Chương Iii Chính.docx

CHƯƠNG III: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH

Ngắn mạch là 1 loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng
chạm chập các pha, không thuộc chế độ làm việc bình thường. Chúng ta
cần phải dự báo các tình trạng ngắn mạch có thể xảy ra và xác định tình
trạng ngắn mạch tính tốn tương ứng.
Mục đích tính dịng điện ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện, các
phần điện có dịng điện chạy qua và kiểm tra các phần tử đó đảm bảo ổn
định động và ổn định nhiệt. Ngồi ra, các số liệu về dịng điện ngắn mạch
là căn cứ quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le và ổn định phương
thức vận hành hệ thống.
Phương thức tính tốn ngắn mạch ở đây, ta chọn phương pháp
đường cong tính tốn. Điểm ngắn mạch tính tốn là điểm mà khi xảy ra
ngắn mạch tại đó thì dịng ngắn mạch đi qua khí cụ điện là lớn nhất. Vì
vậy việc lập hồ sơ tính tốn dịng điện ngắn mạch đối với khí cụ điện cần
chọn một chế độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải phù hợp với điều kiện
thực tế.


I. TÍNH TỐN NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN :

1. Sơ đồ tính tốn

Hình 3.1 : Sơ đồ phân bố điểm ngắn mạch

2. Các điểm ngắn mạch
2.1. Điểm N1:
Mục đích: để chọn và kiểm tra khí cụ điện các mạch phía cao áp.
Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận
hành bình thường.

2.2. Điểm N2:
Mục địch: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện các mạch phía trung áp.
Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận
hành bình thường.
2.3. Điểm N3:
Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp.
Trạng thái sơ đồ: Chỉ có máy biến áp B1 nghỉ, tất cả các máy phát hệ
thống đang vận hành bình thường.
2.4. Điểm N4:
Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch phân đoạn.
Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát và hệ thống đang vận hành bình
thường, chỉ máy phát F1 và máy biến áp B1 nghỉ
2.5. Điểm N5, N5’, N6, N6’:
Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch máy phát.
Trạng thái sơ đồ:
Điểm N5: Chỉ có máy phát F1 làm việc
Điểm N5’: Tất cả đều làm việc bình thường, trừ máy phát F1 nghỉ o
Điểm N6: Chỉ có máy phát F2 làm việc.
Điểm N6’: Tất cả đều làm việc bình thường trừ máy phát F2 nghỉ.
2.6. Điểm N7, N7’:
Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch tự dung và mạch
phụ tải cấp điện áp máy phát.
Trạng thái sơ đồ: Tất cả máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận
hành bình thường.


2.7. Điểm N8:
Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch tự dùng bộ nối bộ
F4-B3.

Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận
hành bình thường.
Từ sơ đồ hình 3.1 và giả thiết tính tốn ngắn mạch ta có:

{

I N 3=I N 4 + I N 5
I N 7=I N 5 + I N ' 5
I N ' 7=I N 6+ I N ' 6

theo nguyên lí xếp chồng.

3. Sơ đồ thay thế : Với E1=E2=E3=E4=E ( vì các máy phát giống nhau )

Hình 3.2 : Sơ đồ thay thế


II, TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA SƠ ĐỒ THAY THẾ
1.Các đại lượng cơ bản :
Chọn các đại lượng cơ bản:
Scb =100 MVA
U cb =U tb ở các cấp điện áp
S cb
100
=
=5,499 kA
√ 3.10,5 √ 3 .10,5
S cb
100
U cb 110=115 kV => I cb 110=

=
=0,502 kA
√ 3 .115 √3 .115
Scb
100
U cb 220=230 kV => I cb220 =
=
=0,251kA
√ 3 .220 √ 3.230
U cb 10,5=10,5 kV => I cb 10,5=

2. Các thông số của sơ đồ thay thế :
2.1. Điện kháng của máy phát F1, F2, F3, F4 :
¿

X Fcb= X 1 ¿ X 2=X 3= X 4 =X ' ' d .

S cb 0,123.100
=
=0,179
S dmF
68,75

2.2. Điện kháng của kháng điện phân đoạn :
¿

X Kcb =X 5 ¿ X 6 =

X K % . I cb 10,5 12. I cb 10,5 12.5,499
=

=
=0,165
100. I đmK
100.4
100.4

2.3. Điện kháng của máy biến áp 2 cuộn dây B3 :
X 13=

U N % . Scb 10,5.100
=
=0,131
100. S đmB 3 100.80

2.4. Điện kháng của máy biến áp liên lạc B1 và B2 :
Điện kháng của cuộn hạ :
S cb
1
¿
X Hcb= X 7 ¿ X 8= ( U NC− H %+U NT −H %−U NC−T % ) .
2
100. S đmB1
1
100
¿ ( 31+19−11 )
=¿0,156
2
100.125

Điện kháng của cuộn trung :

S cb
1
X ¿Tcb = X 9 ¿ X 10= ( U NC−T % +U NT− H %−U NC −H % ) .
2
100. SđmB 1
1
100
¿ ( 11+19−31 )
=¿ 0
2
100.125

Điện kháng của cuộn cao :
S cb
1
¿
X Hcb= X 11 ¿ X 12= ( U NC− H % +U NC−T %−U NT −H % ) .
2
100. SđmB 1
1
100
¿ ( 31+11−19 )
=¿ 0,092
2
100.125


2.5. Điện kháng của đường dây liên lạc với hệ thống :
¿

X Dcbht 1=X 14=
X ¿Dcbht 2= X 15=

X 0 .l ht 1 . S cb
2
cb 220

2. U
X 0 . l ht 2 . S cb
2. U

2
cb220

=

0,4.110 .100
=0,042
2. 2302

=

0,4.120.100
=0,045
2. 2302

2.6. Điện kháng của hệ thống :
S cb 100
=
=0,045

S N 2200
S
100.0,8
X ¿HT 2= X 17= cb . X HT =
.0,34=0,025
S HT
1100
X ¿HT 1= X 16=

3. Tính tốn dịng ngắn mạch :
3.1. Điểm ngắn mạch N1 :
a) Sơ đồ biến đổi :


Từ sơ đồ ( Hình 3-3a), ta có
X 18=

( X 14 + X 16 ) . ( X 15+ X 17) ( 0,042+ 0,045 ) . ( 0,045+ 0,025 )
=
=0,039
( X 14+ X 16 ) +( X 15+ X 17) ( 0,042+0,045 ) + ( 0.045+ 0,025 )

X 19= X 13+ X 4 =0,131+0,179=¿ 0,31

Vì sơ đồ Hình 3.3a đối xứng nhau qua điểm ngắn mạch N1 nên ta có sơ đồ
Hình 3.3b và giá trị điện kháng như sau:


X 20=

X 1 0,179
=
=0, 089
2
2

X 21=

X 5 0,165
=
=0,0825
2
2

X 22=

X 7 0,156
=
=0,078
2
2

X 23=

X 11 0,092
=
=0,046
2
2

- Từ sơ đồ Hình 3.3c ta có:
( X 2+ X 21 ) . X 20
( 0,179+ 0,0825 ) .0,089
X 24 =
+ X 22=
+0,078
( 0,179+0,0825 ) +0,089
( X 2 + X 21 ) + X 20

¿ 0,144

- Từ sơ đồ Hình 3.3d ta có:
X 25=

X 19 . X 24
0,31.0,144
+ X 23=
+ 0,046=0,144
X 19 + X 24
0,31+0,144

b) Tính dịng ngắn mạch :
- Để sử dụng đường cong tính tốn, ta qui đổi điện kháng tính tốn về hệ đơn vị
¿
tương đối định mức X ttđm
X ¿ttđm =X 25 .

∑ SđmF =¿ 0,144 . 275 = 0,396
100

Scb

- Tra đường cong tính tốn ( hình 3.5 trang 46 sách “ Thiết kế phần điện trong
nhà máy điện và trạm biến áp ” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội của
thành phần khơng chu kỳ dịng điện ngắn mạch:
K '0' =¿ 2,7

;

K '∞' =2,1


- Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát điện cung cấp:
I '0' =K '0' . I đmF =K ''0 .

∑ S đmFi
√ 3 .U cb 220

275
=1,864 kA
√3 .230

=2,7.

- Dịng ngắn mạch duy trì do các máy phát điện cung cấp :
I '∞' =K '∞' . I đmF =K '∞' .

∑ SđmFi
√3 . U cb 220

=2,1.

275
=1,45 kA
√ 3 .230

- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp :
I H=

I cb220 I cb220 0,251
=
=
=6,44 kA
XH
X 18 0,039

- Trị số dòng ngắn mạch tại điểm N1 :
I '0' N =I '0' + I H =6,44+ 1,864=8,3 kA
1

I '∞' N =I '∞' + I H =6,44 +1,45=7,89 kA
1

- Dòng ngắn mạch xung kích tại N1 :
i xk N = √ 2. K xk . I '0' N =√ 2 . 1,8. 8,3 = 21,128 kA
1

1

- Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích tại N1 :

I xk N =I '0' N . √ 1+2(K xk −1)2=¿ 8,3. √ 1+ 2(1.8−1)2=¿ 12,533 kA
1

1

3.2 : Điểm ngắn mạch N2
a, Sơ đồ biến đổi



-Tương tự ngắn mạch tại N1 , sơ đồ Hình 3.4a đối xứng nhau qua điểm ngắn mạch
N2 nên ta có sơ đồ Hình 3.4b và giá trị điện kháng như sau :
X 18 = 0,039

X 19 = 0,31

X 21 = 0,0825

X 20 = 0,089

X 22 = 0,078

X 23 = 0,046

-Từ sơ đồ Hình 3.5c , ta có
X 26 =( X 26 + X 26 ) =0,039+0,046=0,085
X 27 =

X 24 . X 19
X 24+ X 19

=

0,144.0,31
=0,098
0,144+0,31

X 24 = 0,144


b) Tính dịng ngắn mạch :
- Để sử dụng đường cong tính tốn, ta qui đổi điện kháng tính tốn về hệ đơn vị
¿
tương đối định mức X ttđm
X ¿ttđm =X 27 .

∑ S đmF =¿ 0,098 . 275 = 0,27
100

Scb

- Tra đường cong tính tốn ( hình 3.5 trang 46 sách “ Thiết kế phần điện trong
nhà máy điện và trạm biến áp ” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội của
thành phần khơng chu kỳ dịng điện ngắn mạch:
K '0' =¿ 3,

;

K '∞' =2,35

- Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát điện cung cấp:
I '0' =K '0' . I đmF =K ''0 .

∑ SđmFi
√ 3 .U cb110

=3,6.

275
=4,97 kA
√ 3 .115

- Dòng ngắn mạch duy trì do các máy phát điện cung cấp :
I '∞' =K '∞' . I đmF=K '∞' .

∑ SđmFi
√3 . U cb220

=2,35.

275
=3,244 kA
√ 3 .115

- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp :
I H=

I cb110 I cb 110 0,502
=
=

=5,906 kA
XH
X 26 0,085

- Trị số dòng ngắn mạch tại điểm N2 :
I '0' N =I '0' + I H =4,97+5,906=10,876 kA
2

I '∞' N =I '∞' + I H =3,244+ 5,906=9,15 kA
2

- Dịng ngắn mạch xung kích tại N2 :
i xk N =√2 . K xk . I '0' N =√ 2 . 1,8. 10,876 = 27,686 kA
2

2


- Giá trị hiệu dụng của dịng xung kích tại N2 :
I xk N =I '0' N . √ 1+2( K xk −1)2=¿ 10,876. √ 1+ 2(1.8−1)2=¿ 16,422 kA
2

2

3.3. Điểm ngắn mạch N4
a. Sơ đồ biến đổi


- Từ sơ đồ Hình 3.5a , ta có:
X18 = 0,039 ( đã tính ở ngắn mạch N1)

X19 = 0,31 ( đã tính ở ngẵn mạch N1)
-Từ sơ đồ Hình 3.5b , ta có:
X28 = X18 + X12 = 0,039 + 0,092 = 0,131
X6 . X3

0,165.0,179

X6 . X2

0,165.0,179

X2 . X3

0,179.0,179

X29 = X + X + X = 0,165+0,179+0,179 = 0,057
6
3
2
X30 = X + X + X = 0,165+0,179+0,179 = 0,057
6
3
2
X31 = X + X + X = 0,165+0,179+0,179 = 0,061
6
3
2
-Từ sơ đồ Hình 3.5c , ta có:
X32 = X5 + X30 = 0,165 + 0,057 = 0,222
( X ¿ ¿ 8+ X )

0,31.(0,156+0,057)
29
X33 = X 19 . X + X + X + X ¿ =
= 0,113
0,31+0,156+0,057+ 0,061
19
8
29
31


( X ¿ ¿ 8+ X )

0,061.(0,156+0,057)
29
X34 = X 31 . X + X + X + X ¿ =
= 0,022
0,31+0,156+0,057+ 0,061
19
8
29
31
X 19 . X 31

0,31.0,061

X35 = X + X + X + X = 0,31+0,156+0,057+ 0,061 = 0,032
19
8

29
31
-Từ sơ đồ Hình 3.5d , ta có:
X36 = X28 + X33 = 0,131 + 0,113 = 0,244
X37 = X32 + X34 = 0,222 + 0,022 = 0,244
-Từ sơ đồ Hình 3.5e , ta có:
X 36 . X 37

X38 = X36 + X37 + X
35

X 35 . X 37

X39 = X35 + X37 + X
36

= 0,244 + 0,244 +

0,224.0,224
0,032

= 2,349

= 0,032 + 0,244 +

0,032.0,224
0,224

= 0,308

b) Tính dịng ngắn mạch :
- Để sử dụng đường cong tính tốn, ta qui đổi điện kháng tính tốn về hệ đơn vị
¿
tương đối định mức X ttđm
X ¿ttđm =X 39 .

∑ SđmF =¿ 0,308 . 275 = 0,847
100

Scb

- Tra đường cong tính tốn ( hình 3.5 trang 46 sách “ Thiết kế phần điện trong
nhà máy điện và trạm biến áp ” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội của
thành phần khơng chu kỳ dịng điện ngắn mạch:
K '0' =¿ 1,24

K '∞' =1,08

;

- Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát điện cung cấp:
I '0' =K '0' . I đmF =K ''0 .

∑ S đmFi
√ 3 .U cb10,5

=1,24.

68,75.3
= 14,06 kA

√3 .10,5

- Dòng ngắn mạch duy trì do các máy phát điện cung cấp :
I '∞' =K '∞' . I đmF=K '∞' .

∑ SđmFi
√3 . U cb10,5

=1,08.

68,75.3
= 12,248 kA
√ 3 .10,5


- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp :
I H=

I cb10,5 I cb 10,5 5,499
=
=
=2,341 kA
XH
X 38 2,349

- Trị số dòng ngắn mạch tại điểm N4 :
I '0' N =I '0' + I H =14,06+ 2,341=16,401 kA
4

I '∞' N =I '∞' + I H =12,248+ 2,341=14,589 kA

4

- Dòng ngắn mạch xung kích tại N4 :
i xk N =√ 2. K xk . I '0' N =√ 2 . 1,8. 16,401 = 41,75 kA
4

4

- Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích tại N4 :

I xk N =I '0' N . √ 1+2 ( K xk −1)2 =¿ 16,401.
4

4

√ 1+2(1,8−1)2 = 24,765 kA

3.4. Điểm ngắn mạch N5,N6 ( Vì các máy phát như nhau )
a. Sơ đồ biến đổi.


b) Tính dịng ngắn mạch :
- Để sử dụng đường cong tính tốn, ta qui đổi điện kháng tính tốn về hệ đơn vị
¿
tương đối định mức X ttđm
X ¿ttđm =X 1 .

∑ SđmF =¿ 0,179 . 275 = 0,492
100

Scb

- Tra đường cong tính tốn ( hình 3.5 trang 46 sách “ Thiết kế phần điện trong
nhà máy điện và trạm biến áp ” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội của
thành phần khơng chu kỳ dịng điện ngắn mạch:
K '0' =¿ 2,08

;

K '∞' =¿ 1,63

- Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát điện cung cấp:
I '0' N =K '0' . I đmF =K '0' .
5

∑ SđmF
√ 3 . U cb 10,5

=2,08.

68,75
= 7,863 kA
√ 3 .10,5


- Dịng ngắn mạch duy trì do các máy phát điện cung cấp :
I '∞' N =K '∞' . I đmF =K '∞' .
5

∑ S đmFi

√3 . U cb10,5

=1,63.

68,75
= 6,162 kA
√ 3 .10,5

- Dịng ngắn mạch xung kích tại N5 , N6 :
i xk N =i xk N = √ 2. K xk . I '0' N =√ 2 .1,91.7,863 = 21,239 kA
5

6

5

- Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích tại N5 , N6 :
I xk N =I xk N =I '0' N . √ 1+2 ( K xk −1)2 =¿ 7,863. √ 1+2(1,91−1)2
¿ 12,815 kA
3.5 Điểm ngắn mạch N5’:
a. Sơ đồ biến đổi
5

6

5


-Từ sơ đồ Hình 3.7a , ta có:
X18 = 0,039 (đã tính ở ngắn mạch N1)

X19 = 0,31 ( đã tính ở ngắn mạch N1)
-Từ sơ đồ Hình 3.7b , ta có :
X 11
0,092
+ X18 = 2 + 0,039 = 0,085
2
X 26 =0,085 X 29 =0,057
X 30=0,057 X 31=0,061

X26 =

*- Từ sơ đồ hình 3.7c, ta có:
X 40=X 8 + X 29=0,156+0,057=0,213
X 41=X 5 + X 30=0,165+ 0,057=0,222

- Từ sơ đồ hình 3.7d, ta có:
X 42=

X 7 . X 40
0,156 .0,213
=
=0,056
X 7+ X 40 + X 41 0,156+0,213+0,222

X 43=

X 7 . X 41
0,156 .0,222
=
=0,059

X 7+ X 40 + X 41 0,156+0,213+ 0,222


X 44=

X 40 . X 41
0,213.0,222
=
=0,08
X 7 + X 40+ X 41 0,156+ 0,213+0,222

- Từ sơ đồ hình 3.7e, ta có:
X 45=

X 46=

X 47=

X 42 . X 19
0,056. 0,31
=
=0,034
X 42+ X 19+ X 44 + X 31 0,056+0,31+0,08+ 0,061

( X 44 + X 31) . X 19
X 42+ X 19+ X 44 + X 31

( X 44 + X 31) . X 42
X 42+ X 19+ X 44 + X 31

=

( 0,08+ 0,061 ) . 0,31
=0,086
0,056+0,383+ 0,056+0,061

=

( 0,08+ 0,061 ) .0,056
=0,016
0,056+0,383+ 0,056+0,061

- Từ sơ đồ hình 3.7f, ta có:
X 48=X 25 + X 45 =0,144+0,034=0,178
X 49=X 43 + X 47=0,059+0,016=0,075

- Từ sơ đồ hình 3.7g, ta có:
X 50= X 49 + X 48 +

X 49 . X 48
0,075.0,178
=0,075+0,178+
=0,408
X 46
0,086

X 51= X 49+ X 46 +

X 49 . X 46
0,075.0,086

=0,075+0,086+
=0,197
X 48
0,178

b) Tính dịng ngắn mạch :
- Để sử dụng đường cong tính tốn, ta qui đổi điện kháng tính tốn về hệ đơn vị
¿
tương đối định mức X ttđm
X ¿ttđm =X 51 .

∑ SđmF =¿ 0,197 . 275 =0,542
S cb

100

- Tra đường cong tính tốn ( hình 3.5 trang 46 sách “ Thiết kế phần điện trong
nhà máy điện và trạm biến áp ” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội của
thành phần khơng chu kỳ dịng điện ngắn mạch: