Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 7: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 7.1. KHÁI NIỆM CHUNG Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xuyên xảy ra trong hệ thống cung cấp điện. Do đó, các phần tử trong hệ thống cung cấp 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 quy định cho phép.
Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG 7.2 CÁC DẠNG NGẮN MẠCH CHÍNH 7.3 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN 7.4 TÍNH TỐN ĐIỆN KHÁNG CÁC PHẦN TỬ 7.5 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.6 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP CAO 7.7 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP THẤP Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Ngắn mạch tình trạng cố nghiêm trọng thường xun xảy hệ thống cung cấp điện Do đó, phần tử hệ thống cung cấp điện phải tính tốn lựa chọn cho khơng làm việc tốt trạng thái bình thường mà chịu đựng trạng thái cố giới hạn quy định cho phép Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Để lựa chọn tốt phần tử hệ thống cung cấp điện phải dự đốn tình trạng ngắn mạch xảy điều quan trọng tính tốn số liệu tình trạng ngắn mạch dòng điện ngắn mạch thời điểm khác nhau, cơng suất ngắn mạch Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Các số liệu tình trạng ngắn mạch quan trọng để giải loạt vấn đề khác lựa chọn thiết bị điện, thiết kế hệ thống bảo vệ rơle, định phương thức vận hành Tính tốn ngắn mạch phần khơng thể thiếu thiết kế cung cấp điện Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.2 CÁC DẠNG NGẮN MẠCH CHÍNH 7.2.1 Định nghĩa Ngắn mạch tượng pha chập (đối với mạng trung tính cách điện với đất) tượng pha chập chạm đất (đối với mạng trung tính trung tính trực tiếp nối đất) Ngắn mạch tượng mạch điện bị nối tắt lại qua tổng trở nhỏ xem khơng Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.2 CÁC DẠNG NGẮN MẠCH CHÍNH 7.2.1 Định nghĩa Lúc ngắn mạch tổng trở hệ thống bị giảm xuống tùy theo vị trí điểm ngắn mạch xa hay gần nguồn cung cấp mà tổng trở hệ thống giảm xuống hay nhiều Khi ngắn mạch, mạch xuất q trình q độ nghĩa dòng điện điện áp thay đổi, dòng điện tăng lên nhiều so với lúc làm việc bình thường, điện áp mạng điện giảm xuống Thời gian điện áp giảm xuống xác định thời gian tác động bảo vệ rơle máy cắt điện đặt gần điểm ngắn mạch Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.2 CÁC DẠNG NGẮN MẠCH CHÍNH 7.2.2 Các dạng ngắn mạch Ký hiệu Xác xuất xảy [%] Ngắn mạch ba pha N(3) Ngắn mạch hai pha N(2) 10 Ngắn mạch pha N(1) 65 N(1-1) 20 Dạng ngắn mạch Sơ đồ ngun lý A Ngắn mạch hai pha chạm đất Ký hiệu xác suất xảy dạng ngắn mạch Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.2 CÁC DẠNG NGẮN MẠCH CHÍNH 7.2.2 Các dạng ngắn mạch Cần nghiên cứu ngắn mạch ba pha vì: - Tuy xảy có khả xảy - Có lúc định tình trạng làm việc hệ thống điện chẳng hạn xảy ngắn mạch đường dây liên lạc hệ thống điện với hay nhà máy điện với hệ thống - Từ ngắn mạch ba pha dùng phương pháp thành phần đối xứng để tính dòng điện điện áp dạng ngắn mạch khác (như ngắn mạch hai pha, pha, hai pha chạm đất) - Trong tính tốn chọn máy cắt điện khí cụ điện, cần kiểm tra ổn định lực điện động chúng xuất phát từ dòng ngắn mạch ba pha Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.2 CÁC DẠNG NGẮN MẠCH CHÍNH 7.2.3 Ngun nhân ngắn mạch Do cách điện bị hỏng: - Do vận hành lâu ngày cách điện bị già hóa mà khơng phát kịp thời thử nghiệm định kỳ - Do sét đánh vào đường dây tải điện khơng sét đánh trực tiếp vào thiết bị phân phối ngồi trời q điện áp nội - Do ngun nhân học khác cột điện bị đổ, đào đất chạm phải đường dây cáp Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.2 CÁC DẠNG NGẮN MẠCH CHÍNH 7.2.3 Ngun nhân ngắn mạch Ngắn mạch xảy đơi thao tác nhầm lẫn nhân viên vận hành ngun nhân ngẫu nhiên khác chim bay hay động vật chạm phải phần dẫn điện trần 10 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.5 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.5.5 Biến đổi sơ đồ thay dạng đơn giản Sau thành lập sơ đồ thay tính điện kháng phần tử, cần phải tiến hành phép biến đổi để đưa sơ đồ dạng đơn giản 35 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.5 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.5.5 Biến đổi sơ đồ thay dạng đơn giản 7.5.5.1 Ghép song song nhánh có nguồn Eđt Xđt Ghép song song nhánh có nguồn Sơ đồ thay Sơ đồ Đẳng trị 36 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.5 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.5.5 Biến đổi sơ đồ thay dạng đơn giản 7.5.5.2 Biến đổi tương đương nhánh khơng có nguồn Công thức biến đổi Sơ đồ tương đương Sơ đồ ban đầu X1 n 1 X i 1 X i X2 S1 X S1 X3 Xn n Xn X2 X1 S1 X S1 i 1 S1 X12 S1 X Xi S2 S2 X1 X23 X13 X3 S3 S3 S1 S2 X1 X1 X 12 X 13 X 12 X 13 X 23 X2 X 12 X 23 X 12 X 13 X 23 X3 X 23 X 13 X 12 X 13 X 23 X2 X12 S1 S2 X 12 X X X1 X X3 X 13 X X X1 X X2 X 23 X X X2X3 X1 X2 X23 X13 X3 S3 S3 S1 S1 n 1 S2 X I X X n 1 XI X1 i 1 X2 S2 XII n 1 X II X X n 1 Xn+1 i 1 Xn Xn Sn Xi Sn n 1 X K X n X n 1 i 1 Xi Xi 37 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.6 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP CAO 7.6.1 Ngắn mạch ba pha mạng điện đơn giản Dòng điện ngắn mạch 38 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.6 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP CAO 7.6.1 Ngắn mạch ba pha mạng điện đơn giản Từ hình vẽ cho thấy dòng điện ngắn mạch đạt trị số lớn sau bán chu kỳ (t = 0,01sec) Nó tổng trị số tức thời dòng điện chu kỳ khơng chu kỳ gọi dòng điện ngắn mạch xung kích ixk = ick(t = 0,01) + ikck(t = 0,01) Hay: ixk = Ickm + Ickm 𝑒− 0,01 𝑇𝑎 = (1+𝑒 − 0,01 𝑇𝑎 ) Ickm ixk = kxk.Ickm = kxk Ick đó: kxk = 1+𝑒 − 0,01 𝑇𝑎 hệ số xung kích dòng điện ngắn mạch 39 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.6 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP CAO 7.6.1 Ngắn mạch ba pha mạng điện đơn giản - Nếu mạch điện cảm (xΣ = 0) Ta = ∞ Kxk = 2, nghĩa dòng điện khơng chu kỳ khơng tắt dần - Nếu mạch điện trở (rΣ = 0) Ta = Kxk = 1, nghĩa thành phần khơng chu kỳ khơng xuất Như vậy: ≤ Kxk ≤ Hệ số kxk tra theo đường cong kxk = f(Ta), 𝑥 Kxk = f tra bảng sổ tay kỹ thuật 𝑟 40 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.6 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP CAO 7.6.2 Trị số hiệu dụng dòng điện ngắn mạch tồn phần Dòng điện ngắn mạch tồn phần q trình q độ khơng phải đường cong hình sin có tham gia dòng điện khơng chu kỳ Như trị số hiệu dụng dòng điện ngắn mạch tồn phần thời điểm t IN(t) tính gần giá trị trung bình bình phương bán chu kỳ (0,02sec) mà thời điểm t nằm iN(t) = I2ck(t) + I2kck(t) 41 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.6 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP CAO 7.6.2 Trị số hiệu dụng dòng điện ngắn mạch tồn phần Trị số hiệu dụng dòng điện xung kích Ixk thời 𝑇 điểm t = = 0,01sec với điều kiện Ikck(0) = Ickm (trước lúc ngắn mạch khơng tải) Ikck(t) = ixk – Ickm = kxk.Ickm – Ickm = (kxk – 1)Ickm Ikck(t) = 2(kxk – 1) Ick(t) Cuối tính được: iN(t) = I2ck(t)+2(kxk −1) I2ck(t) iN(t) = +2(kxk −1)2 Ick(t) 42 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.7 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP THẤP 7.7.1 Các giả thiết ▪ Vì phần lớn máy biến áp phân xưởng có cơng suất bé nhiều so với cơng suất nguồn cung cấp Vì tính tốn xem cơng suất nguồn cung cấp vơ lớn Do đó, thành phần chu kỳ khơng đổi suốt thời gian ngắn mạch Ick∞ = I” ▪ Điện trở phần tử mạng điện, máy biến áp, đường dây, điện trở tiếp xúc máy cắt điện có ảnh hưởng lớn đến trị số ngắn mạch nên khơng thể bỏ qua 43 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.7 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP THẤP 7.7.1 Các giả thiết ▪ Vì điện trở tương đối lớn nên thành phần tắt dần tắt nhanh, bỏ qua khơng tính đến thành phần Tính tốn cho thấy máy biến áp có dung lượng S=1000kVA dòng điện tắt dần tắt nhanh theo thời gian với t = 0,3sec ▪ Tổng trở máy biến áp phần tử nối bên thứ cấp máy biến áp khơng đủ lớn, ngắn mạch bên thứ cấp máy biến áp xem điện áp bên sơ cấp khơng thay đổi 44 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.7 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP THẤP 7.7.1 Các giả thiết ▪ Điện kháng tương đối nguồn tới mạng điện điện áp thấp khơng nhỏ trị số x*tt > 0,43 x*HTđm = x*Fđm + x*BAđm + x*dd + x*BIđm = 0,125 + 0,105 + 0,105 + 0,105 = 0,43 ▪ Khi tính tốn mạng điện áp thấp thường dùng hệ đơn vị có tên U[V], I[A], R[mΩ], x[mΩ], S[kVA] 45 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.7 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP THẤP 7.7.2 Tính cơng suất hệ thống điện Trường hợp hệ thống cung cấp điện đấu vào máy cắt điện, biết cơng suất cắt máy cắt, lúc lấy cơng suất ngắn mạch hệ thống cơng suất cắt máy cắt SNHT = Scắt 46 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.7 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP THẤP 7.7.3 Tính dòng điện ngắn mạch Tính dòng điện ngắn mạch pha dù có dây trung tính hay khơng dùng cơng thức: 𝑈𝑡𝑏 IN = 2 10 𝑅 Σ +𝑋 Σ [kA] đó: - Utb : điện áp trung bình định mức ứng với điểm ngắn mạch [V] - RΣ, XΣ : điện trở tổng, điện kháng tổng từ nguồn đến điểm ngắn mạch [mΩ] 47 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.7 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP THẤP 7.7.3 Tính dòng điện ngắn mạch Trị số tức thời dòng ngắn mạch xung kích: ixk = kxk 2.IN Trị số hiệu dụng dòng ngắn mạch xung kích: Ixk = IN + kxk − với Kxk hệ số xung kích Vị trí điểm ngắn mạch Trên máy biến áp - S = (500 1000)kVA , Un% = 5,5 - S = (100 320)kVA , Un% = 5,5 Ở xa máy biến áp Hệ số kxk 1,3 1,2 1,0 48 Chương 7: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 7.7 TÍNH NGẮN MẠCH Ở MẠNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP THẤP 7.7.3 Tính dòng điện ngắn mạch Trong trường hợp ngắn mạch đầu cực động khơng đồng động trở thành máy phát điện, cung cấp dòng điện có trị số tức thời khoảng 6,5 lần dòng định mức động Do dòng điện xung kích tính: ixk = Kxk 2.IN + 6,5đmĐC 49 ... nhiều cấp điện áp khác nhau, điện kháng phần tử sơ đồ phải quy đổi cấp điện áp Cấp điện áp cấp điện áp tính trạm ngắn mạch, tức điểm ngắn mạch cấp điện áp Ucb lấy điện áp trung bình định mức cấp điện. .. máy phát điện [Ω] - X”d : điện kháng siêu độ dọc trục máy phát điện [Ω], tra bảng 19 Chương 7: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 7. 4 TÍNH TOÁN ĐIỆN KHÁNG CÁC PHẦN TỬ 7. 4.1 Điện kháng máy phát điện Điện kháng... 0,38 Điện áp trung bình định mức cấp Cấp điện áp định mức [kV] 500 220 110 35 Điện áp trung bình 500 định mức [kV] 230 115 37 15 10 15 ,75 10,5 6,3 3,15 0,38 0,4 20 Chương 7: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 7. 4