thiết kế hệ thống điện cho xí nghiệp, chương 13 pptx

Chương 13
TÍNH TOÁN NGẮN 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