HỘI ĐIỆN LỰC VIỆT NAM PGS-TS PHẠM VĂN HÒA NGẮN MẠCH Hệ thống điện HÀ NỘI 2013 HỘI ĐIỆN LỰC VIỆT NAM ĐỀ ÁN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM Tên Đề án: BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH CHO MỘT SỐ MÔN HỌC CHÍNH TRONG BỘ KHUNG CHƯƠNG TRÌNH Ở CÁC CƠ SỞ ĐÀO TẠO THUỘC TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM Chủ nhiệm đề án: GS.VS.TSKH Trần Đình Long Cơ quan chủ trì: Hội Điện lực Việt nam GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Ngắn mạch Hệ thống Chủ biên: PGS-TS Phạm Văn Hòa Hà nội 2013 LỜI NÓI ĐẦU Trong hệ thống điện (HTĐ)các thiết bị điện, khí cụ điện cần làm việc đảm bảo chế độ bình thường, đồng thời chịu tác động lớn có cố, có cố ngắn mạch Ngoài ra, có cố, hệ thống bảo vệ rơ le làm việc phát kịp thời đưa tín hiệu tới thiết bị đóng cắt, điều khiển đóng cắt đảm bảo ổn định hệ thống Việc xác định dòng ngắn mạch giúp ta chọn thiết bị điện, khí cụ điện đồng thời chỉnh định xác thông số cho hệ thống bảo vệ rơ le Trong khuôn khổ đề án ”Biên soạn giáo trình cho số môn học khung chương trình sở đào tạo thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam”, tác giả giáo viên dạy môn” Ngắn mạch hệ thống điện” lâu năm trường đại học, biên số sách nội dung in nhà xuất Giáo dục, nhà xuất Khoa học & Kỹ thuât; Nay biên soạn lại sách ”Ngắn mạch hệ thống điện” cho phù hợp khung chương trình, đồng thời cập nhật số kiến thức tiên tiến, diễn đạt dễ hiểu, đồng thời đưa nhiều ví dụ tính toán giúp cho sinh viên thực tập dẽ dàng hơn, hiểu sâu Cuốn sách gồm năm chương với nội dung tóm tắt Chương 1, Khái quát chung ngắn mạch, bao gồm định nghĩa khái niệm ngắn mạch hệ thống điên; Đồng thời phân tích yếu tố ảnh hưởng đến biến thiên dòng ngắn mạch Chương 2, Sơ đồ thay hệ thống điện tính toán ngắn mạch ba pha Chương nêu giả thiết tính toán ngắn mạch, phân tích đơn vị sử dụng tính toán ngắn mạch riêng tính toán hệ thống điện nói chung; Từ tính toán thiết lập sơ đồ thay hệ thống điện dạng đơn vị tương đối biến đổi sơ đồ dạng đơn giản Chương 3, Tính toán ngắn mạch ba pha Trên sở số giả thiết bổ sung, chương đưa phương pháp tính dòng điện ngắn mạch phương pháp thực dụng, bao gồm tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ, dòng ngắn mạch trì phương pháp đơn giản tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch thời điểm sử dụng họ đường cong tính toán Để tính thuận tiện dòng ngắn mạch lưới phân phối lưới hạ áp 1000 V, chương giới thiệu phương pháp tính dòng ngắn mạch cho lưới theo sơ đồ thay dạng ôm Chương 4, Tính toán ngắn mạch không đối xứng Trên sở phương pháp véc tơ thành phần đối xứng, chương phân tích thiết lập sơ đồ thay thứ tự, thuận, không biến đổi chúng dạng đơn giản Theo sơ đồ thay biến đổi chương giới thiệu lập giải hệ phương trình xác định dòng điện, điện áp điểm ngắn mạch thiết lập sơ đồ phức dạng đơn giản Sơ đồ phức dạng đơn giản mấu chốt để tính toán dòng ngắn mạch không đối xứng phương pháp thực dụng Chương 5, Các ví dụ tổng hợp Để cố kiến thức cho sinh viên dễ dàng thực tập tính toán ngắn mạch phục vụ chọn khí cụ điện nhà máy điện, tính toán ngắn mạch phục vụ cho lựa chọn bảo vệ rơ le hệ thống điện, chương giới thiệu số ví dụ tính toán ngắn mạch sơ đồ điện phức tạp Sau chương sách đưa câu hỏi ôn tập lý thuyết tập để sinh viên tự thực tính toán, củng cố kiến thức Các tác giả trân trọng cám ơn Hội Điện lực Việt nam tạo hội để tạo lập sách này, chân thành cám ơn thầy cô môn Hệ thống điện - Trường Đại học Bách khoa Hà nội, khoa Hệ thống điện - Trường Đại học Điện lực đồng nghiệp quan tâm, động viên để thảo chóng đến hoàn tất Tác giả mong góp ý, nhận xét độc giả Mọi đóng góp xin gửi địa mail: hoapv@epu.edu.vn CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NGẮN MẠCH §I-1.CÁC KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐỊNH NGHĨA Ngắn mạch loại ngắn mạch Ngắn mạch pha chập nhau, pha chập đất ( hay pha chập dây trung tính) Đối với lưới ba pha có trung tính trực tiếp nối đất pha chạm đất dòng điện ngắn mạch lớn gọi ngắn mạch pha chạm đất, lưới ba pha có trung tính cách đất pha chạm đất dòng điện qua điểm ngắn mạch dòng dung nhỏ nên gọi tượng chạm đất pha Nguyên nhân ngắn mạch cách điện bị hỏng Cách điện hỏng sét đánh, điện áp nội trình đóng mở mạch, cách điện già cỗi, tuổi thọ Ngắn mạch nguyên nhân chủ quan thao tác nhầm, trông nom thiết bị không chu đáo, thi công công trình gần cáp ngầm ( đào đất dụng vào dây cáp), chim đậu, đổ,… Ngắn mạch gây hậu sau: - Dòng điện tăng vọt làm phát nóng cục phần tử có dòng ngắn mạch qua, đồng thời tạo lực động điện lớn làm hỏng khí cụ điện dây dẫn; - Khi ngắn mạch điện áp tụt làm cho động điện ngừng quay; - Ngắn mạch gây dư thừa công suất máy phát điện gây ổn định gây tan rã hệ thống Việc xác định giá trị dòng ngắn mạch cần thiết nhằm mục đích sau: - Lựa chọn khí cụ điện dây dẫn chịu tác động nhiệt, tác động động dòng điện ngắn mạch thời gian ngắn mạch; - Cài đặt hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ tự động hóa hệ thống để loại trừ nhanh phần tử cố ngắn mạch khỏi hệ thống, phần tử lại làm việc bình thường; - Phục vụ thiết kế lưới hợp lý lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch Trên bảng I.1 giới thiệu loại ngắn mạch, hình qui ước, ký hiệu xác suất xảy tương ứng với loại ngắn mạch Ngắn mạch ba pha ba pha chạm đất hay chạm vào nhau, tạo điện áp ba pha điểm ngắn mạch zê rô, dòng pha điện áp pha nút lại đảm bảo đối xứng (dòng áp pha có gia trị nhau, lệch pha 1200) nên ngắn mạch gọi ngắn mạch đối xứng Trong ngắn mạch hai pha (hai pha chạm vào nhau), ngắn mạch hai pha chạm đất (có hai pha chạm đất) ngắn mạch pha chạm đất (chỉ có pha chạm đất) điện áp pha nút kể nút ngắn mạch dòng pha nhánh đối xứng nữa, nên gọi loại ngắn mạch ngắn mạch không đối xứng Bảng I.1: Loại ngắn mạch, hình qui ước, ký hiệu xác suất Loại ngắn mạch Hình qui ước Ký hiệu Xác suất % Ngắn mạch ba pha N(3) Ngắn mạch hai pha chạm đất N(2) 10 Ngắn mạch pha chạm đất N(1) 65 Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) 20 Biến thiên dòng ngắn mạch đại lượng đặc trưng Biến thiên dòng ngắn mạch có dạng hình I.1 Kể từ trục tung phía bên trái dòng điện trước lúc ngắn mạch, phía bên phải dòng điện trình ngắn mạch Dòng ngắn mạch tiếp từ dòng điện lúc bình thường chuyển sang trình độ, giai đoạn đầu dòng tăng nhanh đạt tới giá trị cực đại sau 0,01 giây (tức sau ½ chu kỳ) gọi dòng xung kích ixk giảm dần gọi trình độ, sau chuyển sang trạng thái trì Giai đoạn trình độ phân thành hai giai đoạn nhỏ: đoạn đầu siêu độ, lại độ Dòng ngắn mạch gồm hai thành phần : dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ ikck(t) thành phần chu kỳ i ck(t), tức iN(t) = ikck(t) + ick(t) Nếu lấy biên độ iN(t) chia cho nối lại thành đường cong thể giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch theo thời gian IN(t) (hình I.1) i ixk ikck iN Ickmt ’ b ikck(0) I∞ c i i”kck(0) = I’’m ϕ u t d a Hình I.1 Biến thiên dòng ngắn mạch b Từ đường biến thiên dòng ngắn Quá trình I.1 đưa đạ lượng đặc trưng mạch hình Chế độ làm việc Chế độ xác dòng ngắn mạch sau: Bình thường độ lập 1) Hiệu dụng dòng ngấn mạch siêu dộ I”; 2) Hiệu dụng dòng ngắn mạch thời điểm t, I(t); 3) Hiệu dụng dòng ngắn mạch trì I ∞ 4) Dòng xung kích ixk; 5) Công suất ngắn mạch S N = 3.U I ′′ Để minh tỏ biến thiên dòng ngắn mạch ta xét ngắn mạch ba pha cho lưới điện đơn giản sau dây Xét ngắn mạch ba pha sơ đồ lưới điện đơn giản Mạch ba pha đơn giản có nguồn điện áp đối xứng không đổi với nhánh cấp điện cho đường dây để cấp điện cho phụ tải Tình xảy sau: Ban đầu nguồn không mang tải, tức i(0) = 0; Khi đóng nguồn xảy cố ngắn mạch ba pha cách nguồn đoạn L, r hình I.2 Vì ngắn mạch ba pha ngắn mạch đối xứng nên xét cho pha Phương trinh vi phân mô tả trình độ mạch sau: r.i + L di =u dt Nghiệm phương trình vi phân gồm hai thành phần : chu kỳ không chu kỳ i (t ) = ikck (t ) + ick (t ) Thành phần ikck(t) xác định từ phương đồng r.i + L Phương trình đặc tính: L.α + r = nghiệm α = − ikck (t ) = A.e đó: τ = αt = A.e − di =0 dt r , ta có: L t τ L số thời gian mạch, A hệ số xác định từ điều r kiện ban đầu (trước lúc ngắn mạch) L Ua = Um sin(ωt+) r ∼ Ub = Um sin(ωt+-1200) r r’ L’ L r r’ L’ r’ L’ L N ( 3) Uc = Um sin(ωt++1200) Hình I.2: Mạch điện ba pha đơn giản Thành phần ick(t) xác định từ phương trình ngắn mạch trì: Z i = u (t ) = U m sin ( ωt + ψ ) Z = r + jx = r + jωL tổng trở mạch Vậy ta có: Um sin ( ωt + ψ − ϕ ) = I m sin ( ωt + ψ − ϕ ) Z  ωL  Z = r + x ; ϕ = arctg    r  ick (t ) = Tổng hai thành phần dòng điện được: i (t ) = ick (t ) + ikck (t ) = I m sin ( ωt + ψ − ϕ ) + A.e − t τ Xác định A theo điều kiện ban đầu: i (0) = = I m sin (ψ − ϕ ) + A ⇒ A = − I m sin (ψ − ϕ ) Kết cuối dược: i (t ) = I m sin ( ωt + ψ − ϕ ) − I m sin (ψ − ϕ ).e − t τ (I.1) π Có thể chứng minh giá trị dòng ngắn mạch lớn ngắn mạch π thời điểm ψ =0 Với ψ =0 ϕ ≈ (I.1) trở thành: Giá trị dòng ngắn mạch phụ thuộc vào ψ Vì r 3, nên coi điểm ngắn mạch xa hệ thống, ta có: I*'' = I *∞ = xtt 23 = 4,95 Đổi hệ đơn vị có tên ta : " IN2 = I*" SHTdm 5000 = = 5, 071 (kA) 3U tb 4,95 3.115 105 ∞ IN ∞ = I* SHTdm 5000 = = 5, 071 (kA) 3U tb 4,95 3.115 Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 : xtt 25 Σ S dmF 4.111 = 0, 081 = xtd 25 = 0,360 Scb 100 Tra đường cong tính toán thuỷ điện ta : I”* = 3,1 ;I*∞ = 2,9 Đổi hệ đơn vị có tên ta có : I" = I*" ∞ I∞ = I* ΣSFdm 3U tb =3,1 4.111 = 6,910 (kA) 3.115 ΣSFdm 4.111 =2,9 = 6, 464 (kA) 3U tb 3.115 Như trị số dòng điện ngắn mạch tổng điểm N2 : - Dòng ngắn mạch siêu độ: IN2" = 5,071 +6,910 = 11,981(kA) - Dòng ngắn mạch trì: I∞N2 = 5,071 +6,464 = 11,535(kA) - Dòng điện xung kích : ixkN2 = kxk.IN2" = 1,8.11,981= 30,499(kA) c) Điểm ngắn mạch N3 : Nguồn cấp máy phát hệ thống , trừ máy phát F2 * Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản (hình V.5) Ta nhập song song máy phát F3 F4, F34 nhập song song máy B2 B3 (hình V.5b) x26=x17 // x16= x16 x17 0, 280.0, 282 = = 0,141 x16 + x17 0, 280 + 0, 282 x18= x4 // x5 = 0,023 Vì HT F1 nguồn khác loại, biến đổi Y 13,14,18 dạng Δ thiếu 23,24 (hình V.3c) x23= x13 + x18 + x13 x18 0, 071.0, 023 = 0,071 + 0,023 + 0, 286 =0,099 x14 x24= x14 + x18 + x14 x18 0, 286.0, 023 = 0,286 + 0,023 + 0, 071 =0,588 x13 Nhập song song F1 F34 x27=x24 // x26= x24 x26 0,588.0,141 = = 0,123 x24 + x26 0,588 + 0,141 Do HT F134 không loại ta biến đổi Y 6,23,27 thành Δ thiếu 28, 29 (hình V.5d) 106 x28= x6+x23+ x6 x23 0, 082.0, 099 = 0,082+0,099+ = 0,247 x27 0,123 x29= x6+x27+ x6 x27 0, 082.0,123 = 0,082+0,123+ = 0,307 x23 0, 099 Ta sơ đồ đơn giản hình V.5e * Tính dòng ngắn mạch Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N3 : S xtt 28 = xtd 28 HT = 0, 247 5000 = 12, 35 Scb 100 Ta thấy xtt 23= 12,35> 3.Ta coi điểm ngắn mạch xa hệ thống nên: '' I* = I*∞ = 1 = xtt 23 12, 35 b) a) c) d) 29 0,307 N2 107 e) Hình V.5 : Biến đổi sơ điểm ngắn mạch N3 Đổi hệ đơn vị có tên ta : " IN3 = ∞ IN3 I*" ∞ = I* SHTdm 5000 = = 16,938 (kA) 3U tb 12,35 3.13,8 SHTdm 5000 = = 16,938 (kA) 3U tb 12,35 3.13,8 Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N3 : xtt 29 Σ S dmF 3.111 = 0,307 = xtd 29 = 1, 022 Scb 100 Tra đường cong tính toán thuỷ điện ta : I”* = 1,00;I*∞ = 1,29 Đổi hệ đơn vị có tên ta có I" = I*" ΣSFdm 3.111 =1,00 =13,932 (kA) 3U tb 3.13,8 ∞ I∞ = I* ΣSFdm 3.111 =1,29 = 17,972 (kA) 3U tb 3.13,8 Như trị số dòng điện ngắn mạch tổng điểm N1 : - Dòng ngắn mạch siêu độ: - Dòng ngắn mạch trì: - Dòng điện xung kích : ixkN3 = IN3" = 16,938 +13,932= 30,87(kA) I∞N3 = 16,938 +17,972= 34,91(kA) kxk.IN3" = 1,8.30,87= c) Điểm ngắn mạch N’3 : Nguồn cấp máy phát F2 Sơ đồ thay thế: Hình V.6:Sơ đồ điểm ngắn mạch N3’ Tính dòng ngắn mạch N3’ xtt = xtd S dmF 111 = 0,198 = 0, 22 Scb 100 108 78,506(kA) Tra đường cong tính toán thuỷ điện ta : I”* = 5,1 ;I*∞ =3,6 Đổi hệ đơn vị có tên ta có I" = I*" ∞ I∞ = I* SFdm 111 =5,1 =23,6839 (kA) 3U tb 3.13,8 SFdm 111 =3,6 =16,7181 (kA) 3U tb 3.13,8 Như trị số dòng điện ngắn mạch điểm N3’ : - Dòng ngắn mạch siêu độ: '' I N 3' = 23,684(kA) - Dòng ngắn mạch trì: I∞N3’ = 16,718(kA) - Dòng điện xung kích :ixkN3’ = Nhận xét: ta thấy '' kxk I N 3' = 1,8.23,6839= 60,289 (kA) '' '' I N > I N 3' nên chọn khí cụ điện phía hạ áp dây dẫn phía hạ áp ta sử dụng giá trị '' IN3 d) Điểm ngắn mạch N4 : Nguồn cấp máy phát hệ thống '' '' '' Nhận xét: Ta thấy I N = I N + I N 3' Vậy dòng ngắn mạch điểm N4 là: - Dòng ngắn mạch siêu độ: '' '' '' I N = I N + I N 3' = 30,78+23,684 =54,464(kA) - Dòng ngắn mạch trì: '' '' '' I ∞ = I ∞ + I ∞ 3' =34,91+16,718=51,628(kA) N N N - Dòng điện xung kích : ixkN4 = ixkN3 + ixkN3’ =78,506 +60,289=138,795(kA) §V-2.TÍNH TOÁN TỔNG HỢP DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Cho sơ đồ điện hệ thống điện gồm hai nhà máy phát điện tua bin máy phát điện thủy lực, lưới truyền tải 220 kV, lưới khu vực 110 kV hình V.6 B F1:NĐ B1 D4:120 km 220kV D1:45 km TN 110kV D2:23 km D3:40 km B2 F2:NĐ 109 Hình V.6: Sơ đồ HTĐ phức tạp F3:TĐ Số liệu : - Máy phát điện: " F1, F2 : MF tua bin (NĐ), S dm = 100 MVA;U dm = 10,5kV ; xd = x2 = 0,25; Có TĐK " F3 : MF thủy lực (TĐ), S dm = 117,5MVA;U dm = 10,5kV ; xd = x2 = 0,15; Có TĐK - Máy biến áp: UT (kV) ∆PN (k W) UN% UC (kV) B1,B2 120 115 10,5 B3 125 230 10,5 12,5 TN 240 230 IO% 12,5 115 UH (kV) ∆PO (kW) Sđm (MVA) Loại 10,5 C-T 12,5 C-H 13,5 T-H 18, - Đường dây: độ dài cho hình vẽ, điện kháng đơn vị x 0=0,4Ω/Km; điện kháng thành phần thứ tự không gấp 3,5 lần điện kháng thứ tự thuận Điểm ngắn mạch: đầu đường dây 220 kV phía thủy điện Yêu cầu : A Tính ngắn mạch ba pha N(3) 1) Lập sơ đồ thay (khi lập cho TN phải xét hệ số có lợi α) 2) Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản; 3) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch ba pha thời điểm t=0,2 sec B Tính ngắn mạch pha chạm đất N(1) 1) Lập sơ đồ thay thứ tự Thuận, Nghịch, Không; 2) Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản; 3) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ C Tính ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ D Tính ngắn mạch hai pha chạm đất N(2) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ Bài giải: 110 A TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH BA PHA N(3) 1.Lập sơ đồ thay Chọn Scb = 100 MVA; Ucb điện áp trung bình cấp 230; 115; 10,5 kV Sơ đồ thay thể hình V.7 Giá trị điện kháng phần tử sơ đồ thay tính toán " x1 = x5 = xF = xF = xd x2 = x4 = xB1 = x3 = xday = x0  Scb 100 = 0,25 = 0,25; S dmF 100 % U N Scb 12,5 100 = = 0,104; 100 SdmB 100 120 Scb 100 100 = 0,4.23 = 0,07; x6 = xday1 = 0,4.45 = 0,136; 2 U tb 115 1152 x7 = xday = 0,4.40 100  S 120 100 = 0,121; x10 = xday = x0 cb = 0,4 = 0,045 2 115 U tb 230 T CH U N S cb  CT U TH − U N = U N + N 100 S dmTN  α  TH UC S  CT U CH − U N = N cb = U N + N 100 S dmTN  α  T x = xTN = C x = xTN x11 = xB  S cb  18,8 − 13,5  100  = = 0,048; 12,5 +  S 0,5  240  dmTN 2.100   S cb  13,5 − 18,8  100  = = 0,004; 12,5 +  S 2.100  0,5  240  dmTN % U N S cb 12,5 100 100 = = = 0,1; x12 = xF = 0,15 = 0,127 100 S dmB 100 125 117,8 F1 0,25 0,104 10 0,1366 0,048 0,004 0,046 15 16 0,07 F3 17 0,121 0,104 0,25 Hình V.7:Sơ đồ thay tính N(3) Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản Biến đổi Δ3,6,7 15,16,17: 111 11 12 F 0,1 0,127 D = x3 + x6 + x7 = 0,07 + 0,135 + 0,121 = 0,326 x3 x6 0,07.0,136 x x 0,07.0,121 = = 0,029; x16 = = = 0,026; D 0,326 D 0,326 x x 0,136.0,121 x17 = = = 0,050; D 0,326 x15 = Biến đổi tiếp, ta có: x13 = x1 + x2 + x15 = 0,25 + 0,104 + 0,029 = 0,383; x14 = x5 + x4 + x16 = 0,25 + 0,104 + 0,026 = 0,380; 0,383.0,380 = 0,191; 0,383 + 0,380 = x18 + x17 + x8 + x9 + x10 = 0,191 + 0,050 + 0,048 + 0,004 + 0,045 = 0,338; x18 = x13 // x14 = xtdND xtdTD = x11 + x12 = 0,1 + 0,127 = 0,227 Vậy sơ đồ đơn giản hình V.8: xtdTD 0,227 Hình V.8:Sơ đồ đơn giản cho N(3) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch ba pha thời điểm t=0,2 sec - Nhánh nhiệt điện: xttND = xtdND ∑ S dmND 2.100 S∑ 2.100 ∑ = 0,338 = 0,676; I dmND = dmND = = 0,503kA; Scb 100 3.U tb 3.230 * Tra đường cong tính toán được: I N ( 0,2) = 1,28 Vậy : I ND ( 0,2 ) = 1,28.0,503 = 0,644kA - Nhánh thủy điện: xttTD = xtdTD ∑ S dmTD 117,8 S∑ 117,8 ∑ = 0,227 = 0,267; I dmTD = dmTD = = 0,296kA; Scb 100 3.U tb 3.230 * Tra đường cong tính toán được: I N ( 0,2) = 4,0 Vậy : ITD ( 0,2 ) = 4,0.0,296 = 1,184kA Cuối giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch t=0,2 sec là: I N ( 0,2 ) = I ND ( 0,2 ) + ITD ( 0,2 ) = 0,644 + 1,184 = 1,828kA B TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH MỘT PHA CHẠM ĐẤT N(1) 1.Lập sơ đồ thay thứ tự Thuận, Nghich Không 112 a)Sơ đồ thay thứ tự thuận Sơ đồ thsay thứ tự thuận sơ đồ thay tính toán ngắn mạch ba pha lập (hình V.7) b)Sơ đồ thay thứ tự nghịch Vì điện kháng thứ tự nghịch máy phát điện kháng thứ tự thuận chúng, nên sơ đồ thay thứ tự nghịch sơ đồ thay thứ tự thuận khác suất điện động bị nối tắt Sơ đồ thay thứ tự nghịch thể hình V.9 c)Sơ đồ thay thứ tự không Từ hai sơ đồ thay thứ tự thuận nghịch nêu trên, sơ đồ thay thứ tự không hình thành sau: - Vì MBA B1, B2, B3 có cuộn dây đấu tam giác phía máy phát, nên sơ đồ thay thứ tự không kết thúc điện kháng MBA, có nghĩa tham gia điện kháng máy phát điện - Giá trị điện kháng đường dây sơ đồ thay thứ tự không giá trị điện kháng sơ đồ thay thứ tự thuận nhân với hệ số k, cụ thể sau (hình V.10): ' ' x6 = 3,5 x6 = 3,5.0,136 = 0,476; x3 = 3,5 x3 = 3,5.0,07 = 0,245; ' ' x7 = 3,5 x7 = 3,5.0,121 = 0,424; x10 = 3,5 x10 = 3,5.0,046 = 0,161; F1 0,25 10 0,1366 0,048 0,004 0,046 0,104 0,07 11 12 0,1 0,127 0,121 F3 0,104 0,25 Hình V.9: Sơ đồ tháy thứ tự nghịch 0,104 6' 0,476 24 N2 25 3' 0,245 26 10' 0,048 0,004 0,161 7' 0,424 0,104 23 0,109 113 Hình V.10: Sơ đồ tháy thứ tự không 11 0,1 F2 - Thêm điện kháng phía hạ tự ngẫu giá trị xác định sau: H CH U N Scb  U TH + U N CT  S =  N − U N  cb  S 100 S dmTN  α  dmTN  18,8 + 13,5  100 x23 = − 12,5  = 0,109  2.100  0,5  240 H x23 = xTN = Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản a) Biến đối sơ đồ thứ tự thuận: Sơ đồ đơn giản thứ tự thuận sau biến đổi có hình V.8, thể lại hình V.11a b) Biến đổi sơ đồ thứ tự nghịch: Vì sơ đồ tháy thứ tự nghich sơ đồ thay thứ tự thuận chi khác suất điện động nối tắt, nên sơ đồ đơn giản thứ tự nghịch biến đổi (hình V.11b) ∑ X = xtdND // xtdTD = 0,338.0,227 = 0,136 0,338 + 0,227 c) Biến đổi sơ đồ thứ tự không (hình V.10): Biến đổi Δ3’,6’,7’ 24, 25, 26: D = x'3 + x '6 + x'7 = 0,245 + 0,476 + 0,424 = 0,1,145 x'3.x'6 0,245.0,476 x ' x ' 0,245.0,424 = = 0,102; x26 = = = 0,091; D 1,145 D 1,145 x ' x ' 0,476.0,424 x15 = = = 0,176; D 1,145 x24 = Biến đổi tiếp ta có: x27 = x2 + x24 = 0,104 + 0,102 = 0,206; x28 = x4 + x26 = 0,104 + 0,091 = 0,195; 0,206.0,195 + 0,176 + 0,048 = 0,324; 0,206 + 0,195 0,148.0,109 x30 = x29 // x23 + x9 + x10 = + 0,004 + 0,161 = 0,228; 0,148 + 0,109 0,228.0,2 X 0∑ = x30 // x11 = = 0,070 0,228 + 0,2 x29 = x27 // x28 + x25 + x8 = Sơ đồ đơn giản thứ tự không sau biến đổi thể lại h ình V.11c xtdTD 0,227 114 a) ∑ X 0,136 ∑ X2 0,136 c) b) Hình V.11:Sơ đồ đơn giản sau biến đổi a) Thuận; b) Nghịch; c) Không 3.Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ Vì ngắn mạch pha chạm đất nên : ∑ ∑ X ∆ = X + X = 0,136 + 0,070 = 0,206; m( 1) = Kéo dài điểm ngắn mạch sơ đồ đơn giản thứ tự thuận thêm đoạn XΔ biến đổi ta có: X tdTD 0,227 Etđ1 X∆ 0,206 NĐ=2x100 MVA Etđ2 STD=117,8MVA X td = xtdND + x∆ = xtdND x∆ 0,338.0,206 = 0,338 + 0,206 + = 0,851; xtdTD 0,227 X td = xtdTD + x∆ = xtdTD x∆ 0,227.0,206 = 0,227 + 0,206 + = 0,5718 xtdND 0,338 Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ :  100  " " " I a1 ≈  + = 2,206kA  = 2,926; I N = m.I a1.I cb = 3.2,926 3.230  0,851 0,571  C TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH HAI PHA CHẠM ĐẤT N(1,1) Quá trinh tính toán dòng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1) thực ngắn mạch pha chạm đất N(1) tới bước biến đổi sơ đồ dạng đơn giản, tính tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch Thực ta có: Vì ngắn mạch hai pha chạm đất nên : 0,136.0,070 = 0,046; 0,136 + 0,070 X ∆ = X 2∑ // X 0∑ = m ( 1,1) = 1− ∑ ∑ X X (X ∑ +X ) ∑ = − 115 0,136.0,070 = 1,525 ( 0,136 + 0,070) Kéo dài điểm ngắn mạch sơ đồ đơn giản thứ tự thuận thêm đoạn XΔ biến đổi ta có: Etđ1 X tdND 0,338 X tdTD 0,227 X∆ 0,046 NĐ=2x100 MVA Etđ2 STD=117,8MVA X td = xtdND + x∆ = xtdND x∆ 0,338.0,046 = 0,338 + 0,046 + = 0,452; xtdTD 0,227 X td = xtdTD + x∆ = xtdTD x∆ 0,227.0,046 = 0,227 + 0,046 + = 0,304 xtdND 0,338 Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ :  100  " " " I a1 ≈  + = 2,106kA  = 5,502; I N = m.I a1 I cb = 1,525.5,502 3.230  0,452 0,304  D TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH HAI PHA N(2) Quá trinh tính toán dòng ngắn mạch hai pha chạm đất N (2) thực ngắn mạch pha chạm đất N(1)tới bước biến đổi sơ đồ dạng đơn giản, tính tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch Thực ta có: Vì ngắn mạch hai pha chạm đất nên : ∑ X ∆ = X = 0,136; m ( ) = Kéo dài điểm ngắn mạch sơ đồ đơn giản thứ tự thuận thêm đoạn XΔ biến đổi ta có: Etđ1 X tdND 0,338 X tdTD 0,227 X∆ 0,136 NĐ=2x100 MVA Etđ2 STD=117,8MVA X td = xtdND + x∆ = xtdND x∆ 0,338.0,136 = 0,338 + 0,136 + = 0,677; xtdTD 0,227 X td = xtdTD + x∆ = xtdTD x∆ 0,227.0,136 = 0,227 + 0,136 + = 0,454 xtdND 0,338 Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ :  100  " " " I a1 ≈  + = 1,600kA  = 3,680; I N = m.I a1.I cb = 1,732.3,680 3.230  0,677 0,454  116 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG V Bài tập 1) Cho sơ đồ HTD hình V-12 HT B1 K1 K F1 B2 B3 F3 F4 K2 F2 Hình V-12 : Sơ đồ HTĐ cho tập Số liệu: - Máy biến áp Loại Sđm (MVA) UC (kV) UT (kV) UH (kV) 117 ∆PO (kW) ∆PN (kW) UN% C-T C-H IO% T-H B1, B2 160 230 B3 63 121 115 11 100 380 10,5 73 11 245 32 20 10,5 0,5 0,6 " - Máy phát điện: Sdm=62,5MVA, Udm=10,5 kV; xd = 0,135 % - Kháng điện: xk = 12%; I dm = 4kA - Đường dây: lộ kép dài 80 km, loại dây AC 185 với điện kháng đơn vị x0=0,4Ω/km - HTĐ có công suất 700 MVA, điện kháng dạng tương đối định mức x* = 0,15 HT Yêu cầu: Lựa chọn điểm ngắn mạch cho việc lựa chọn khí cụ điện cấp điện áp tính toán ngắn mạch ba pha cho điểm ngắn mạch lựa chọn Ghi chú: điện áp ngắn mạch cho qui theo Sdm, không cần xét hệ số có lợi α 2) Cho sơ đồ HTĐ sau ND1 B1 TN D1 D2 D4 B3 D3 B2 ND2 Thông số : " ND1,ND2: S dm = 176,5MVA; U dm = 18kV ; Cosϕ = 0,85; X d = 0,213 = X ; TDK " TD : S dm = 117,7 MVA; U dm = 13,8kV ; Cosϕ = 0,85; X d = X = 0,21; TDK B1,B2 : S dm = 200 MVA; U dm = 18 / 121kV ; U N % = 10,5%; B3 : S dm = 125MVA; U dm = 13,8 / 242kV ; U N % = 11%; CT CH TH TN : S dm = 125MVA; U dm = 230 / 121 / 13,8kV ; U N = 11%, U N = 31%, U N = 19%, D1 : 45 Km;D2 : 23 Km; D3: 40Km;D4:100 Km; Cả dây có x0=0,4Ώ/km, Xkh=3,5Xkh 118 TD Hình V-13 : Sơ đồ HTĐ cho tập 2,3 Điểm ngắn mạch: góp 110 kV phia cao áp B1 Yêu cầu A Tính ngắn mạch ba pha N(3) 1) Lập sơ đồ thay (khi lập cho TN phải xét hệ số có lợi α) 2) Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản; 3) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch ba pha thời điểm t=0,2 sec B Tính ngắn mạch pha chạm đất N(1) 1) Lập sơ đồ thay thứ tự Thuận, Nghịch, Không; 2) Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản; 3) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ C Tính ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ D Tính ngắn mạch hai pha chạm đất N(2) Tính giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu độ 3) Sơ đồ HTĐ thông số cho tập Các yêu cầu tập 2, xét điểm ngắn mạch góp 110 kV phia cao áp B2 119