Trong đó:
● Za Tổng trở của hệ thống phía sơ cấp máy biến áp (mΩ)
● Uo Điện áp dây thứ cấp khi không tải (kV)
● Psc Công suất ngắn mạch 3 pha của hệ thống phía sơ cấp (kVA)
Giá trị của trở kháng Ra là rất nhỏ so với Xa, do đó có thể xem như Xa gần bằng Za. Nếu đòi hỏi chính xác hơn, Xa có giá trị bằng 0.995 Za và giá trị của Ra bằng 0.1 Xa.
Hình G36 đưa ra các giá trị thông dụng của Ra và Xa trong lưới phân phối (MV) có công suất ngắn mạch là 250 MVA và 500 MVA.
b. Máy biến áp
Tổng trở Ztr của biến áp nhìn từ phía thanh cái thứ cấp sẽ được tính bởi : Trong đó:
(5.4) - Un điện áp dây phía thứ cấp (V)
- Sn công suất định mức máy biến áp (kVA) - Usc điện áp ngắn mạch của máy biến áp (%)
Trở kháng của các cuộn dây Rtr có thể tính theo tổn thất công suất
35
(5.5) Với
- Pcu tổn thất đồng (W)
- In dòng định mức (A)
- Rtr điện trở trên mỗi pha của máy biến áp (mΩ) (5.6)
Cho các tính toán gần đúng Rtr có thể bỏ qua vì trong các máy biến áp phân phối chuẩn.
c. Máy cắt
Trong lưới hạ thế, tổng trở của các CB nằm phía trước vị trí sự cố cần được tính đến. Giá trị cảm kháng cho mỗi CB là 0.15 mΩ, trong khi trở kháng có thể được bỏ qua.
d. Thanh góp
Trở kháng của thanh góp được bỏ qua và tổng trở (cảm kháng) đạt giá trị 0.15mΩ cho 1 mét chiều dài (f=50 Hz), (0,18mΩ/m chiều dài khi f=60 Hz). Khi khoảng cách giữa các thanh dẫn tăng gấp 2 thì cảm kháng sẽ tăng khoảng 10%.
e. Dây dẫn
Trở kháng của dây sẽ được tính theo công thức:
(5.7) Với
- ρ Điện trở suất của vật liệu dây khi có nhiệt độ vận hành bình thường và bằng:
22.5 mΩ.mm2/m đối với đồng 36 mΩ.mm2/m đối với nhôm
- L Chiều dài dây dẫn (m)
- S Tiết diện cắt ngang của dây dẫn (mm2)
Cảm kháng của cáp có thể được cung cấp bởi nhà chế tạo. Đối với tiết diện dây nhỏ hơn 50 mm2, cảm kháng có thể được bỏ qua. Nếu không có số liệu nào khác, có thể lấy bằng 0,08mΩ/m (khi f=50Hz) hoặc 0,096mΩ/m (khi f=60Hz).
f. Động cơ
Tại thời điểm có ngắn mạch, động cơ đang vận hành sẽ giống như một máy phát (trong khoảng thời gian ngắn) và cung cấp dòng đổ về chỗ ngắn mạch.
Nói chung, sự tham gia tạo dòng ngắn mạch của các động cơ có thể được bỏ qua.
Tuy nhiên khi công suất của động cơ đang hoạt động lớn hơn 25% công suất tổng của máy biến áp thì ảnh hưởng của động cơ phải được tính đến. Sự ảnh hưởng của chúng được tính đến qua các công thức:
Iscm = 3.5 In cho mỗi động cơ
36
nghĩa là 3.5mIn cho m động cơ giống nhau vận hành đồng thời
Các động cơ này phải là 3 pha, còn các động cơ một pha hầu như không gây ảnh hưởng.
g. Điện trở hồ quang ngắn mạch
Dòng ngắn mạch thường tạo nên hồ quang với tổng trở mang tính trở. Điện trở này có giá trị không ổn định và giá trị trung bình của nó đủ hạ thấp dòng ngắn mạch tới chừng mực nào đó ở lưới điện áp thấp. Thực tế chỉ ra rằng nó có thể làm giảm dòng ngắn mạch tới 20%. Hiện tượng này có lợi cho chức năng cắt của CB, song lại gây khó khăn cho chức năng tạo dòng sự cố.