Chương 12 NGẮN TÍNH TOÁN MẠCH 5.1 Khái niệm ngắn mạch: Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau ( đối với mạng trung tính cách ly hoặc nối đất) hoặc hiện tượng các pha chập nhau và chạm đất( mạng trung tính nối đất trực tiếp). Nói một cách khác, ngắn mạch là hiện tượng mạch điện bò nối tắt qua một tổng trở rất nhỏ, xem như bằng không. Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng, và thường xảy ra trong hệ thống điện. Khi có ngắn mạch thì dòng điện sẽ tăng lên rất cao và điện áp trong mạng điện giảm xuống. Trong thực tế, ta thường gặp các dạng ngắn mạch: ngắn mạch ba pha (N (3) ), hai pha (N (2) ), một pha (N (1) ) và hai pha chạm nhau chạm đất (N (1,1) ) N (1) A B C N (2) A B C N (2,2) A B C N (3) A B C Hình 5.1 Các dạng ngắn mạch Qua thống kê cho thấy, xác suất xảy ra ngắn mạch một pha là nhiều nhất (65%), còn xác suất xảy ra ngắn mạch ba pha là bé nhất, chỉ chiếm 5% , nhưng ngắn mạch ba pha là tình trạng sự cố nặng nế nhất và ta cần phải xét đến khi tính toán lựa chọn các thiết bò bảo vệ cho hệ thống điện. Còn ngắn mạch một pha là tình trạng nhẹ nhất và ta thường xét đến khi tính toán lựa chọn ngưỡng tác động cho các thiết bò bảo vệ. 5.2 Tính toán ngắn mạch: 5.2.1 Tính toán ngắn mạch ba pha(N (3) ): 5.2.1.1 Công thức tính : I N (3) = th dm Z U *3 (5.1) Với Z th là tông trở tổng cộng nhìn từ điểm ngắn mạch trở về nguồn. - Cách xác đònh tổng trở của các phần tử: CB: Trong lưới điện hạ áp, tổng trở của các CB nằ phiá trước vò trí sự ố phải được tính đến. Cảm khán có thể tiếp nhận giá trò 0.15 cho mỗi CB, tromh khi trở kháng có thhể bỏ qua. Thanh góp: Trở káng của thanh góp 9ược bỏ qua và cảm kháng được lấy giá trò 0.15  cho mỗi m chiều dài. Dây dẫn: Trở kháng của dây dẫn được tra theo các bảng tra hoặc tính gần đúng theo công thức: R = F L  = r o *L (5.2)  là điện trở suất của dây dẫn khi có nhiệt độ vận hành bình thường và bằng 22.5m /m ( cho đồng), hoặc 36m /m ( với dây nhôm). Ro: Điện trở trên một đơn vò chiều dài( /km) do nhà sản xuất cung cấp. Cảm kháng X của dây cáp, khi không có số liệu có thể lấy giá trò bằng 0.07÷ 0.09 /km ( theo TL[1]). 5.2.1.2 Tính toán ngắn mạch tại thanh cái của MBA: I N (3) TCBA = B tb Z U 3 (kA) (5.3) U tb - điện áp dây trung bình (V), Z B - tổng trở của MBA(m ) -Xác đònh tổng trở MBA: R B = dm dm N S UP 2 2 * (5.4) = 2 2 750 400*9 = 2.56 m Z B = dm dm N S UU 2 2 *100 *% (5.5) = 750 * 100 400*5.5 2 = 11.73 m X B = 22 BB RZ  (5.6) = 2 2 56.273.11  = 11.45 m  I N (3) tcBA 73.11*3 400 = 19.7 kA 5.2.1.3 Tính toán ngắn mạch ba pha tại tủ PPC (I (3) N1 ): Sơ đồ thay thế: Tính toán ngắn mạch ba pha là để biết được giá trò lớn nhất của dòng điện sự cố, do đó để đơn giản cho việc tính toán thì ta có thể bỏ qua các giá trò tổng trở của các phần tử như CB, thanh cái. - Tổng trở MBA: R B = 2.56 m X B =11.45 m Z B = 11.73 m  -Tính tổng trở dây dẫn: Với dây dẫn 3x(3x500)+500, có r o =0.0122/km, x o =0.03/km, L=75m. R d1 = r o * L = 0.0122*75 = 0.915 m X d1 = x o *L = 0.03*75 = 2.25 m   Từ đó, ta tính được tổng trở tương đương và dòng ngắn mạch ba pha:     R th1 = R B + R d1 = 2.56 + 0.915 = 3.475 m   X th1 = X B + X d1 = 11.45+ 2.25 = 13.7 m    th1 = 2 1 2 1 thth XR  = 22 7.13475.3  =14.134 m  I (3) N1 = 134.14*3 400 = 16.34 kA 5.2.1.4 Tính ngắn mạch ba pha tại thanh cái của tủ PP (I (3) N2 ) Xét trường hợp khi bò ngắn mạch ba pha tại tủ PP1: - Sơ đồ thay thế: - Tính tổng trở dây dẫn: Với dây dẫn 3x(3x300)+300, có r o =0.02/km, x o =0.03/km, L=85m. R d2 = r o * L = 0.02*85 = 1.7 m X d2 = x o *L = 0.03*85 = 2.55 m   Từ đó, ta tính được tổâng trở tương đương và dòng ngắn mạch ba pha:   R th2 = R th1 + R d2 = 3.475+ 1.7 = 5.175 m   X th2 = X th1 + X d2 = 13.7+ 2.55 = 16.25 m    th2 = 5 2 2 2 yhth XR  = 22 25.16175.5  = 17.05 m I (3) N2 = 05.17*3 400 = 13.54 kA 5.2.1.5 Tính ngắn mạch ba pha tại thanh cái của tủ ĐL (I (3) N3 ) Xét trường hợp khi bò ngắn mạch ba pha tại tủ ĐL1A: - Sơ đồ thay thế: - Tính tổng trở dây dẫn: Với dây dẫn 4G120, có r o =0.153/km, x o =0.08/km, L=73m. R d3 = r o * L = 0.153*73 = 11.169 m X d2 = x o *L = 0.08*73 = 5.84 m   Từ đó, ta tính được tổâng trở tương đương và dòng ngắn mạch ba pha:     R th3 = R th2 + R d3 = 5.175+ 11.169 = 16.344 m   X th3 = X th2 + X d3 = 16.25+ 5.84 = 22.09 m    th3 = 2 3 2 3 yhth XR  = 22 09.22344.16  = 27.48 m  I (3) N3 = 48.27*3 400 = 8.4 kA  Khi xét đến ảnh hưởng của động cơ khởi động (ta chỉ xét khi động cơ lớn nhất trong nhóm khởi động) Ta có I mmmax = 108.5 A= 0.1085kA  I (3) N3mm = I (3) N3 +0.9I mmmax = 8.4+0.9*0.1085 = 8.5kA 5.2.1.6 Tính ngắn mạch ba pha tại thiết bò (I (3) N4 ) Xét trường hợp khi bò ngắn mạch ba pha tại thiết bò số một ở nhóm ĐL1A: - Sơ đồ thay thế: - Tính tổng trở dây dẫn: Với dây dẫn 4G10, có r o =1.83/km, x o =0.08 /km, L=10m. R d4 = r o * L = 1.83*10 = 18.3 m X d4 = x o *L = 0.08*10 =0.8 m   Từ đó, ta tính được tổâng trở tương đương và dòng ngắn mạch ba pha:     R th4 = R th3 + R d4 = 16.3418.3 = 34.64m   X th4 = X th3 + X d4 = 22.09+0.8 = 22.89m    th4 = 22 89.2264.34  = 41.52 m  I (3) N4 = 52.41*3 400 = 5.56kA. Dòng ngắn mạch khi thiết bò khởi động: I (3) N4mm = I (3) N4 +0.9*I mm =5.56 + 0.9*108.5*10-3 =5.66kA Đối với các nhánh khác, ta cũng tính toán một cách hoàn toàn tương tự như trên. Kết quả tính toán ngắn mạch cho trong các bảng 5.1 ÷ 5.4 5.2.2 Tính ngắn mạch một pha (I (1) N ) Mục đích của việc tính ngắn mạch một pha là để làm cơ sở cho việc lựa chọn và kiểm tra độ nhạy của các CB, MC, Rơle bảo vệ,… Vì vậy trong trường hợp này thì trái ngược lại với trường hợp tính ngắn mạch ba pha là ta cần biết trò số bé nhất của dòng diện sự cố. Do vậy mà khi tính toán ngắn mạch một pha ta cần lưu ý: - Phải xét đến điện trở của tất cả các thành phần. - Nhân điện áp tính toán với hệ số nhỏ hơn 1 ( thường lấy từ 0.9 ÷0.95) để xét đến sự giảm áp bên sơ cấp của MBA khi ngắn mạch. - Điện trở của dây trung tính trong mạng thứ tự không phải lấy bằng 3 lần giá trò điện trở thực tế của nó. - Điện kháng thứ tự không của MBA nối Y/Y o là X* oB = 0.3÷1( trò số tương đối đònh mức, song để cho dòng điện ngắn mạch là cực tiểu thì ta sẽ chọn X* oB =1 Do đó trong đơn vò có tên X oB = 6 2 * 10** dm tb oB S U X (m) (5.7) Trong đó U tb (kV), S đm ( kVA) Nếu MBA đấu /Y o thì: X oB = X 1B - Điện kháng thứ tự không của đường dây hạ áp có thể lấy bằng hai lần điện kháng thứ tự thuận: X od = 2X 1d Sau đó tính tổng trở của tất cả các phần tử, ta sẽ xác đònh dòng điện ngắn mạch một pha theo công thức sau: I (1) N = (0.9÷0.95) 2 01 2 01 )2()2( *3   XXRR U tb (kA) = (0.9÷0.95) 0 . 2 . 1 . 3 ZZZ U ptb  (5.8) Trong đó: R 1 và X 1 là điện trở và điện kháng thứ tự thuận tổng của tất cả các phần tử (m ) R 0 và X 0 là điện trở và điện kháng thứ tự nghòch tổng của tất cả các phần tử (m ). U tb là điện áp pha trung bình tính bằng (V). U ptb - điện áp pha trung bình (V) Z o , Z 1 ,Z 2 ,-tổng trở thứ tự thuận, thứ tự nghòch và thứ tự không 5.2.2.1 Tính ngắn mạch một pha tại tủ PPC (I )1( 1 N ) Sơ đồ thay thế: - Xác đònh tổng trở thứ tự thuận và thứ tự nghòch của các phần tử:  Máy biến áp : R oB = R 1B = 2.56 m X oB = X 1B = 11.45 m  Dây pha 1: Tiết diện F =3x500 mm 2 ; r o = 0.0122 /km; x o =0.03/km; L=75m. R 1d1 = 0.915mR od1 X 1d1 = 2.25 m X od1 = 2X 1d1 = 4.5 m  CB1: X 1CB1 =0.15 m X oCB1 =2X 1CB1 = 0.3 m  Dây PEN1: Tiết diện F=500mm 2 , ro=0.0366/km; xo=0.08 /km; L=75m. R PEN1 =0.0366*75 = 2.75 m R oPEN1 X 1PEN1 = 0.08*75 = 6m X 1PEN1 = 2X OPEN1 = 12 m   Từ đó ta tính được: R 11 = R 1B +R 1d1 +R 1PEN1 = 6.625 m= R o1  X 11 =X 1B +X 1d1 +X 1CB1 +X 1PEN1 =11.45+2.25+0.15+6=19.85.1 m  X 01 =X oB +X od1 +X oCB1 +X oPEN1 =11.45+4.5+0.3++12=28.25 m     rong đó: R 11 và X 11 là tổng trở kháng và cãm kháng thứ tự thận của tất cả các phần tử thuộc phân đoạn 1(Từ TBA đến tủ PPC) R 01 và X 01 là tổng trở kháng và cãm kháng thứ tự không của tất cả các phần tử thuộc phân đoạn 1. Tính dòng ngắn mạch theo công thức (5.8) [...]... tính được:   R13 = R12+R1d3+R1PEN = 35.36 m    Ro3= Ro2+Rod3+RoPEN3 =35.36m X13=X12+X1TC2+X1d3+X1CB4+X1PEN3 = 41.63 m X03= X02+X0TC2+X0d3+X0CB4+X0PEN3 =71.51 m Tính dòng ngắn mạch theo công thức (5.8) I (1)N3= 3 * 0.9 * 400 (2 * 35.36  35.36) 2  (2 * 41.63  71.51) 2 = 3.32 kA 5.2.3.4 Tính ngắn mạch một pha tại thiết bò (I(1)N4) Ta sẽ tính ngắn mạch tại thiết bò ở nhánh đầu... ngắn mạch IN(1) nhánh thiết bò Rth Xth I(3)N I(3)Nmm R1th X1th X0th I(1)N (m) (m) (kA) (kA) =R0th (m) (m) (kA) (m) (1) (2) (3) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) XƯỞNG A Nhóm 1 (ĐL1A) Máy làm 1 1 34.65 22.89 5.56 5.66 71.96 43.8 75.9 2.30 sạch Máy thổi 1 2 67.59 24.3 3.21 3.29 137.84 46.7 81.7 1.39 Motor 1 Máy thổi 1 3 60.27 24 3.56 3.63 123 .20 46.1 80.4 1.53 Motor 1 Máy nén 1 4 120 .1 22.1 1.89 1.93... 10.0 1 17.3 32.27 0 7 6 17.2 12. 5 12. 94 13.83 6.18 9 8 1 31 32 4 32 6 32 6 31 31 30.3 8 Nhóm 5 (ĐL5B) (1) 1 (2) Máy ép (3 ) (10 (11 (12 ) ) ) 10.3 10.7 11.1 33 4.4 1 18.7 22.18 56 6 9 5 9 4 (5) (6) (7) (8) (9) 2 Máy hấp 2 3 Quạt hút 1 Máy hấp Quạt hút Máy hấp Quạt hút 1 1 1 1 4 5 Tổng nhóm 7.42 5 6 19.6 18.1 19.1 18.7 18.0 9 4.9 5.0 6 2 2.6 2.7 3 2 8.1 8.1 0 9 9.5 9.6 3 2 11.8 12. 17 1 73.5 21.0 3.0 7 5... pha tại tủ ĐL (I(1)N3) Sơ đồ thay thế: = 5.47 - Xác đònh tổng trở thứ tự thuận và thứ tự nghòch của các phần tử: Thanh cái 2: X1TC2 = 0.15 m XoTC2 = 0.3 m Dây pha 3: Tiết diện F =120 mm2; ro = 0.153 /km; xo=0.08/km; L=73m R1d3 = 11.169m Rod3 = R1d3 = 11.169 m X1d3 = 5.84m Xod3= 2X1d3 = 11.68 m CB4: X1CB2 =0.15 m XoCB2 =2X1CB2= 0.3 m  Dây PEN3: Tiết diện F =120 mm2, ro=0.153/km; xo=0.8/km;... 17.29 12. 58 13.83 30.38 49.01 5.31 5 ĐL5B 7.42 18.09 11.81 16.31 31.98 52.21 4.95 6 ĐL6B 73.57 21.05 3.02 148.61 37.90 64.05 1.33 7 ĐL1C 48.92 21.13 4.33 99.30 38.06 64.37 1.89 8 ĐL2C 28.68 19.93 6.61 58.81 35.66 59.57 2.84 Ngắn mạch tại thanh cái các tủ PP phân xưởng N2 1 PP1 5.18 16.25 13.54 13.02 29.65 47.85 5.47 2 PP2 4.57 15.80 14.04 10.61 28.00 44.55 5.91 Ngắn mạch tại thanh cái các tủ phân phối... =2.3 kA Với các nhánh khác ta cũng tính toán một cách hoàn toàn tương tự, và thu được kết quả như ở các bảng 5.1; 5.2 Bảng 5.1 Bảng tính toán ngắn mạch STT Tên Ngắn mạch ba pha Ngắn mạch một pha (3) nhóm nhóm I N IN(1) Rth Xth I(3)N R1th X1th X0th I(1)N (m) (m) (kA) = Roth (m) (m) (kA) (m) (1) (2) (10) (11) (12) (14) (15) (16) (17) Ngắn mạch ại thanh cái các tủ động lực N3 Xưởng A 1 ĐL1A 16.35... PEN2: Tiết diện F=300mm2, ro=0.06/km; xo=0.08/km; L=85m RPEN2 =0.06*85 =5.1 mRoPEN2 X1PEN2 = 0.08*85 = 6.8 m X0PEN2= 2XOPEN1 = 13.6 m   Từ đó ta tính được: R12 = R11+R1d2+R1PEN2 = 6.225+1.7+5.1 = 13.025 mRo2  X12=X11+X1TC1+X1d2+X1CB2+X1CB3+X1PEN2 =19.85+0.15+2.55+0.15 + 0.15+6.8 = 29.65 m X02= X01+X0TC1+X0d2+X0CB2+X0CB3+X0PEN2 = 28.25+ 0.3+ 5.1+ 0.3 + 0.3 +13.6 =47.85... 1.4 1 66.1 22.3 7 1 8 0 1 4 5 2 38.0 1.8 48.9 21.1 4.3 64.37 4.4 99.30 6 9 2 3 3 Nhóm 2 (ĐL2C) (1) (2) 1 Máy tiện 2 Máy tiện 3 Máy sọc (3 ) (10 (11 (12 ) ) ) 40.1 20.7 5.1 5.2 37 2.2 1 81.81 64 8 3 1 7 9 1 52.8 4.0 4.2 107.1 39 67 1.7 1 21.6 3 5 0 1 6 5 7 3 125 .4 19.9 1.8 1.8 252.4 36 60 0.8 (5) (6) (7) (8) (9) 4 5 6 Máy cạo Lò luyện khuôn Quạt lò đúc 2 2 3 7 Máy tiện 1 1 8 Máy cạo Quạt lò đúc Tổng nhóm... 56.15 1.19 3.95 1.14 2.75 4.5 Nhóm 3 (ĐL3A) (1) (2) 1 Quạt hút Máy hấp 2 Máy sấy 3 Máy sấy (3 (5) (6) (7) (8) ) 1 14.9 17.2 10.1 10.20 9 1 2 1 2.2 2.3 1 102.6 16.6 2 0 79.5 2.8 2.9 1 16.6 5 4 2 (10 (11 (12 ) ) ) 32 53 4.0 32.65 5 2 6 207.8 31 50 0.9 7 2 6 8 463.2 34 57 1.3 3 6 4 0 (9) 4 Máy sấy 5 Máy ép 6 Máy hấp 7 Quạt hút Tổng nhóm 42.6 5.0 16.6 7 5 14.1 10.1 1 17.9 7 3 2.2 2 102.1 16.6 3 35.4 5.9 1... 144.2 36 0 5 37 30.63 4 261.4 36 6 5 199.5 36 2 5 134.9 36 8 5 37 53.62 8 61 2 61 2 61 2 63 1 61 2 61 2 61 2 63 8 88.01 Nhóm 4 (ĐL4A) 1 Quạt hút 1 66.16 19.2 2 Quạt hút 1 3 Máy hấp 4 Máy xay 5 Motor 1 129 .4 19.2 6 Máy sấy 1 7 Máy sấy 8 Máy sấy Tổng nhóm 98.4 19.2 3 70.7 2 19.2 7 13.9 1 19.7 8 98.4 3 66.1 1 6 25.4 1 8 10.8 4 19.2 19.2 19.9 19.2 1 1.4 6 1.0 2 1.3 8 3.7 6 0.7 8 1.0 2 1.4 6 2.9 3 4.1 24.34 . tính toán lựa chọn các thiết bò bảo vệ cho hệ thống điện. Còn ngắn mạch một pha là tình trạng nhẹ nhất và ta thường xét đến khi tính toán lựa chọn ngưỡng tác động cho các thiết bò bảo vệ. 5.2. tượng mạch điện bò nối tắt qua một tổng trở rất nhỏ, xem như bằng không. Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng, và thường xảy ra trong hệ thống điện. Khi có ngắn mạch thì dòng điện sẽ tăng. vận hành bình thường và bằng 22.5m /m ( cho đồng), hoặc 36m /m ( với dây nhôm). Ro: Điện trở trên một đơn vò chiều dài( /km) do nhà sản xuất cung cấp. Cảm kháng X của dây cáp, khi không