Mạng cao áp và trạm điện kéo - Pgs.Ts.Đàm Quốc Trụ phần 4 pot

52
•

MCA&
TðK
áp dây. Lưới ñiện 3 pha với ñiện áp 35kV và cao hơn, trung tính tiếp ñất trực tiếp.
Trong trường hợp ngắn mạch 1 pha cần thiết ngắt ñoạn hư hỏng nhờ các thiết bị bảo vệ
(ví dụ như bảo vệ rơ le và máy ngắt cao áp)
Trong tính toán gần ñúng I
C
có thể xác ñịnh theo biểu thức:
ðối với lưới ñiện với ñường dây trên không:
I
C
=
350
Ul

ðối với lưới ñiện với ñường cáp
I
C
=
10
Ul

U– ñiện áp dây của lưới ñiện, kV
l– Chiều dài ñường dây nối ñiện trở nguồn ñến vị trí xảy ra ngắn mạch với ñất, km
3.2.4. Ngắn mạch 2 pha trong lưới ñiện với trung tính tiếp ñất và cách ly
Trong trường hợp ngắn mạch 2 pha "ñất" không vào vòng của dòng ngắn mạch, vì
thế quá trình ngắn mạch diễn ra như nhau trong lưới ñiện với dây trung tính tiếp ñất và

trung tính cách ly (hình 3–14a)


Hình 3–14. Ngắn mạch 2 pha trong lưới ñiện với trung tính tiếp ñất và cách ly.
a. Mạch với ngắn mạch 2 pha
b. Sơ ñồ tính toán
c. ðồ thị véctơ
Sơ ñồ tính toán có dạng trên hình 3–14b, trong ñó 2z
nm
(2)
– Tổng trở các pha ngắn
mạch. Dòng ñiện pha ñược xác ñịnh bởi ñiện áp dây U
AB
(xem sơ ñồ véc tơ trên hình 3–
14c), ñiện áp của nó trùng với chiều của vectơ dòng ñiện trong pha.

MCA&T§K
•
53

I
K3A
(2)
=
)2(
nm
AB
z
U

Dòng I
nmA
(2)
chậm pha so với ñiện áp 1 góc
)2(
nm
ϕ


)(
)2(
)2(
)2(
nm
nm
nm
R
X
arctg
=
ϕ


)2(
nm
X

và
)2(
nm

R – tương ứng là thành phần trở kháng và ñiện trở của z
nm
(2)
– ngắn
mạch 2 pha. Phụ thuộc vào quan hệ X
nm
(2)
và R
nm
(2)
có thể có trị số nhỏ hơn 90
0.

ðối với lưới ñiện ñường dây dài với vị trí ngắn mạch xa nguồn, thành phần ñiện
kháng lớn hơn rất nhiều lần thành phần ñiện trở của mạch ñiện ngắn mạch do ñó góc
)2(
nm
ϕ

> 90
0

Dòng của pha B ñược xác ñịnh tương tự như dòng của pha Avới ñiện áp dây
(U
BA
= –U
AB
), còn I
nmB
(2)

= – I
nmA
(2)
. Theo tính liên tục dòng ngắn mạch tại ñiểm xảy ra
ngắn mạch, các vec tơ dòng ñiện xây dựng tương ứng với véc tơ ñiện áp U
AB
dịch
chuyển song song với chính nó ñến ñiểm "0", có nghĩa là tương ứng trung tính của ngắn
mạch 2 pha là như nhau, còn dòng ngắn mạch không phụ thuộc vào sơ ñồ của lưới ñiện
sau ñiểm ngắn mạch
3.2.5. Ngắn mạch 3 pha trong lưới ñiện với trung tính tiếp ñất và cách ly

Hình 3–15. Ngắn mạch 3 pha trong lưới ñiện với trung tính tiếp ñất và trung
tính cách ly
a. Mạch với ngắn mạch 3 pha
b. Sơ ñồ tính toán

54
•

MCA&
TðK
c. ðồ thị véctơ
Giả thiết ñiện trở pha z
nm
(3)
của lưới ñiện bằng nhau (Hình 3–15) và thực chất ñối
với nguồn là phụ tải ñối xứng, có thể coi từng dòng ñiện tại ñiểm ngắn mạch như tại
ñiểm "0" bằng 0. Trong trường hợp này dòng ñiện ngắn mạch của một pha ñược xác
ñịnh bằng ñiện áp pha và ñiện trở z

nm
(3)

I
nmA
(3)
=
)3(
nm
A
z
U
góc
)3(
nm
ϕ
< 90
0
ñiện và bằng:
)3(
nm
ϕ
=
)(
)3(
)3(
nm
nm
R
X

arctg
)3(
nm
X

và

)3(
nm
R

tương ứng là thành phần phản kháng và tác dụng của tổng trở z
nm
(3)
.
Quá trình ngắn mạch trong lưới ñiện với trung tính cách ly và tiếp ñất diễn ra như nhau,
bởi vì ñất không ñưa vào mạch vòng của mạch ñiện ngắn mạch.
3.2.6. Các phương pháp tính toán dòng ñiện ngắn mạch
ðể tính toán dòng ñiện ngắn mạch cần phải biết ñiện áp của nguồn cung cấp và
ñiện trở tổng của tất cả các phần tử ñến ñiểm ngắn mạch. Nhưng ñiện áp của các nhánh
riêng rẽ của mạch khác nhau, vì thế không thể cộng các ñiện trở nếu không ñưa chúng
về các phần tử tương ñương
ðể xác ñịnh dòng ñiện ngắn mạch trong hệ thống phân nhánh phức tạp với một
vài nguồn cung cấp và rất nhiều mối liên quan nội tại cần phải ñưa sơ ñồ như thế về
dạng thuận tiện tính toán sử dụng nguyên tắc thành lập và biến ñổi sơ ñồ thay thế tương
ñương.
Có những nguyên tắc chung thành lập sơ ñồ thay thế như sau:
1. Với các máy phát nối nối tiếp: Sơ ñồ tương ñương có sức ñiện ñộng và ñiện trở
bằng tổng các sức ñiện ñộng(Sðð) và ñiện trở của các máy phát
2. Các máy phát làm việc song song với Sðð khác nhau E

1
, E
2
, , E
n
có thể thay
thế bằng một máy phát tương ñương mà thông số của nó ñược xác ñịnh như sau:
(hình 3–16)










Hình 3–16. Ví dụ biến ñổi lưới ñiện

MCA&T§K
•
55

với sự làm việc song song của các máy phát ñiện với Sðð E
1
= E
2
= E
3

= E
tñ

S
1
, S
2
, S
3
,
∑
S – các công suất của máy phát và tổng công suất biểu kiến của
chúng
X''
di
– ñiện trở của máy phát ở chế ñộ ngắn mạch

)Y YY(
)YE YEYE(
E
n21
nn2211
td
+++
+
+
+
=

)Y YY(
1
X
n21
td
+++
=
(3.2)
Trong ñó: Y
1
=
''
1d
X
1
;Y
2
=
''
2d
X
1
;Y
n
=
''
dn
X
1

''
dn
X – ñiện kháng của máy phát ở chế ñộ ngắn mạch thời gian rất ngắn
Ω

3. ðiểm ngắn mạch ñặt tại nút có thể ñược khuếch tán. Trong trường hợp này
dòng ñiện ngắn mạch tìm ñược là giá trị tổng cộng dòng của mỗi nhánh. (Hình 3.17)

Hình 3–17. Ví dụ phân chia ñiểm ngắn mạch trên những nhánh ñộc lập nm
1
– nm
3

a. Sơ ñồ với ñiểm chung ngắn mạch
b. Sơ ñồ với những ñiểm ñã ñược phân chia ngắn mạch
4. Trở kháng của những mạch phân nhánh phức tạp sẽ biến ñổi dựa trên các ñịnh
luật, công thức tính toán kỹ thuật ñiện. ðối với lưới ñiện phức tạp thường sử dụng biến
ñổi "sao–tam giác" theo biểu thức:

3
21
2112
X
XX
XXX
++=
(3.3)

2
31

3113
X
XX
XXX
++=


1
32
3223
X
XX
XXX
++=


56
•

MCA&
TðK
và biến ñổi "tam giác – sao" theo công thức:

231312
1213
1
XXX
XX
X
++

=

(3.4)

231312
2123
2
XXX
XX
X
++
=


231312
3231
3
XXX
XX
X
++
=



Hình 3–18. Ví dụ trình tự biến ñổi sơ ñồ giàn trải thành sơ ñồ tương ñương
a, b, c, d, f, g, h – thứ tự biến ñổi của sơ ñồ
a, b, c, d – các ñiểm nối ñiện trở
Trên hình 3–18 là ví dụ biến ñổi một mạch ñiện tính toán phức tạp theo trình tự
như sau (từ sơ ñồ a ñến sơ ñồ k)

Trước hết chuyển các ñiện trở từ ñấu " hình sao" với tâm ở ñiểm a (hình 3–18a)
sang ñấu " tam giác" a b c (hình 3–18b). Sau ñó tách ñiểm máy phát với sức ñiện ñộng
E1, hợp nhất tất cả các máy phát với SDD E
1
, E
2
, và E
1
, E
4
(hình 3– 18cd). Tiếp theo

MCA&T§K
•
57

các ñiện trở b,c,d ñấu " tam giác" chuyển thành ñấu "sao" và nhận ñược sơ ñồ trên

hình 3–18e
Trên các trạm ñiện kéo sử dụng các máy biến áp 3 dây quấn. Như vậy mỗi một trụ
lõi thép ñặt 3 dây quấn, ví dụ, dây quấn sơ cấp U
1
= 110kV hai dây quấn thứ cấp U
2
=
35kV và U
3
= 10kV
ðối với máy biến áp 3 dây quấn nhà máy chế tạo cho ñiện áp ngắn mạch thể hiện
bằng % giữa 3 cặp dây quấn: U

1–2
, U
1–3
, U
2–3

Trong tính toán dòng ngắn mạch với máy biến áp 3 dây quấn yêu cầu biết ñiện áp
ngắn mạch của mỗi dây quấn. Những ñại lượng ñó có thể ñược xác ñịnh theo biểu thức
sau ñây, %:
U
1
= 0,5(U
1–2
+ U
1–3
– U
2–3
); U
2
= 0,5(U
1–2
+ U
2–3
– U
1–3
);
U
3
= 0,5(U
1–3

+U
2–3
– U
1–2
); (3.5)
Ví dụ có sơ ñồ tương ñương trong hệ thống có máy biến áp 3 dây quấn thể hiện
trên hình 3–19.

Hình 3–19. Ví dụ sơ ñồ tương ñương
tính ngắn mạch trung áp có máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây.
a. Sơ ñồ cung cấp
b. Sơ ñồ tính toán
c. Sơ ñồ thay thế
1–3. Dây quấn máy biến áp
x
d1
–x
d3
, x
l1
–x
l3
. Trở kháng của dây quấn máy biến thế và dây tải ñiện
E
td
, x
td
. Sức ñiện ñộng và trở kháng tương ñương.
a) Phương pháp các ñơn vị tương ñối
Tỷ số tương ñối giữa các giá trị khác bất kỳ so với giá trị ñịnh nghĩa là chuẩn, tính

theo tỷ lệ hoặc phần trăm ñược gọi là ñơn vị tương ñối.

58
•

MCA&
TðK
ðại lượng chuẩn trong hệ thống ñiện có thể chấp nhận là: Công suất biểu kiến S,
sức ñiện ñộng E, ñiện áp U, dòng ñiện I và ñiện kháng X.
Hình 3–20 ñưa ra sơ ñồ tính toán dòng ngắn mạch với các ñại lượng ñịnh mức.

P
UdmIII
UdmII
UdmI
Sch
NM
III
II
I
duong cap
duong day
F
BA1
BA2

Hình 3–20. Sơ ñồ tính toán dòng ngắn mạch với các ñại lượng ñịnh mức
Trong ñó: I, II, III– Các ñoạn mạch tính toán
F– Máy phát ñiện – nguồn
P– Cuộn kháng bù

U
ñmI
, U
ñmII
, U
ñmIII
– ñiện áp ñịnh mức các ñoạn
Trên sơ ñồ hình 3–20 ta coi công suất Sch(chuẩn) là thông số chuẩn, ứng với sơ
ñồ ñó cho ñiện áp chuẩn trong các ñoạn mạch là U
chI
, U
chII
, U
chIII
. Khi ñó ñơn vị chuẩn
của dòng ñiện trong tất cả các ñoạn sẽ bằng:
I
chI
= ;
U
S
chI
ch
I
chII
= ;
U
S
chII
ch

I
chIII
= ;
U
S
chIII
ch

Cuối cùng ñiện kháng chuẩn X
ch

=
;
I
U
ch
ch

ðại lượng tương ñối của công suất,
Sðð, ñiện áp, dòng ñiện, ñiện kháng ñược xác ñịnh theo biểu thức sau ñây:
S
*ch
=
ch
S
S
(3.6)
E
*ch
=

ch
E
E
(3.7)
U
*ch
=
ch
U
U
(3.8)
I
*ch
=
ch
I
I
(3.9)
x
*ch
=
ch
x
x
(3.10)

MCA&T§K
•
59

Từ biểu thức (3.6) – (3.10) ta nhận ñược các quan hệ tỷ lệ sau ñây:
x
*ch
=
pch
ch
ch
ch
U
U
U
I
x
∆
=
3
(3.11)
U
pch
– ñại lượng chuẩn ñiện áp pha.
Sau khi nhân tử số và mẫu số vế phải phương trình với Uch nhận ñược:
x
*ch
=
2
ch
ch
U
S
(3.12)

Có thể chọn ñại lượng chuẩn một cách tuỳ ý bằng cách thay ñại lượng chẩn bằng
ñại lượng ñịnh mức trên cơ sở các quan hệ (3.11) và (3.12) ta nhận ñược ñại lượng ñịnh
mức tương ñối:
x
*dm
=
pdm
dm
dm
dm
U
U
U
I
x
∆
=
3
(3.13)
x
*dm
=
2
dm
dm
U
S
x
(3.14)
ở ñây: xI

dm
= U
dm
– sụt áp trên ñiện kháng x

3
U
dm
= U
pdm
– ñiện áp pha ñịnh mức
Từ biểu thức (3.13) và (3.14) thấy rằng ñiện kháng tương ñối của mạch bằng ñộ
sụt áp tương ñối trên ñoạn ñã cho của mạch ñiện so với ñiện áp pha. ðiện kháng tương
ñối có thể tính bằng phần trăm.
Trên cơ sở các biểu thức (3.11), (3.12) và cả (3.13) (3.14) có thể biểu thị:
x
*ch
=
)/(
*
chdmdmch
dm
UIUI
x

x
*ch
=
)/(
22

*
chdmdmch
dm
USUS
x

Từ các công thức(3–11) ñến (3–14) khi ñưa vào công suất chuẩn tìm ñược các ñại
lượng tương ñối khác. Ngoài ra ñiện kháng của máy phát tính tới ñiểm ngắn mạch ñược
cho bằng giá trị tương ñối x
*d
’’, còn ñiện kháng tương ñối của biến áp trong thực tế
chấp nhận bằng giá trị ñiện áp ngắn mạch, nghĩa là:
x
*ñm

≈
u
*NM
hoặc theo %: x = u
*NM

Trong bảng 3–1 dẫn ra các biểu thức tính toán của trở kháng chuẩn tương ñối cho
các phần tử của hệ thống ñiện kéo.
Bảng 3–1. Biểu thức tính toán trở kháng chuẩn tương ñối của các phần tử trong
hệ thống ñiện ñường sắt, tính theo ñơn vị tương ñối

60
•

MCA&

TðK
Các ph
ần tử
của hệ thống

Các thông s
ố
cho trước

Các biểu thức tính toán

Máy phát ñiện

x”
*d
, S
ñmF

x
*chF
= x”
*d
(S
ch
/S
ñmF
)

Hệ thống

S
ht
hoặc S
ñmht

x
*chht
= S
ch
/S
ht
hoặc
x
*chht
= x”
*ch

Các biến áp

u
n
%, S
ñmBA


x
*chBT
= (u
n
/100)(S

ch
/S
ñmBA
)

ðường dây truyền tải

x
0
, l, U
tb

x
*chl
= (x
0
l)(S
ch
/U
2
tb
)

Cuộn cảm bù(san bằng)

x
ñmp
, %; U
ñmp
; I

ñmp

x
*chp
= (x
ñm
/100)(S
ch
/( U
ñmp
I
ñmp
))


Khi thừa nhận trở kháng chung tương ñương ñến ñiểm ngắn mạch (
Σ
x
*ch
), có thể
tính ñược dòng ñiện chuẩn ngắn mạch tương ñối:
I
*ch
= E
*ch
/
Σ
x
*ch
, ở ñây sức ñiện ñộng E

*ch
của máy phát xác ñịnh theo công thức
3–7.
b) Phương pháp tính toán với hệ thống ñơn vị thay ñổi (không cố ñịnh)
Trong phương pháp này ñưa vào giá trị ñiện áp U có các bậc bất kỳ bởi nó xác
ñịnh liên quan tới các biến áp với các hệ số khác nhau: k1, k2, kn. ðiện áp tương ñối
trong từng ñoạn mạch so với ñiện áp máy phát U
F
có thể xác ñịnh theo công thức:
U = (k
1
k
2
k
n
)U
F
.
Dòng ñiện, A, và ñiện kháng,
Ω
tương ứng trong ñoạn mạch bằng:
= [1/(k
1
k
2
k
n
)]I (3–15)
= (k
1

k
2
k
n
)
2
x, (3–16)
ở ñây: k
1
,k
2
k
n
– hệ số biến áp, tính từ máy phát tới ñiểm ngắn mạch thông qua
các máy biến áp ấy.
Trong tính toán thực tế, ñiện áp hiệu dụng của các cuộn dây biến áp thường thay
bằng giá trị ñịnh mức trung bình khi sử dụng hệ số biến áp trong các công thưc 3–15 và
3–16, khi ñó có thể nhận ñược:
k
1
k
2
k
n
= (U
F
/U
1
)(U
1

/U
2
) (U
n–1
/U
n
)=U
F
/U
n

và biểu thưc tính toán dẫn ra dòng ñiện và ñiện kháng:
=(U/U
F
)I (3–17)
=(U
F
/U
tb
)
2
x (3–18)
ở ñây: U
tb
– là ñiện áp ñịnh mức trung bình, V, trong ñoạn tính toán
Các biểu thức tính toán ở hệ thống ñơn vị thay ñổi sẽ là các công thức sau ñây:
+ Trở kháng cuộn bù (san bằng),
Ω
, theo công thức 3–13 và 3–18
x

p
= (x
*ñm
U
ñmp
/( I
ñmp
))(U
F
/U
tb
).

MCA&T§K
•
61

+ Trở kháng máy phát và biến áp,
Ω
, tính theo công thức 3–14 và 3–18
x
F(BA)
= (x
*ñm
U
2
ñm
/S
ñm
)(U

F
/U
tb
)
2

+ Trở kháng ñường dây và ñường cáp,
Ω
, tính toán phụ thuộc từ trở kháng riêng
x
0
,
Ω
/m, với chiều dài l, m:
x
l
= (x
0
l)(U
F
/U
tb
)
2

Tiếp theo có thể tìm ñược dòng ñiện ngắn mạch trong máy phát dựa vào tổng trở
kháng tính từ máy phát ñến ñiểm ngắn mạch và ñiện áp máy phát.
I
NMF
= U

F
/(
Σ
x).
Dòng ñiện ngắn mạch tại ñiểm xảy ra sự cố bằng:
I
NMn
= I
NMF
/(U
F
/U
n
)
ở ñây: U
n
– là ñiện áp trung bình trước khi xảy ra ngắn mạch tại ñiểm xảy ra sự cố.
Trong phương pháp này cũng như phương pháp ñơn vị tương ñối có thể tiến hành
tính toán chính xác bởi ñã tính ñến các liên hệ của máy biến áp thực tế (k
1
, k
2
, k
n
) và
cũng tính toán gần ñúng khi chấp nhận hệ số biến ñổi ñiện áp từ máy phát tới ñiểm xảy
ra sự cố là (U
F
/U
n

).
c) Phương pháp tính toán ñơn giản hoá
Tính toán các dòng ñiện ngắn mạch từ thanh cái của nguồn cung cấp ñến thanh cái
của các trạm ñiện kéo có thể dựa trên phương pháp ñơn giản, trong phương pháp này
thừa nhận rằng hệ thống là không phân nhánh và dễ dàng khi tính các dòng ñiện ngắn
mạch trong các hệ thống cung cấp ñiện giao thông thành phố trên mặt ñất hoặc Mêtro,
nhưng chúng ñược cung cấp từ các trạm ñiện khu vực, vùng với ñiện áp chỉ 6 10kV.
(hình 3–21).
NM
x
cl
x
p
x
ba2
x
ba1
x
l
x
F
Hình 3–21. Sơ ñồ tính toán ñể xác ñịnh
dòng ñiện ngắn mạch bằng phương pháp ñơn giản hoá
x
F
, x
ba1
, x
l
, x

ba2
, x
p
, x
cl
– tương ứng là trở kháng máy phát, máy biến áp 1, ñường
dây, biến áp 2, cuộn kháng bù, và ñường cáp.
Thường thường trạm ñiện kéo vùng TðKV ñã biết hoặc ñã cho công suất biểu
kiến ngắn mạch S
NM
(hay dòng ñiện ngắn mạch I
NM
), ñiện áp nguồn U và hệ số
β
” =
I”/I
∞
(ở ñây I” và I
∞
– là dòng ñiện ở các chế siêu ñộ quá và xác lập) chừng nào công
suất của hệ thống cung cấp mà càng lớn thì có thể chấp nhận
β
” = 1.
Trình tự tính toán dòng ngắn mạch từ thanh cái của nguồn ñến thanh cái của TðK
thực hiện theo trình tự. ðầu tiên xác ñịnh các dòng ngắn mạch và trở kháng hệ thống
x
HT
:

62

•

MCA&
TðK
I
∞
= I” = I
t
= S
NM
/(U);
x
HT
= 1,05U/( I
∞
)
ở ñây: I
t
– dòng ñiện, A, sau thời gian t (thời gian ñầy ñủ ñể áp tô mát loại sự
cố, thời gian này thường lớn hơn thời gian bắt ñầu của chế ñộ xác lập)
S
NM
– là công suất biểu kiến ngắn mạch, VA
ðiện kháng tổng ngắn mạch bằng: x
NM
= x
HT
+ x
p
+ x

l
, ở ñây x
p
và x
l
– là ñiện
kháng cuộn bù và ñường dây, do ñó trở kháng tổng của mạch z
NM
=
NMNMl
xr
22
+
, ở
ñây r
NMl
– là ñiện trở của ñường dây. Khi ñó dòng tính toán ngắn mạch trên thanh cái
của trạm ñiện kéo là:
I
∞
= I” = I
t
= U/( 3 z
NM
)
ðể xác ñịnh các dòng ñiện xung kích, i
xk
và I
xk
khi sử dụng biểu ñồ trên hình 3–

23, tìm ñược hệ số k
y
= x
NM
/r
NM
, khi ñó:
i
xk
= k
y
2
I”
l

I
xk
= I
∞
l
2
)1(21
−+
y
k

Nếu
β
”
≠

1 thì tính toán ñược tiến hành ñối với các dòng I
∞
= I”, I
∞
và I
tl

* Tính toán dòng ñiện ngắn mạch trong các thiết bị ñiện áp dưới 1000V
Những phụ tải nội bộ của các trạm ñiện kéo ñược cung cấp từ thanh cái 27,5 kV
của trạm ñiện kéo dòng ñiện xoay chiều và từ thanh cái 10kV của trạm ñiện kéo dòng
ñiện một chiều qua các máy biến thế hạ áp cấp cho nhu cầu dùng riêng với ñiện áp trên
dây quấn thứ cấp là 380/220V
Công suất của máy biến áp cho nhu cầu tự dùng thường không lớn (không quá
400kVA), dòng ñiện trong mạch không lớn và như vậy tiết diện dẫn ñiện của thanh cái,
dây dẫn, ñường cáp và dây quấn của máy biến áp cho nhu cầu tự dùng không lớn. Vì thế
ñiện trở trong mạch ngắn mạch có thể so sánh ñược với ñiện kháng và cần ñược
tính ñến.










MCA&T§K
•
63

Hình 3–22. Sơ ñồ tính toán xác ñịnh dòng ñiện ngắn mạch trong thiết bị ñến
1000V
Trình tự tính toán dòng ñiện ngắn mạch trong các thiết bị ñiện dưới 1000V tương
tự như trong các hệ thống ñiện lực. Khi thành lập sơ ñồ tính toán (hình 3–22) cần chỉ ra
tất cả các phần tử của mạch trong ñó với một số trường hợp cần tính tới ñiện trở của
máy biến dòng, ñiện trở quá ñộ của thanh cái và ñường dây cáp tại ñiển nối chúng,
môbin(cuộn dây) dòng cực ñại của các máy cắt tự ñộng và các tiếp ñiểm của chúng, các
tiếp ñiểm của cầu dao.
ðiện trở của máy biến áp nhu cầu tự dùng (trên sơ ñồ là R
nm
) ñược xác ñịnh theo
tổn thất công suất tác dụng
∆
Pnm trong cả 3 pha khi thí nghiệm ngắn mạch

∆
P
nm
= 3I
dm
2
BT
.R
BT
(3–19)
I
dmBT
– dòng ñiện ñịnh mức của dây quấn thứ cấp máy biến áp, A

R
BT
– ðiện trở tác dụng của dây quấn 1 pha của máy biến áp
Từ biểu thức 3–19 ta có công thức tính ñiện trở tác dụng của máy biến thế:
R
BT
=
2
3
dmBT
nm
I
P
∆

Nếu ta nhân tử số và mẫu số của vế phải biểu thức trên với U
BT
2
và thay
U
BT
= U
dmBT
, ta có

64
•

MCA&
TðK

R
BT
=
2
dmBT
2
dmBTnm
2
dmBT
2
dmBT
2
dmBTnm
S
UP
UI3
UP
∆
=
∆

ðiện áp ngắn mạch ñược xác ñịnh, %:
u
nm
=
dmBT
BTdmBT
U
zI 1003
, sau khi nhân tử số và mẫu số vế phải của công

thức trên với U
dmBT
ta nhận ñược biểu thức cho z
BT
:
z
BT
=
dmBT
dmBTnm
S
Uu
2
.
100

Trở kháng của máy biến áp ñược xác ñịnh theo z
BT
và R
BT
ñã biết
x
BT
=
22
BTBT
Rz −

ðiện trở và ñiện kháng của ñường dây truyền tải phụ thuộc vào cấu trúc của
ñường dây (dây trần hay dây cáp), vật liệu và tiết diện pha của dây, ñiện áp ñịnh mức và

chiều dài của dây:
R
d
= r
0
l
d
; x
d
= x
0
l
d

r
0
– ñiện trở riêng tác dụng của 1 pha dây dẫn mm
Ω
/m
x
0
– ñiện kháng riêng tác dụng của 1 pha dây dẫn mm
Ω
/m
l
d
– chiều dài ñường dây m
ðiện trở riêng tác dụng r
0
của 1 pha ñường dây, mm

Ω
/m, có thể xác ñịnh theo
biểu thức
r
0
=
d
q
1000
γ

γ
– ñiện dẫn riêng của vật liệu làm dây dẫn (ñiện dẫn riêng của ñồng
γ
ñ
= 53, ñiện dẫn riêng của thép
γ
th
= 32)
q
d
– tiết diện pha của dây dẫn mm
2

1000 – hệ số chuyển ñổi thành m
Ω

Trở kháng riêng x
0
của một pha ñường dây phụ thuộc từ dạng ñường dây(kết cấu)

và ñiện áp của nó (ñối với ñường dây cáp, ñiện áp dưới 1000V x
0
= 0,07 m
Ω
/m)
ðiện trở của tất cả các phần tử tính toán của sơ ñồ thay thế liên quan ñến ñiện áp
trung bình U
tb
và cộng tất cả lại ta có
z
Σ
=
22
ΣΣ
+ xR

Xác ñịnh trị số tác dụng của dòng ñiện ngắn mạch theo biểu thức I
nm
=
Σ
z
U
tb
3


MCA&T§K
•
65

Theo trị số dòng ñiện ngắn mạch xác ñịnh dòng ñiện xung kích:
i
xk
= k
y
2
I
nm

k
y
= 1,2 ñối với máy biến áp công suất S
dbBT
= 100 400kVA
k
y
= 1,3 ñối với máy biến áp công suất S
dmBT
= 630 1000kVA
Trị số chính xác hơn ñối với hệ số ky có thể tính toán theo ñồ thị trên hình 3–23.

Hình 3 – 23
Giá trị hệ số dòng xung kích k
x
với sự phụ thuộc vào hằng số thời gian T
a
(hoặc
quan hệ tỷ lệ x/R
NM
)

3.3. Tác ñộng ñiện ñộng của dòng ñiện ngắn mạch
Dòng ñiện ngắn mạch trong phần dẫn dòng và các thiết bị liên quan chịu lực cơ
học có thể phá huỷ thiết bị. Trong những ñiều kiện làm việc bình thường dòng ñiện
trong các thiết bị thường không lớn, tác dụng lực cơ học của chúng không ñáng kể,
nhưng khi xảy ra ngắn mạch dòng ñiện tăng lên hàng chục lần và tác dụng lực cơ học
của chúng có thể ñạt ñến giá trị nguy hiểm.

Hình 3–24. Lực ñiện ñộng giữa 2 dây dẫn mang dòng ñiện
a. Khoảng cách giữa 2 dây
i
1
, i
2
. Trị số tức thời dòng ñiện trong dây dẫn
Phần dẫn ñiện và các thiết bị ñược chọn ñúng cần phải ñảm bảo chế ñộ bền chắc
ñiện ñộng chống lại tác dụng lực xung kích của dòng ñiện ngắn mạch ñể bảo ñảm sự
làm việc tin cậy của thiết bị ñiện. Theo ñịnh luật ñiện ñộng, hai dây dẫn song song
(H3.24) tiết diện bất kỳ mang dòng ñiện i
1
và i
2
ñược xác ñịnh theo biểu thức:

66
•

MCA&
TðK
F = 2,04.10
–7

k
φ
i
1
i
2
(l/a) N
F– lực tác dụng tương hỗ của 2 dây dẫn, tính bằng Niutơn, N;
k
φ
– hệ số hình dạng của dây dẫn;
i
1
,i
2
– trị số tức thời của dòng ñiện trong dây dẫn, A;
l – chiều dài của dây dẫn song song, m;
a – khoảng cách giữa 2 trục của dây dẫn, m.
Hệ số hình dạng k
φ

phụ thuộc vào mặt cắt ngang của dây dẫn. ðối với dây dẫn
tròn và hình ống k
φ
= 1, ñối với mặt cắt ngang hình dạng khác có thể lấy gần ñúng
k
φ
= 1. ðể tính toán lực tác dụng tương hỗ giữa các dây dẫn trong thiết bị ñiện tiếp nhận
k
φ

= 1. Giữa các dây dẫn xuất hiện lực hút khi dòng ñiện trong 2 dây dẫn cùng chiều và
lực ñẩy khi dòng ñiện trong 2 dây dẫn ngược chiều
Trong hệ thống dòng ñiện 3 pha tác dụng của lực ñiện ñộng giữa các dây dẫn của
các pha khác nhau không ñồng nhất. Thông thường là các thanh cái của hệ thống 3 pha
ñặt trên 1 mặt phẳng cái nọ cách cái kia 1 khoảng cách nào ñó, kết quả là xuất hiện sự
khác nhau của lực ñiện ñộng trong dây dẫn của pha ñầu và pha ngoài cùng, lực ñiện
ñộng lớn nhất tác dụng vào dây dẫn của pha giữa. Hình 3.25

Hình 3–25. Lực ñiện ñộng của 3 dây dẫn trong hệ thống dòng xoay chiều 3 pha
F
AC
, F
AB
, F
BA
, F
BC
, F
CA
– Lực ñiện ñộng tương hỗ giữa các dây dẫn
a. Khoảng cách giữa 2 dây dẫn
Trị số tức thời của dòng ñiện của pha A, B, và C là
i
A
= I
max
sin
ϕ

i

B
= I
max
sin(
ϕ
–1200) (3–20)
i
C
= I
max
sin(
ϕ
–2400)
Trong ñó:
ϕ
=
ω
t
+
α
– với
α
là góc pha ñầu
Lực ñiện ñộng ở pha ngoài cùng A, N
F
A
= F
AB
+ F
AC

= 2,04.10
–7
[i
A
i
B
a
l
+ i
A
i
C
a
2
l
] = 2,04.10
–7
a
l
i
A
(i
B
+ 0,5i
C
)

MCA&T§K
•
67

ðặt trị số các dòng ñiện từ biểu thức (3–20), nhận ñược
F
A
= 2,04.10
–7

a
l
I
max
2
sin
ϕ
[sin(
ϕ
–120
0
) + 0,5sin(
ϕ
–240
0
)]
= 2,04.10
–7
I
max
2
f(
ϕ

)
f(
ϕ
)= –3/8 + ( 3 /4) cos(2
ϕ
+30
0
)

–1
≤
cos(2
ϕ
+30
0
)
≤
1 nên – 0,81
≤
f(
ϕ
)
≤
0,06
Khi ñó lực ñiện ñộng lớn nhất trên thanh cái của pha A là:
F
Añaymax
= –2,04.0,81.10
–7
(I

2
max
l/a)
F
Ahutmax
= 2,04.0,06.10
–7
(I
2
max
l/a)
F
Amax
= |F
Añaymax
|=1,65.10
–7
(I
2
max
l/a) khi
ϕ
= 75
0

Xác ñịnh lực ñiện ñộng pha giữa:
F
B
= F
BA

–F
BC
= 2,04.10
–7
(I
2
max
l/a) sin(
ϕ
–120
0
)[sin(
ϕ
)–sin(
ϕ
–240
0
)]
= 2,04.10
–7
(I
2
max
l/a) sin(
ϕ
–120
0
).2.cos(
ϕ
–120

0
)sin120
0

=1,76.10
–7
(I
2
max
l/a) sin(2
ϕ
–240
0
)
Xác ñịnh trị số cực ñại của lực FBmax, N và ở pha giữa B nhận ñược
F
Bmax
=
±
1,76.10
–7
(I
2
max
l/a) khi
ϕ
=–15
0

Các lực ñiện ñộng tác dụng lẫn nhau của thanh cái với tần số gấp ñôi tần số

dòng ñiện.
Các lực ñiện ñộng ở pha giữa lớn hơn pha ngoài cùng nên khi tính toán ñộ bền
thanh cái, xác ñịnh theo trị số lực F
max
ở pha giữa
ðối với dòng ñiện ngắn mạch xung kích, biểu thức tính toán lực ñiện ñộng trên
thanh cái ñối với hệ thống 3 pha có dạng: N
F = 1,76.10
–1
(i
2
y
l/a)
i
y
– dòng ñiện xung ngắn mạch, kA (i
y
=1.8
2
I
nm
)
Trong các thiết bị ñiện dây dẫn ñược ñặt không chỉ song song mà còn nghiêng 1
góc nào ñó. Dòng ñiện chạy trong dây dẫn như vậy cố gắng ñi thẳng có nghĩa là xuất
hiện nội lực nào ñó.
Trên hình 3.26 trình bày 2 trường hợp phổ biến nhất ñặt các dây dẫn nghiêng 1
góc nào ñó. ðặt dây dẫn theo phương án hình 3.26a, trong ñó lực F tác dụng lên tiếp
ñiểm chuyển ñộng (tương ñương dây dẫn 2) còn trên hình 3.26b, trong thiết bị với dao
cách ly mà tới loại dao của nó so với tác dụng một lực F (tiếp ñiển chuyển ñộng 2)
Lực ñiện ñộng tác dụng lên tấm chắn ngang hình

Π
(hình 3.26a) ñược xác ñịnh từ
biểu thức:


68
•

MCA&
TðK

Hình 3–26. Lực ñiện ñộng của dây dẫn ñặt nghiêng 1 góc
1,3. Dây dẫn cố ñịnh
2. Dây dẫn chuyển ñộng mà tại ñó lực F tác ñộng
r. Bán kính dây dẫn
i. trị số dòng ñiện
a. Khoảng cách có lực ñiện ñộng tác dụng F
F
x
= 2,04.10
–1
i
2
y
(
r
aln
+0,25) còn khi nối các dây dẫn thành 1 góc
vuông (hình 3–26b)
F

x
= 1,02.10
–1
i
y
2
(
r
aln
+0,25)
Trong ñó: i
y
– dòng ñiện xung kích ngắn mạch, kA
a– chiều dài dây dẫn chịu tác dụng của lực F
x

r– bán kính của dây dẫn tròn
Khảo sát dây dẫn như một cái dầm nhiều nhịp phụ tải phân bố ñều, ta có mômen
uốn, tạo nên bởi dòng ñiện:
M =
10
Fl

ứng suất tính toán trong vật liệu ñược xác ñịnh

σ
tt
= 10
–6
M/W

Trong ñó:
σ
tt – ứng suất tính toán trong vật liệu dây dẫn MN/m
2

W– mô men chống uốn riêng của vật liệu, m
3

10
–6
– hệ số chuyển ñổi M/m
2
thành MN/m
2