ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH I Đặt vấn đề:  Ngắn mạch cố quan trọng thường xuyên xảy hệ thống cung cấp điện Vì phần tử hệ thống cung cấp điện phải tính toán lựa chọn cho không làm việc chế độ bình thường mà phải có khả chòu đựng trạng thái cố giói hạn quy đònh cho phép Trong thực tế thường gặp dạng ngắn mạch sau: Ngắn mạch pha Ngắn mạch pha Ngắn mạch pha chạm đất Ngắn mạch pha chạm đất Trong dạng ngắn mạch trên, trường hợp ngắn mạch pha chạm đất xảy nhiều Nhưnh thực tế, nghiên cứu ngắn mạch pha đối xứng, loại xảy loại có dòng điện ngắn mạch lớn Chúng ta nghiên cứu trường hợp ngắn mạch để lụa chọn thiết bò điện khí cụ điện, để tính toán khả hạn chế dòng điện ngắn mạch giả thiết dùng để tính toán ngắn mạch: + máy phát điện dao động công suất, nghóa góc lệch pha súc điện động máy phát điện không thay đổi thời gian ngắn mạch  Tính toán ngắn mạch phụ tải: Ta thay phụ tải Z cố đònh tập chung điểm nút chung Với động lớn ngắn mạch gần cực chúng, coi thời điểm ban đầukhi ngắn mạch máy phát điện có dòng điện phát động cung cấp thêm, cho điểm ngắn mạch tăng lên + Bỏ qúa điện trở độ điểm ngắn mạch + Không tính đến bão hòa hệ thống từ + Bỏ qua dòng điện từ hóa máy biến áp + Bỏ qua điện dung + Coi hệ thống pha đối xứng 1.Thành lập sơ đồ thay tính ngắn mạch đề chọn phần tử khí cụ điện:  Muốn tính dòng điện ngắn mạch ta phải thành lập sơ đồ thiết kế Trong sơ đồ phần tử hệ thống dược thay điện kháng tương ứng Sơ đồ thay thành lập hệ đơn vò có tên hay đơn vò tương đối Xét phần tử hệ thống điện pha có tham số đònh mức sau: + Điện áp đònh mức m(KV) + Dòng điện đònh mức Iđm( A,KA) + Công suất đònh mức Sđm(KVA) + Điện kháng đònh mức Xđm( Ω ) U dm X dm = Chúng liên hệ với biểu thức: S dm = 3.U dm Ι dm 3.Ι dm Các thiết bò làm việc U(KV), I(KA), S(KVA), X( Ω ) quy đổi đại lượng tương đối so với đònh mức có liên hệ sau: U Ι U *dm = Ι *dm = U dm Ι dm S X S *dm = X *dm = S dm X dm Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com Ngoài việc so sánh với đại lượng đònh mức so sánh với đại lượng đóg đại lượng Lúc ta có hệ số sau: Chọn Scb Ucb sau tính Icb Xcb theo côn thức: S cb U cb Ι cb = X cb = 3.U cb 3.Ι cb Thường chọn Ucb = 100 1000 Còn Ucb lấy giá trò đònh mức Utb : 230-115-37-22-15.75-13.8-10.5-3.15-0.525-0.4-0.23 Trò số tương đối tính sau; U Ι U *cb = ≈1 Ι *cb = U cb Ι cb S S X X S *cb = X *cb = = cb S cb X cb U cb Trong đại lượng cần chọn hai đại lượng Sd Ud làm sở tính toán III Tính ngắn mạch hệ thống phân xưởng: 10KV RAPI RMC RID2 XAPI XAPI RAPI1 RAPI1 XAPI2 RD XBA RAPI2 RBA RID2 MC DLC BA Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com N1 API TD1 AP2 TD2 AP1 N TD4 I II III IV Sơ đồ tương đương Tính ngắn mạch cho hệ thống phân xưởng 10KV RMC MC XMC DCL RD XD RBA BA 10/ 0,4KV Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com XBA RAP1 AP1 XAP1 TD1 RTD1 XTD1 AP2 RAP2 XAP2 TD2 AP RTD2 XTD2 XTD2 VI I II III IV V RAP XAP RTD XTD Sơ đồ tương đương Tính ngắn mạch phần cao áp: Trong tập đồ án không tính toán ngắn mạch phần cao áp vi nguyên trạm biến áp phân xưởng thiết kế đường dây điện quốc gia, nên giá trò điện trở điện kháng nhỏ nên bỏ qua Tính ngắn mạch phần hạ áp cho phân xưởng: Đối với mạng điện áp thấp bỏ qua điện trở bỏ qua điện trở sai số lớn Trường hợp ta phải xét điện trởcác phần tử ngắn mạch.Như điện trở máy biến áp, dây dẫn dẫn, cuộn dòng điện aptomat , điện trở tiếp xúc điểm Tổng trở máy biến áp thành phần nối vào bên thứ cấp máy biến áp thường tương đối lớn nên lúc xảy ngnắ mạch mạng hạ áp, điện áp bên sơ cấp máy biến áp giảm ta giả thiết điện áp bên thứ cấp không đổi Tính toán dòng ngắn mạch phần ngắn mạch ta nên dùng đơn vò có tên để đơn giản Vì có cấp điện áp, tổng trở Z ( ), U(V, KV), I(A, KA), S(VA, KVA) Sơ đồ thay phần tử ghi kí hiệu từ máy biến áp đến lớn Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ RBA nguyenvanbientbd47@gmail.com RD XBA RAP1 XD RTD XAP1 XTD Tính toán giá trò điện trở: + Điện trở kháng máy biến áp: U2 R BA = ∆ Ρ Ν × dm × 10 S dm + Điện kháng: Χ = 10U x% U dm × 10 U S dm Trong đó: ∆ Ρ Ν : Tổn thất ngắn mạch MBA Udm: điện áp đònh mức MBA, với m = 0,4KV Sđm : công suất đònh mức MBA Ux% : thành phần phản kháng MBA ngắn mạch , UN% U X% = U Ν% − U r% Ur% : thành phần tác dụng UN% U r% = ∆ Ρ Ν × 10 9400 × 100 = = 1,678% S dm × 10 10 × 560 U x % = (U N % ) − (U r % ) = ( 5,5% ) − (1,678) = 5,38% Điện trở MBA: ∆ Ρ N × U dm × 10 9,4 × 0,4 × 10 R BA = = = 4,8(mΩ ) S dm 560 Điện kháng MBA: 10 × U x % × U dm × 10 10 × 10 × 5,38 × 0,4 Χ BA = = = 0,027(Ω ) S dm 560 - Điện trở điện kháng Apto mat điện trở điện trở Apto mat không khác nhiều nên chọn sơ đồ điện trở điện kháng Apto mat loại 400A - Tra bảng 5.11 trang 344 bảng 2- 42, 2-43 trang 649 sách tra cứu cung cấp điện xí nghiệp ta được: R AT = Rcuonday + Rtiepdiem = 0,32 + 0,4 = 0,72(mΩ ) Χ AT 2 = 0,1(mΩ ) Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com - Điện trở điện kháng dẫn Chọn phẳng 100x10mm ( làm đồng) khoảng cách trung bình hình học giửa pha α th = 200(mm) - Tra bảng 2-40 trang 647 Nguyễn Xuân Phú ta có: R0 = 0,02(mΩ / m) Χ = 0,133(mΩ / m) Chọn chiều dài dẫn 1,5m;l=1,5m Điện trở dẫn : Rtd = l × R0 = 0,02 × 1,5 = 0,03(mΩ ) Điện kháng dẫn: Χ td = l × Χ = 1,5 × 0,133 = 0,1995(mΩ ) Chiều dài từ trạm đến tủ điện 12m dòng điện tải trạm Ι cp = 450( A) Nên ta chọn dây cáp CV: 300mm2 Tra bảng 2-36 trang 645 Nguyễn Xuân Phú ta có: r1 = r2 = r3 = R0 = 0,12(mΩ / m) x1 = x = x3 = X = 0,06(mΩ / m) 0,12.0,12 = 0,06(mΩ / m) , 12 + , 12 R = r //r 12 2= R0td = R12 // r3 = 0,06 × 0,12 = 0,04mΩ / m 0,06 + 0,12 0,06 × 0,06 = 0,03( mΩ / m ) 0,06 + 0,06 0,03 × 0,06 Χ 0td = Χ 12 // Χ = = 0,02( mΩ / m ) 0,03 + 0,06 Điện trở dẫn: Rdd = R0td × l = 12 × 0,04 = 0,48( mΩ ) Χ dd = Χ 0td × l = 0,02 × 12 = 0,24( mΩ ) Tổng trở điện kháng: Rtd = R BA + R AP1 + Rtd + Rdd = 4,8 + 0,72 × 10 − + 0,03 × 10 − + 0,48 = 5,5( mΩ ) Χ 12 = Χ // Χ = Χ td = Χ Β Α + Χ Α Ρ + Χ td + Χ Sơ đồ thay số thực: RBA dd = 0,027 × 10 − + 0,1 × 10 − + 0,1995 × 10 − + 0,24 = 0,27( mΩ ) 0,027 4,8 RAP1 XBA 0,1 0,72 XAP1 Rtd 0,199 0,03 Xtd Rdd 0,48 0,24 Xdd Tính dòng ngắng mạch lớn: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com Tính thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch ba pha: xác đònh theo công thức 10 3.U tb 115.10 Ι ck = = 12,5( KA) Rtd2 + X td2 5,5 + 0,27 Chọn U tb = 115 Dòng điện xung kích: Ι xk = Với Κ xk Κ xk Ι ck hệ số xung kích phụ thuộc vào tỷ số Trang 319 sách tra cứu ta có Κ xk x = 49 trang hình 5.10 r = 1,92 Vậy dòng xung kích là: Ι xk = Κ xk Ι ck = 1,92.12,5= 33,94( KA) Giá trò hiệu dụng cực đại dòng điện ngắn mạch i xk = + 2(Κ xk − 1) Ι ck = 20,5( KA) Tính toán ngắn mạch tủ điện phân xưởng: Điện trở điện kháng Aptomat 2: R AT = R AT = 0,72(mΩ ) Χ AT = Χ AT = 0,1(mΩ ) Chọn dẫn thẳng làm đồng 40x5 khoảng cách trung bình hình học α = 100(mm) Tra bảng 2-40 trang 647 sách tra cứu cung cấp điện ta có: R0 = 0,08 m Ω /m X0 = 0,137 m Ω /m Chọn dẫn dài 1,5m; l= 1,5m Rtd= R0 l= 0,08.1,5= 0,12 m Ω Xtd= X0.l= 0,137 1,5= 0,2 m Ω Chiều dài từ tủ điện đến tủ phân xưởng 12m Vì dòng điện tải phân xưởng 450 A nên chọn cáp 300mm2 có giá trò điện trở điện dung : R0 = 0,12 m Ω X0 = 0,06 m Ω Rdd = 0,12 12 = 1,44 m Ω Xdd = 0,06 12 = 0,72 m Ω Tổng điện trở điện kháng từ tủ điện đến tủ điện phân xưởng: R/td= 1,44 + 0,12 + 0,72 = 2,28 m Ω X/td = 0,72 + 0,2 + 0,1 = 1,02 m Ω • Tính toán ngắn mạch: Thành phần ngắn mạch ba pha: 10 3.U tb 10 3.115 Ι ck = = = 26,6( KA) Rtd′ + Χ ′td2 2,28 + 1,02 Dòng điện xung kích : Ι xk = Κ xk Ι ck x = 0,44 r Tra hình 5-10 trang 319 sách tra cứu ta có Κ xk = Với Κ xk hệ số xung kích phụ thuộc vào tỷ số Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com Vậy dòng xung kích : Ι xk = Κ xk Ι ck = 26,6 = 37, (KA) Giá trò hiệu dụng cực đại dòng điện ngắn mạch Do Κ xk < 1,3 nên Χ ′td = 0,0014 Ta có Τ a = ω rtd′ Vậy dòng điện xung kích là: Τ 0,0014 Ι xk = + a Ι ck = 26,6 + = 27,5( KA) 0,02 0,02 Tính ngắn mạch tủ điện nhóm: Tính ngắn mạch tủ điện nhóm phân xưởng Trước hết ta tính thêm giá trò điện trở điện kháng từ dẫn xưởng đến dẫn nhóm Sơ đồ nguyên lý cuả trạm phân xưởng Vì nhóm III có dòng đỉnh nhọn lớn nhóm nên ta chọn nhóm III để tính ngắn mạch • Điện trở điện kháng AP3 Đối với Aptomát kiểu ABH 103a loại 100 AF có Idm = 60 A Tra bảng 2-42; 2-43 trang 649 Nguyễn Xuân Phú Ta có: X0 = 2,1 m Ω R0 = 1,2 m Ω • Điện trở điện kháng dẫn Chọn dẫn phẳng 25x3mm dài l= 4m làm đồng Khoảng cách trung bình hình học 100 Tra bảng 2-40 trang 647 sách tra cứu Nguyễn Xuân Phú ta có: X0 = 0,179 m Ω /m R0 = 0,268 m Ω /m Điện trở dẫn : Rtd = R0 l = 0,268 = 1,072 m Ω Điện kháng dẫn: Xtd = X0 l = 0,179 = 0,716 m Ω Điện trở điện kháng nhóm III phần chọn dây dẫn nhóm III có kí hiệu AVV thiết diện 30mm2 Tra bảng 2-36 trang 645 Nguyễn Xuân Phú ta có R0 = 1,17 m Ω /m X0 = 0,265 m Ω /m Chiều dài dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ điện nhóm III l= 9m Điện trở dây dẫn: Rdd = R0 l = 1,17 = 10,53 m Ω Điện kháng dây dẫn: Xdd = X0 l = 0,265 = 2,385 m Ω Điện trở điện kháng máy biến dòng : Kiểu Τ Κ φ -3-3600/10A Tra bảng 2-44 trang 649 sách tra cứu cung cấp điện Nguyễn Xuân Phú Ta có: r = 75 m Ω x= 70 m Ω Tổng điện trở điện kháng từ tủ đến tủ điện nhóm III : Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com Rtd = Rtdc + Rtdx + Rtdn + RAp3 + Rdd + RΤ Κ φ = 0,03 + 0,12 + 10,53 + 1,2 + 1,072 + 75 = 87,95 m Ω Xtd = Xtdc + Xtdx + XAp3 + Xtdn + Xdd + Χ Τ Κ φ = 0,1995 + 0,2 + 0,716 + 2,1 + 2,385 + 70 = 75,6 m Ω • Tính ngắn mạch nhóm III thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch ba pha 10 3.U tb 10 3.115 Ι ck = = = 573( A) Rtd2 + Χ td2 87,95 + 75,6 Dòng điện xung kích ba pha: Ι xk = k xk Ι xk Χ td 75,6 = = 0,85 Tra k xk theo Rtd 87,95 Tra hình 5-10 trang 319 sách tra cứu ta có Κ xk = Ι xk = k xk Ι ck = 573.1 = 810( A) Giá trò hiệu dụng dòng ngắn mạch Do k xk < 1,3 nên Ι xk = Ι ck + với Τ a = Τa 0,002 = 573 + = 600( A) 0,02 0,02 Χ td = 0,002 ω Rtd Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN LÊ PHONG PHÚ nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang