PHẦN ĐIỆN TRONG TRẠM BIẾN ÁP - Chương 5 pps

49
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Chương 5

TÍNH TOÁN
NGẮN MẠCH

DÀN BÀI
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NGẮN MẠCH
Định nghĩa - Đặc tính - Các loại ngắn mạch
Nguyên nhân - Hậu quả - Mục đích tính toán ngắn mạch
II. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Những khái niệm - Cách thành lập sơ đồ đẳng trị - Xác định điện kháng các phần
tử của hệ thống điện - Biến đổi sơ đồ đẳng trị về dạng đơn giản - Hệ số phân bố -
Ví dụ tính toán ngắn mạch
III. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH BA PHA Ở MẠNG CAO ÁP
Ngắn mạch ba pha đối xứng trong mạng đơn giản
Ngắn mạch ba pha đột nhiên trong mạch điện có máy biến áp
Ví dụ về tính toán dòng điện ngắn mạch
IV. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG MẠNG ĐIỆN ÁP THẤP U  1000V
Đặc điểm của mạng U  1000V - Tổng trở các thành phần của mạng điện - Thành
phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch
Xét sự thay đổi dòng điện ngắn mạch do quá trình phát nóng của dây dẫn - Ảnh
hưởng của động cơ không đồng bộ đặt gần điểm ngắn mạch
V. HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH TRONG CÁC TRANG BỊ ĐIỆN
Khái niệm chung - Phương pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch

MỤC TIÊU: Trang bị cho học sinh
1. Đặc tính của lưới điện và trạm biến áp khi có ngắn mạch xảy ra
2. Nguyên nhân, hậu quả và mục đích tính toán ngắn mạch
3. Cách giải một bài tập ngắn mạch ba pha đối xứng trong hệ đơn vị có tên

4. Phân biệt các dòng I” ; I
N(t)
; I
xk
; I

; i
xk
trong ngắn mạch và cách dùng chúng
5. Cách giải một bài tập ngắn mạch ba pha đối xứng trong lưới điện hạ áp
6. Các phương pháp hạn chế ngắn mạch cụ thể trong trạm biến áp
50
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NGẮN MẠCH
I.1. Định nghĩa
Ngắn mạch là chỉ hiện tượng các pha chập nhau hoặc trong lưới điện có điểm
trung tính nối đất chỉ hiện tượng các pha chập nhau và chập đất
I.2. Đặc tính
 Lúc ngắn mạch, tổng trở của toàn hệ thống giảm xuống, dòng điện tăng lên cao và
điện áp các điểm trong hệ thống giảm xuống, nhất là ở điểm gần chỗ ngắn mạch.
 Các động cơ không đồng bộ có thể ngừng quay (Moment quay của ĐCKĐB phụ
thuộc vào điện áp) khi điện áp giảm, moment quay giảm, động cơ tiến đến ngừng
quay, hoặc trong giai đoạn đầu động cơ không đồng bộ biến thành máy phát không
đồng bộ tạo ra dòng điện ngược chiều cung cấp lại cho điểm ngắn mạch
 Khi ngắn mạch sự biến đổi bất kỳ dòng điện trong một nhánh nào đó đều có ảnh
hưởng của các máy phát điện có liên quan. Nếu ngắn mạch lớn, các máy phát điện
bị dao động công suất làm cho chúng bị mất đồng bộ và hệ thống bị mất ổn định
I.3. Các loại ngắn mạch
Loại NM Hình qui ước Ký hiệu Xác suất Ngắn mạch

Ba pha


N
(3)


5%


Đối xứng
Hai pha


N
(2)


10%


Không
đối xứng
Hai pha
chạm đất



N
(1- 1)

15%


Không
đối xứng
Một pha


N
(1)


70%

Không
đối xứng

I.4. Nguyên nhân sinh ra ngắn mạch
Nguyên nhân chủ yếu sinh ra ngắn mạch là do cách điện bị hỏng.
Lý do làm cách điện bị hỏng có thể là: sét đánh, quá điện áp nội bộ, cách điện
dùng lâu quá già cỗi, trông nom các thiết bị không chu đáo, …
Do những nguyên nhân cơ học trực tiếp như: đao đất đụng phải dây cáp, hay là
các nguyên nhân khác như: thả diều, chim đậu, cây đổ vào đường dây điện, ……
I.5. Hậu quả của ngắn mạch
a. Lúc ngắn mạch dòng điện tăng lên sinh ra nhiệt rất lớn, phát nóng cục bộ trong
các bộ phận có I
N
đi qua, dù là thời gian rất ngắn

51
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
b. Sinh ra ứng lực cơ giới giữa các vật đẫn do dòng điện xung kích, có thể làm
hỏng khí cụ điện, sứ đỡ…
c. Lúc ngắn mạch, điện áp tụt xuống có thể làm cho các đông cơ điện ngừng
quay, sản xuất bị ngưng trệ, làm hỏng sản phẩm
d. Phá hoại sự làm việc của các máy phát điện trong hệ thống, làm hệ thống mất
ổn định và tan rã
e. Khi ngắn mạch các loại N
(1)
, N
(1,1)
, N
(2)
sinh ra dòng điện thứ tự không làm
nhiễu các đường dây thông tin ở gần
f. Cung cấp điện bị gián đoạn
I.6. Mục đích tính toán ngắn mạch
Tính toán ngắn mạch là tính toán dòng điện, điện áp và công suất lúc xảy ra
ngắn mạch tại một điểm nào đó. Những vấn đề cần đến tính toán ngắn mạch:
a. So sánh và lựa chọn các sơ đồ đấu dây lưới điện hợp lý nhất: đơn giản, rõ
ràng, thao tác ít nhầm lẫn ; Sơ đồ đấu dây lưới điện bảo đảm lúc sự cố chỉ
được cắt phần sự cố phần còn lại vẫn tiếp tục làm việc
b. Chọn các khí cụ điện và dây dẫn khi có sự cố phải chịu đựng được tác dụng cơ
và nhiệt của dòng điện ngắn mạch đi qua
c. Thiết kế bảo vệ nối đất
d. Xác định ảnh hưởng của đường dây điện lực với đường dây thông tin
e. Thiết kế và chỉnh định bảo vệ Rơ-le
f. Chọn các thiết bị tự động bảo vệ ngắn mạch, chống quá điện áp
g. Thí nghiệm ngắn mạch để tìm ra những thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch I

N

h. Phân tích các loại sự cố trong hệ thống điện

II. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
II.1. Những khái niệm
Đối với hệ thống điện phức tạp, việc tính toán ngắn mạch rất khó khăn và mất
nhiều thời giờ, người ta phải dùng các mô hình vật lý và máy tính để tính toán ngắn
mạch và ổn định của hệ thống điện
Trong thực tế, nhiều khi không đòi hỏi sự chính xác cao, người ta dùng phương
pháp tính thực dụng gần đúng với một số giả thiết cơ bản nhằm đơn giản hóa bài
toán. Để tien hành tính toán ngắn mạch, ta phải biết những điểm sau:
a) Phải xác định được sơ đồ thay thế
b) Xác định loại ngắn mạch
c) Vị trí của điểm ngắn mạch
d) Biết thời điểm của quá trình ngắn mạch

Tham số các phần tử của hệ thống điện dùng để xác định sơ đồ đẳng trị có thể
đọc trên nhãn hiệu, trong các bảng thuyết minh xuất xưởng (Catalogue), trong sách
hướng dẫn bảo trì (Instruction book) hay tra trong các sổ tay tra cứu (Handbook).
Để tính toán ngắn mạch ta phải:
a) Xác định sơ đồ đẳng trị
52
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
b) Dùng các phương pháp biến đổi để biến sơ đồ đẳng
trị thành sơ đồ đẳng trị đơn giản nhất có thể.
c) Xác định dòng ngắn mạch.

II.2. Cách thành lập sơ đồ đẳng trị Hình 5 – 1 : Tối giản sơ đồ
Sơ đồ đẳng trị là sơ đồ một sợi, trong đó mỗi phần tử của hệ thống điện được

thay thế bằng một điện kháng (hay tổng trở), riêng đối với máy phát điện (đôi khi cả
đối với động cơ điện và máy bù đồng bộ) được thay thế bằng một điện kháng và một
sức điện động. Thành lập sơ đồ đẳng trị là đem tất cả các tham số, các phần tử của
các đoạn mang điện ở các cấp điện áp khác nhau quy về một đoạn nào đó đã được
chọn làm đoạn cơ sở.
k : Tỉ số biến của máy biến áp nằm giữa đoạn xét và đoạn cơ sở







Trong hệ đơn vị có tên, tham số của các phần tử ở các đọan còn lại sẽ được
tính đổi về đoạn cơ sở E
o
; I
o
; X
o
; : Các tham số của đoạn xét
E ; I ; X ; …: Các tham số của đoạn cơ sở

E
o
= (k
1
k
2
…. k

n
) E

X
o
= (k
1
k
2
…. k
n
)
2
X



II.3. Một số công thức xác định điện kháng các phần tử của hệ thống điện

* Điện kháng của máy phát

* Điện kháng của máy biến áp

* Điện kháng của đường dây

* Điện kháng của kháng điện

* Với máy biến áp ba pha ba dây quấn, có thể tra được điện áp ngắn mạch phần
trăm của từng đôi cuộn dây U
NC-T

 ; U
NC-H
 ; U
NT-H
 . Ta cần tính điện áp ngắn
mạch phần trăm của từng cuộn cao, trung, hạ U
NC
 ; U
NT
 ; U
NH
. Sau đó dùng
các công thức (5 - 10) để xác định điện kháng của các cuộn dây cao, trung, hạ của
máy biến áp 3 pha 3 dây quấn.
Hình 5 – 2 : Xác định chiều của k
F

k
1

k
2
k
3

Đoạn xét Đoạn cơ sở
U
tb1
U
tb2

U
tb3

U
cs

(5 – 3)
I
o

= I

(k
1
k
2
…. k
n
)
1

2) - (5
U
U
k
U
U
k
U
U

k
tb3
tb2
3
tb2
tb1
2
tb1
cs
1

1) - (5
X
E
I
N



E

X


I
N

N
)(
S

U
X X
m
2
m
dF



đ
đ
)( )k (k
S 100
U

u
X
n1
m
2
mN
B
%

đ
đ
)
(

)

k



(k

l

x

X
2
n10ĐD

)( )k (k
I 3 100
U

x
X
2
n1
m
đmK
B
%

đ
(5 – 4)
(5 – 5)

(5 – 6)
(5 – 7)

53
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH




II.4. Biến đổi sơ đồ đẳng trị về dạng đơn giản
Sau khi thành lập sơ đồ đẳng trị và tính
điện kháng của các phần tử cần phải tiến hành
các phép biến đổi để đưa sơ đồ đẳng trị về dạng
sơ đồ đơn giản nhất
Chú ý trong sơ đồ đẳng trị, mỗi phần tử
của mạch điện được biểu diễn bằng một phân
số: tử số ghi số thứ tự của phần tử, còn mẫu số
ghi giá trị điện kháng (GTĐK) của phần tử đó
Hình 5 – 3 : Biến đổi sơ đồ đẳng trị
Biến đổi tương đối các nhánh không có nguồn Công thức: từ (5 – 9) đến (5 – 16)
Sơ đồ ban đầu Sơ đồ tương đương Công thức biến đổi
Song song







Nối tiếp

Tam giác







Sao









Sao

Tam giác










X
1


X
2

X
n


X

X

X
31

X
12


X
23


X
1


X
2


X
3

X
1
=
X
12
. X
13


X

12
+ X
13
+ X
23

X
2
=
X
12
. X
23


X
12
+ X
13
+ X
23

X
3
=
X
13
. X
23

X
12
+ X
13
+ X
23


X
1


X
2


X
3

X
31


X
12


X
23

X
3

X
1
X
2

X
12
= X
1
+ X
2
+

X
2

X
1
X
3

X
13
= X
1
+ X

3
+


X
1

X
2
X
3

X
23
= X
2
+ X
3
+


X


X

X
n

X
2


X
1

(5 – 8)
U
NC
% = ½ (U
NC-T
+ U
NC-H
– U
NT-H
)
U
NT
% = ½ (U
NC-T
+ U
NT-H
– U
NC-H
)
U
NH
% = ½ (U
NC-H

+ U
NT-H
– U
NC-T
)



n
1 i
i
X
1

X
1



n
1 i
i
X X
E
n

E
1

X

n


X
1

N

A

A

Số thứ tự
GTĐK
N

54
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
II.5. Hệ số phân bố
Khi không có phụ tải, hệ số phân bố của các máy phát điện đặc trưng cho phần
tham gia của máy phát điện đó cung cấp cho điểm ngắn mạch. Với gỉa thiết tất cả
các sức điện động bằng nhau, thì sự phân bố dòng điện trong các nhánh tỉ lệ với các
hệ số phân bố : C
1
; C
2
; …… ; C
n

C = C

1
+ C
2
+ ……… + C
n
= 1 C X
đt
= C
1
X
1
= C
2
X
2
= ……… = C
n
X
n

X
đt
= X
1
// X
2
// …… // X
n
: điện kháng đẳng trị của các nguồn nối song song
X


= X
N
+ X
đt
là điện kháng tổng hợp của sơ đồ đối với điểm ngắn mạch

…………….










Hình 5 - 4 : Xác định hệ số phân bố
Có thể tìm điện kháng tương hỗ của từng nguồn điện đối với điểm ngắn mạch

………….………
II.6. Ví dụ tính toán ngắn mạch

Cho sơ đồ như hình vẽ. Các thông số thiết bị đã có. Thông số đường dây trên
không x
0
= 0,4 /km và cáp ngầm x
0
= 0,08 /km. Vẽ sơ đồ thay thế và tính dòng
điện ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên
Bài giải
a) Vẽ sơ đồ thay thế và sơ đồ thay thế
đơn giản nhất

F
B
1

B
2

K
Cáp ngầm
l = 2,5 km
Đường dây
l = 80 km
S
đm
= 31,5 MVA
U
đm
= 10,5 / 121 kV
u

N
% = 10,5
S
đm
= 15 MVA
U
đm
= 110,5 / 6,6 kV
u
N
% = 10,5
S
đm
= 30 MVA
U
đm
= 10,5 kV
X”
d
= 0,25
E’
d
= 11 kV
U
đm
= 6 kV
I
đm
= 0,3 kA
X

K
% = 5
N
.

.

.

.

E
1

.

E
2

.

E
n

X
1N

C
1

X
2N

C
2

X
nN

C
n

N
E
1

E
2

E
n

X
1

C
1

X
2

X
n

C
n

X
N

C
2

C
N
.

E
X
đt

C
N
X
N

(5 – 17)
(5 – 18)
1
t

1
X
X
C
đ

2
t
2
X
X
C
đ

n
t
n
X
X
C
đ

1
1N
C
X
X


2

2N
C
X
X


n
nN
C
X
X


N

X
Σ

E
X
K
X
ĐD
X
B1

N
X
C
X

B2

E
X
F

55
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
b) Tính toán ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên
Ta chọn đoạn có điện áp 10,5 kV làm đoạn cơ sở. Xác định các điện kháng
* Điện kháng của máy phát

* Điện kháng của máy biến áp B
1


* Điện kháng của đường dây

* Điện kháng của máy biến áp B
2


* Điện kháng của kháng điện

* Điện kháng của cáp ngầm

* Điện kháng tổng hợp X
7
= X
1
+ X
2
+ X
3
+ X
4
+ X
5
+ X
6

X
7
= 0,96 + 0,37 + 0,24 + 0,64 + 1,21 + 0,42 = 3,84 ()
Với sức điện động đã cho (kV) thì dòng điện khi ngắn mạch tại N

* Trong máy phát điện

* Dòng điện tại điểm ngắn mạch được tính đổi từ đoạn cơ sở về đoạn xét


TÓM TẮT VÀ ÔN TẬP PHẦN I & II

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Trong lưới điện có trung điểm cách đất có những loại ngắn mạch: ……………. ?
2. Những đặc điểm của lưới điện khi có ngắn mạch trong lưới điện: …………… ?
3. Hậu quả trong lưới điện khi có dòng ngắn mạch đi qua?
4. Đem sơ đồ thay thế hình – a về dạng đơn giản nhất
5. Vẽ sơ đồ thay thế và tính điện kháng tương đối các phần tử trong hình – b
X
1
= 0,26 .

= 0,96 (

)

10,5
2

30

X
2
=

= 0,37 (

)

10,5
2

31,5

10,5

100

X
4
=

= 0,64 (

)

110
2

15

10,5

100

10,5

100

( )
2

X

3
= 0,4 . 80 .

10,5

121

( )
2

= 0,24 (

)

= 0,42 (

)

( )
2

X
6
= 0,08 . 2,5
.

10,5

121

110

6,6

110

6,6

10,5

121

( )
2

6

3 0,3

5

100

X
5
=

=
1,21 ()

11

3

E
p
=


11
3
3,84

E
X



I
N(F)
= = =
1,65 (kA)

10,5

121
110
6,6
I
N

= (k
1
… k
n
) I
0

=

1,65 = 2,40 (kA)
N
E
0,96
1
0,37
2
0,24
3
0,64
4
1,21
5
0,42
6
N

E
3,84
7
56

PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH









TÓM TẮT
1. Ngắn mạch là chỉ hiện tượng các pha chập nhau hoặc trong lưới điện có
điểm trung tính nối đất chỉ hiện tượng các pha chập nhau và chập đất
2. Khi ngắn mạch: dòng tăng cao, điện áp giảm. Đây là sự cố nguy hiểm, ảnh
hưởng đến các thiết bị điện, khí cụ điện, lưới điện, sản suất và phân phối
điện năng.
3. Nguyên nhân chủ yếu là cách điện bị phá hỏng
4. Tính toán ngắn mạch (ba pha đối xứng) là xác định dòng điện ngắn mạch I
N

và điện áp ngắn mạch U
N
tại điểm sự cố hoặc các mạch điện liên quan
5. Muốn tính toán ngắn mạch cần phải thành lập được sơ đồ thay thế và xác
định được điện kháng tổng X
Σ
từ nguồn đến điểm ngắn mạch.

III. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH BA PHA Ở MẠNG CAO ÁP
III.1. Ngắn mạch ba pha trong mạng đơn giản, công suất vô cùng lớn

a) Xét ngắn mạch xảy ra tại điểm N trong mạch
Lúc đó mạch điện được chia làm hai phần độc lập: phần phía có nguồn và phần
phía không có nguồn








Hình 5 – 5 : Ngắn mạch ba pha trong mạng điện đơn giản
Mạch phía không nguồn
Ba pha đối xứng, ta có thể tách từng pha để nghiên cứu.
Phương trình vi phân viết cho một pha và nghiệm
Phía có nguồn Phía không nguồn

u
B
= U
m
sin (

t +

- 120
0
)
r’
r’ L’

L’

r

r

L

L

r' L'

r

L


u
A
= U
m
sin (t +  )

u
C
= U
m
sin (t +  + 120
0
)

N
E
2

E
1

N

Hình - a
Hình - b
C – 2

C –1

31,5 MVA
10,5 /121 kV

U
N
% = 10,5

31,5 MVA
10,5 /121 kV

U
N
% = 10,5

30 MVA

10,5 kV
X
d
” = 0,12
50 MVA
10,5 kV
X
d
” = 0,15
10 kV
2 kA
X
K
= 8%
F
1

F
2

B
1

B
2

~

~

57
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH



Khi t = 0 , C = i
0
, Do đó 
Kết luận về dòng điện ngắn mạch cho phía không có nguồn
- Phía không nguồn dòng quá độ phụ thuộc vào dòng điện ban đầu i
0
trong các pha
- Nếu lúc ngắn mạch, pha nào có i
0
= 0 thì pha đó sẽ không có quá trình quá độ
- Dòng điện quá độ lớn nhất bằng dòng điện phụ tải nên không nguy hiểm gì cho
thiết bị
- Dòng điện này tắt dần với hằng số tắt dần (hằng số thời gian): do hàm số của dòng
điện là hàm mũ giảm dần
Mạch phía có nguồn
Phương trình vi phân viết cho một pha.
Giả sử pha A
Nghiệm của phương trình


 Thành phần thứ nhất của vế phải là thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch
có biên độ không đổi là: (vì U
m
giả thiết không đổi)

 Thành phần thứ hai của vế phải là thành phần không chu kỳ của dòng điện ngắn
mạch tắt dần với hằng số thời gian:
 Hằng số tích phân C được xác định như sau khi t = 0




Với 
N
: góc lệch pha U và I sau khi ngắn mạch : góc lệch pha ban đầu của điện áp
Kết luận cho dòng điện ngắn mạch về phía có nguồn
Dựa vào hình vẽ đồ thị vectơ của U và I tại thời điểm ban đầu của ngắn mạch
- : vectơ biên độ dòng điện các pha trước lúc ngắn mạch
- : vectơ biên độ dòng điện chu kỳ các pha sau lúc ngắn mạch
- Hình chiếu vectơ I
m
, I
ckm
lên trục thời gian t là trị số tức thời của dòng điện i
0
và i
ck0

- Hình chiếu vectơ lên trục thời gian chính là giá trị của C = i
kck |0|

- Giá trị của i
kck
có thể biến thiên từ trị số cực đại (vectơ song song với trục

0t) đến trị số không ( 0 ) (vectơ vuông góc với trục 0t) nghĩa là thành phần
không chu kỳ của dòng điện ngắn mạch đã tắt hết, chỉ còn dòng điện chu kỳ và
U = i r’ + L’ = 0
di
dt
v
ớ
i

i = C e
t

T
a

/

T
a
=
r’
L’

/

i = i
o
e
t

T
a

/

u = u
A
= U
m
sin (

t + α) (V)

U = i r + L

di

dt

T
a
=
=

r


L
r

X
a
T
t
-
kck/0/Nckmkckck
e i ) t( sin I i i i 
I
ckm
=

Z

U
m

Z
=


r
2
+ (L )
2

i
o
=
I
m

sin
(
α
+
φ
)

C = i
kck/o/
=
i
o
- i
ck/o/

=
I
m
sin
(
α
+
φ
)
-

I
ckm
sin
(

α

-

φ
N
)

i
/o/
= I
ck/o/
+ C = I
ckm
sin (α + φ
N
) + C
kckck
L
t* r
-
N
m
i i Ce ) t( sin
Z
U
i 
CBA
I ; I ; I


ckCckBckA
I ; I ; I

)I - I(
ckmm

)I - I(
ckmm

)I - I(
ckmm

58
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
chuyển sang trạng thái
xác lập (tình trạng duy
trì của ngắn mạch).
Chú ý là trong mạch
điện ba pha nếu có thì
chỉ có thể ở một pha
xảy ra tình trạng đó, vì
mỗi pha lệch nhau 120
0

- Như vậy không những
phụ thuộc vào góc pha
ban đầu (tức thời điểm
xảy ra ngắn mạch) mà
còn phụ thuộc vào tình
trạng trễ lúc xảy ra

ngắn mạch: mạch điện
có tính chất điện dung,
điện cảm hay không tải
(giá trị đạt cực đại khi
mạch có tính chất điện dung, rồi đến mạch không tải và bé nhất khi mạch có tính
chất điện cảm). Ta thường xét trường hợp mạch điện lúc ngắn mạch là không tải.



















Hình 5 – 7 : Đồ thị hình sin về dòng của pha A tại thời điểm ban đầu xảy ra ngắn mạch
I
ck

I

kck

i
xk

I


I
N

I
m

I
kck 0

I
ck 0
i
0

i
0

t
I


Quá trình qúa độ

Quá trình ổn định










t






c’


a’
a


b
c
b’
O






N

)I - I(
ckBB

)I - I(
ckCC

)I - I(
ckAA

C
I

A
I

B
I

ckB
I

ckA
I


ckC
I

C
U

A
U

B
U

Hình 5
–

6

Đồ thị vectơ
của U và  tại
thời điểm ban
đầu ngắn mạch
59
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TỐN NGẮN MẠCH
b) Dòng điện ngắn mạch xung kích
Dòng điện ngắn mạch xung kích i
xk
là trị số tức thời lớn nhất của dòng điện
ngắn mạch trong q trình q độ
Ta xét mạch điện trước lúc ngắn mạch là khơng tải. Dòng điện xung kích xảy ra

vào khoảng thời điểm : t = T / 2 = 0,01s (f = 50 Hz) sau lúc ngắn mạch. Vậy :





 Khi mạch điện thuần cảm: tức là R
∑
= 0 thì T
a
=   k
xk
= 2 nghĩa là dòng điện
khơng chu kỳ khơng tắt dần
 Khi mạch thuần trở: tức là X
∑
= 0 thì T
a
= 0  k
xk
= 1 nghĩa là khơng xuất hiện
dòng điện khơng chu kỳ

c) Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch tồn phần
Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch tại một thời điểm
(t) nào đó trong q trình q độ có thể tính nếu biết được quan
hệ: i
N
= f (t)
Dòng điện ngắn mạch trong q trình q độ khơng phải là đường cong hình sin

vì có sự tham gia của dòng điện khơng chu kỳ. Như vậy trị số hiệu dụng của dòng
điện ngắn mạch tồn phần tại thời điểm t có thể tính gần đúng như giá trị trung bình
bình phương trong chu kỳ (0,02s) mà thời điểm t nằm giữa


Trị số hiệu dụng của dòng điện xung kích I
xk
tại thời điểm t = T/2 với điều kiện
I
kck/0/
= I
ckm
(trước lúc ngắn mạch là khơng tải)


Đem thay I
kck(t)
vào (5 - 47) ta được:


Khi 1 ≤ k
xk
≤ 2 thì

Dòng điện I
xk
dùng để kiểm tra khí cụ điện về lực động điện khi ngắn mạch
d) Dòng điện ngắn mạch ổn định (duy trì)
Dòng điện ngắn mạch trong q trình ổn định I


là dòng điện ngắn mạch chu kỳ
I
ck
của q trình ngắn mạch, khi mà tất cả các dòng điện tự do phát sinh ra tại thời
điểm ban đầu của q trình ngắn mạch đã tắt dần hết và khi hồn tồn kết thúc việc
nâng dòng điện kích từ do tác dụng của bộ tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của
máy phát điện. I

= I
ck
= I
N (t = )

(5 – 20)
I
N(t)
=
(I
ckt
)
2
+ (I
kckt
)
2




I

kck(t)
= i
ck
– I
ckm
= k
xk
. I
ckm
– I
ckm
= (k
xk
– 1) I
ckm
= I
ck
(k
xk
– 1)

2
(5 – 21)
I
xk
= I
ck
+ 2 I
ck
(k

xk
– 1)

2

2



2

= I
ck
1 + 2(k
xk
– 1)




2

1

≤

≤

I
ck

I
xk



3



2
T
t
2
T
- t
2
NNt
dt i
T
1
I
46) - (5 I k 2 I k
)e (1 I e I I i i i
ckxkckmxk
T
0,01
-

ckm
T
0,01
-
ckmckms) kck(0,01s) ck(0,01xk
aa


2 k 1
xk
 là gọi )e (1 k đó Trong
a
T
0,01
-
xk
kích xungsố hệ
(5 – 19)
60
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Dòng điện I

để kiểm tra ổn định nhiệt của các khí cụ điện và dây dẫn

III.2. Ngắn mạch ba pha đột nhiên trong mạch điện có máy biến áp
Với chiều dòng điện đã chọn, ta có các phương trình vi phân sau:
Bên sơ cấp Bên thứ cấp

Do i
o
= 0 nên i
1
= i
2
(giả thiết cơ bản ban đầu)
Cộng (sơ cấp) và (thứ cấp) theo từng vế ta được:


Trong đó: r
N
= r
1
+ r
2
: Điện trở của máy biến áp
L
N
= L
1
+ L
2

– 2M = (L
1
– M) + (L
2
– M) : Điện kháng tản của MBA
Nghĩa là máy biến áp trong quá độ khi bỏ qua dòng từ hóa, có thể thay thế
bằng điện trở và điện cảm để tính toán như mạch điện thông thường.
III.3. Ví dụ về tính toán dòng điện ngắn mạch
Trạm biến áp trung gian có hai máy biến áp đấu song song. Máy biến áp có số
liệu: S
đm
= 40MVA ; U
đm
= 110 / 22 /11 kV ; hệ số quá tải sự cố cho phép k
sc
= 1,4 ; tổ
đấu dây YNyn0 – d11, u
N
% = 8. Khi ngắn mạch trên thanh góp 110kV, công suất
ngắn mạch hệ thống cung cấp về trạm biến áp là 400MVA
 Phía U = 110kV là hệ thống một thanh góp, có phân đoạn bằng máy cắt. Thiết bị
phân phối loại ngoài trời. Có hai lộ vào từ đường dây lộ kép dài 40km, phân bố trên
hai phân đoạn thanh góp.
 Phía U = 22 kV là hệ thống hai thanh góp, thiết bị phân phối loại trong tủ. Có 6 phát
tuyến (10 MVA/phát tuyến) phân bố đều phát tuyến trên hai hệ thống thanh góp.
Xác định dòng ngắn mạch duy trì và dòng ngắn mạch xung kích khi:
 Ngắn mạch tại N
1
;
 Ngắn mạch tại N

2
với 412 đóng ; Ngắn mạch tại N
2
với 412 mở
Bài giải
Xác định các điện kháng



M
r
2
L
2

r
1
L
1

A

B

C

i
1

i

2


U
m
= const
Hình 5 – 8 : Ngắn mạch ba pha trong mạch có máy biến áp
U

= i
1
(r
1
+ r
2
) + (L
1
+ L
2
– 2M) = i
1
r
N
+ L
N


di
1

dt
di
1

dt
U = i
1
r
1
+ L
1
– M
di
1

dt

di
2

dt

0 = i
2
r
2
+ L
2
– M
di

2

dt

di
1

dt

)( 30,25
400
110

S
U
X
2
N(ht)
2
m
1

đ
61
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH




Sơ đồ thay thế

 Khi ngắn mạch tại N
1












X
6

= ½ X
2
= ½(16) = 8 (Ω)
X
7
= X
1
+ X
6
= 30,25 + 8
= 38,25 (Ω)
Dòng ngắn mạch tại đoạn
cơ sở (cũng là đoạn xét)





)
(

16


40
*
0,4


l

x

X


X
032

)( 24,2
40*100
110*8

S 100
U

%
u
X X
2
m
2
mN
54

đ
đ
N
1

N
2

25,30
1
16
2
16
3
2,24
5
2,24
4
N
2

412
l = 40 km

T2

N
1

T1

(kA) 1,66
38,25 3
110

X 3
U
I
7
N

16
2
25,30
1
N
1

16
3
N
1

25,38
7
N
1

8
6
25,30
1
(kA) 2,6 1)-2(1,851*1,66 )12(k 1 I I
22
xkckxk


(kA) 4,34 1,85 * 2*1,66 k 2 I i
xkckxk

62
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
 Khi ngắn mạch tại N
2
với 412 đóng (Hai MBA làm việc song song)
X
6
= ½ X
2
= ½(16) = 8 (Ω)
X
8
= ½ X
4
= ½(24,2) = 12,1 (Ω)
X
9
= X
1
+ X
6
+ X
8
= 30,25 + 8 + 12,1 = 50,35 (Ω)
Dòng ngắn mạch tại đoạn cơ sở

Dòng ngắn mạch tại đoạn xét






 Khi ngắn mạch tại N
2
với 412 mở (Hai MBA làm việc độc lập)
X
6
= ½ X
2
= ½(16) = 8 (Ω)
X
10
= X
1
+ X
6
+ X
5
= 30,25 + 8 + 24,2 = 62,45 (Ω)
Dòng ngắn mạch tại đoạn cơ sở


Dòng ngắn mạch tại đoạn xét

TÓM TẮT VÀ ÔN TẬP PHẦN III
Câu hỏi ôn tập phần III
1. Lưới điện ba pha đơn giản là ……………………………………………………?
2. Xem đồ thị vectơ của U và I tại thời điểm ban đầu của ngắn mạch (hình 5 – 7)
các đoạn Oa ; Oa’ ; Ob ; Ob’ ; Oc ; Oc’ ; aa’ ; bb’ ; cc’ diễn tả các giá trị gì?
3. Xem hình vẽ đồ thị hình sin của U và I pha A tại thời điểm ban đầu của ngắn
mạch. Hãy vẽ hai pha còn lại (theo hình 5 – 7)?
4. Phân biệt các dòng điện ngắn mạch: dòng xung kích I
xk
; dòng ngắn mạch toàn
phần I
N
; dòng ngắn mạch ổn định I
∞
? Cách xác định chúng?
5. Khi ngắn mạch ba pha đột nhiên trong mạch điện có máy biến áp, định nghĩa r
N
;
L
N
và ý nghĩa của chúng trong khi vẽ sơ đồ thay thế để tính toán ngắn mạch cho
lưới điện có máy biến áp.
6. Tại sao phải tính dòng ngắn mạch ổn định I


?
(kA) 1,26
50,35 3
110

X 3
U
I
9
N

N
2

35,50
9
1,12
8
N
2

8
6
25,30
1
(kA) 6,3
22
110
1,26 k * I I
NN(x)


(kA) 1,017
62,45 3
110

X 3
U
I
10
N

(kA) 5,08
22
110
1,017 k * I I
NN(x)

2,24
5
N
2

8
6
25,30
1
N
2

45,62

10
(kA) 9,51 1)-2(1,81*6,3 )12(k 1 I I
22
xkckxk

(kA) 7,67 1)-2(1,81*5,08 )12(k 1 I I
22
xkckxk

(kA) 16,03 6,3 *1,8 * 2 I k 2 i
ckxkxk

(kA) 12,93 5,08 *1,8 * 2 I k 2 i
ckxkxk

63
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
7. Vẽ sơ đồ khối diễn tả quá trình giải bài toán ngắn mạch duy trì (khi máy phát
điện không có TĐK)?
8. Cho sơ đồ như hình vẽ. Vẽ sơ đồ thay thế và tính dòng điện ngắn mạch trong
máy phát điện và tại chỗ ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên?






TÓM TẮT
Khi ngắn mạch trên lưới điện ba pha đơn giản có công suất vô cùng lớn:
1. Về phía không nguồn, các phụ tải không bị ảnh hưởng vì dòng lớn nhất đi

qua cũng chỉ là dòng làm việc cực đại

2. Về phía có nguồn, dòng ngắn mạch trong giai đoạn quá trình quá độ
(không là hình sin) gồm có hai thành phần: chu kỳ I
ck
và không chu kỳ I
kck

* Thành phần không chu kỳ sẽ tắt dần rất nhanh theo hàm mũ giảm dần.
* Thành phần chu kỳ (biến thiên hình sin) cũng chính là dòng ngắn mạch ổn
định I

trong giai đọan ổn định Hằng số tắt dần


3. Giá trị dòng điện ngắn mạch lớn nhất trong giai đoạn quá trình quá độ gọi là
dòng xung kích I
xk
; được tính thông qua I
ck
dòng chu kỳ và k
xk
hệ số xung
kích



4. Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch trong giai đoạn quá trình quá độ tại
một thời điểm t là quan hệ i
N

= f (t)
5. Cần phân biệt các dòng điện ngắn mạch: I” (dòng ngắn mạch siêu quá độ) ;
I
ck
(dòng ngắn mạch chu kỳ) ; I
ckm
(biên độ dòng ngắn mạch chu kỳ) ; I
xk

(dòng xung kích) ; I

(dòng ngắn mạch ổn định) ; I
N(t)
(dòng ngắn mạch toàn
phần) ; Cách xác định và phạm vi áp dụng chúng trong các vấn đề cụ thể
trong lưới điện như: Dòng điện I
xk
dùng để kiểm tra khí cụ điện về lực động
điện khi ngắn mạch ; Dòng điện I

dùng để kiểm tra khí cụ điện về ổn định
nhiệt khi ngắn mạch ;
6. Khi ngắn mạch khi bỏ qua dòng từ hóa, có thể thay thế máy biến áp bằng
điện trở và điện cảm để tính toán như mạch điện thông thường


2
i
xk
= k

xk
I
ck


I
xk
= I
ck
1 + 2 (k
xk
– 1)


2

1 ≤ ≤

I
ck

I
xk



3
1 ≤ k
xk
≤ 2

U
m

Z

C e

r .
t

L


i = sin (

t + a +
φ
N
) + = i
ck
+ i
kck


T
a
= =

r

L


r

X

i = i
o
e
t

T
a

/

6 kV
0,3 kA
X
K
% = 5


Xo = 0,08

/km
l = 8 km

N

31,5 MVA
10,5/121 kV
u
N
% = 10,5

15 MVA
110/ 6,6 kV
u
N
% = 10,5

l = 2,5 km
Xo = 0,4

/km
30 MVA
X”
d
= 0,26
E’
d
= 11 kV

~

64
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
IV. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG MẠNG ĐIỆN ÁP THẤP U  1000V

IV.1. Đặc điểm của mạng U

1000V
Tính ngắn mạch trong lưới điện U  1000V chủ yếu để lựa chọn khí cụ điện và
các bộ phận có dòng điện đi qua
Lưới điện U  1000V được cung cấp bằng các máy biến áp có công suất nhỏ
và trung bình S
đm
 1000 kVA, chỉ có trường hợp đặc biệt mới dùng máy biến áp có
công suất 1000 ÷ 1800 kVA. Vì máy biến áp có công suất bé nên tổng trở của nó
lớn, do đó hạn chế dòng điện ngắn mạch rất nhiều
Khi tính toán ngắn mạch trong lưới điện U  1000V, không cho phép bỏ qua
điện trở vì như vậy sẽ gây nên sai số lớn. Ta phải tính điện trở của tất cả các thành
phần như : máy biến áp, dây cáp, thanh góp, dây trên không, cuộn sơ máy biến
dòng, cuộn dây của Aptomát … điện trở tiếp xúc của các tiếp điểm …
Khi ngắn mạch trong lưới điện U  1000V, điện áp sơ cấp của máy biến áp
giảm đi rất ít, nên ta phải giả thiết điện áp bên sơ cấp của máy biến áp là không đổi.
Lúc tính dòng điện ngắn mạch, chỉ cần tính đến tổng trở của bản thân máy biến áp
và các thành phần bên hạ áp của nó, còn bên cao áp có thể bỏ qua
Nếu tổng trở bên thứ cấp của máy biến áp được coi là không đổi thì dòng điện
ngắn mạch chu kỳ không đổi trong quá trình ngắn mạch
Bỏ qua điện trở hồ quang để cho dòng điện ngắn mạch I
N
là cực đại
Việc tính toán dòng điện ngắn mạch trong mạng U  1000V
dùng hệ đơn vị có tên thì đơn giản hơn (vì có 1 cấp điện áp)
IV.2. Tổng trở các thành phần của mạng điện
a) Hệ thống
Hệ thống là chỉ chung các máy phát điện và các thành phần bên cao áp máy
biến áp phân phối

Tổng trở hệ thống Z
HT
được qui về bên hạ áp của máy biến áp, tính bằng (m)


Đối với hệ thống chỉ cần xét điện kháng của máy cắt dùng để cắt công suất
ngắn mạch S
N
của hệ thống
 U
tb
: điện áp trung bình tính toán của mạng hạ áp 0,22 kV ; 0,38 kV ; 0,6 kV
 S
cắt đm
(kVA) : công suất cắt định mức
 I
cắt đm
(kA) : dòng điện cắt định mức
Nếu không biết số liệu của hệ thống thì ta có thể bỏ qua X
HT
, nghĩa là điện áp
bên cao áp là hằng số như đã giả thiết như trên
b) Máy biến áp (MBA)



Z , R , X :

, m


U : kV, V
 : kA, A
S : kVA
U
tb
10
3



3


I
cắt đm

X
HT
=
=
(m)

U
tb
10
6

S
cắt đm

(5 – 22)
(5 – 23)

R = (m

)


P
N
U
đm
10
3

2

S
đm

2

X
=

(m)

10 U
X
%
U
đm
10
3

2



S
đm

65
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
 P
N
: tổn thất ngắn mạch của máy biến áp (W)
 U
đm
: điện áp định mức bên thứ cấp máy biến áp (kV)
 S
đm
: công suất định mức của máy biến áp (kVA)
 U
X
% : thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch U
N

%
 U
R
%: thành phần tác dụng của UN%





c) Đường dây và cáp
Điện kháng X có thể lấy gần đúng
 Đường dây trên không : xo = 0,3 ( / km) (m / m)
 Đường dây cáp hạ áp : xo = 0.07 ( / km) (m / m)
Điện trở R tính như sau:


 
Cu
= 18,8 (.mm
2
/ km) 
Al
= 31,5 (.mm
2
/ km):
d) Tổng trở các thành phần khác
Cuộn sơ máy biến dòng, điện trở tiếp xúc, thanh góp, … ta tra trong các phụ lục
IV.3. Thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch
Sau khi xác định được điện kháng và điện trở tổng hợp của mạch điện ta có thể
xác định được thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ba pha như sau:

Trong đó : U
tb
(V) - R

; X

(m)
Dòng điện xung kích






IV.4. Xét sự thay đổi dòng điện ngắn mạch do quá trình phát nóng của dây dẫn
Quá trình phát nóng của dây dẫn làm thay đổi điện trở mạch điện ngắn mạch.
Điều đó được xét đến một cách đơn giản bằng cách hiệu chỉnh.
Phương pháp hiệu chỉnh như sau:
U
X
% = U
N
%


–
U

R
%

2

2

(5 – 24)
U
R
%

=
=

2

10
3
S
đm


P
N
100

10 S
đm


P
N


(5 – 25)
(5 – 26)
l


S
r
0

= r
(/km) (m/m)

(5 – 27)
(3)

I
ck
= (A)

100 U
tb



3

S


R
2
+ X
2


S

(5 – 28)
i
xk
=
k
xk
I
ck
v
ớ
i

2

k
xk
= ( 1 + e )

0,01

T
a


T
a
=
X
S


r
S


(5 – 29)
0,02

T
a

1 +

1 + 2(k
xk

–
1)
2

I
xk
= I
ck
k
xk


1,3


I
xk
= I
ck
k
xk
< 1,3

66
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
 Theo dòng điện tìm được một cách gần đúng (lúc không xét ảnh hưởng của
quá trình phát nóng) và theo tiết diện của dây dẫn của mạch bị ngắn mạch, ta
tìm được điện trở của dây dẫn phát nóng.
 Sau đó tính tại dòng điện ngắn mạch nhưng với trị số điện trở đã thay đổi
 Trị số điện trở đã thay đổi có thể tính gần đúng

 r : điện trở dây dẫn ứng với nhiệt độ ban đầu C (m)
 F : tiết diện dây dẫn (mm2)
 m : hệ số vật liệu : đối với đồng lấy bằng 22 ; đối với nhôm lấy bằng 05
 I
ck
: dòng điện ngắn mạch lúc tính sơ bộ không xét đến sự phát nóng (kA)
 t : thời gian ngắn mạch (s)
Nếu X

của lưới điện ngắn mạch là bé (X

< 0,3 R

) thì có thể xem X

= 0

IV.5. Ảnh hưởng của động cơ không đồng bộ đặt gần điểm ngắn mạch
Khi xét đến ảnh hưởng của các động cơ không đồng bộ nối trực tiếp vào điểm
ngắn mạch, thì giá trị dòng điện ngắn mạch, dòng điện xung kích do hệ thống và các
động cơ điện cung cấp:



 I
đmĐC
: tổng dòng điện định mức các động cơ nối trực tiếp với điểm ngắn mạch

 I
NHT
: dòng điện ngắn mạch do phía hệ thống cung cấp cho điểm ngắn mạch
IV.6. Ví dụ
Cho sơ đồ như hình vẽ. Tính I
N
tại điểm N
1
, N
2
, N
3
(ba điểm ngắn mạch độc
lập). Máy biến áp được cung cấp từ hệ thống vô cùng lớn X
HT
= 0. Cho biết tham số
các phần tử như sau:







Dây cáp dài 200m loại (3 x 25 + 1 x 16) mm
2
; 3 pha 4 dây
Máy biến dòng TI: 3600 / 5 (A) đặt trên 3 pha (sao đủ)
Cầu dao P
1

: 600 (A) ; P
2
: 400 (A) và Aptomát có U
đm
= 600 (V)

MBA
1000 kVA
u
N
% = 5,5
P
N
= 15 kW
Đ
1
,Đ
2
,Đ
3

P
đmĐC
= 200 kW

ĐC
= 94%
U
đm
= 380 V

cos = 0,91

TG1
Bằng đồng
F = 6  60 mm
2

l
1
= 8 m
a = 240 mm

TG2
Bằng đồng
F = 6  60 mm
2

l
2
= 1 m
a = 240 mm

TG3
Bằng đồng
F = 4  40 mm
2

l
3
= 2,5 m

a = 240 mm
(5 – 30)
R’
=
R 1 +

2

F

I
ck

m . t

1 + 0,04
o

I
ck
= I
NHT
+ 4,5 I
đmĐC

(5 – 31)

i
xk
=

(k
xk

I
NHT
+ 4,5 I
đmĐC
)

= k
xk

I
NHT
+
6
,5 I
đmĐC

(5 – 32)

2

2

67
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Ngắn mạch tại N
1

 Điện trở máy biến áp














 Điện kháng máy biến áp




 Điện trở và điện kháng thanh góp TG1 tra bảng phụ lục

a
tb
= 1,26 a = 1,26 . 240 = 300mm
r
TG1
= 8 r
o
= 8 . 0,056 = 0.448 (m)
X
TG1
= 8 r
o
= 8 . 0,189 = 1,5 (m)
 Điện trở tiếp xúc cầu dao P
1
= 600 (A)
Tra bảng phụ lục r
P1
= 0,15 (m)
 Tổng điện trở đối với điểm ngắn mạch N
1

R
1
= r
B
+ r
TG1
+ r
P1

= 2,4 + 0.448 + 0.15 = 2,998 (m)
 Tổng điện kháng đối với điểm ngắn mạch N
1

X
Σ1
= X
B
+ X
TG1
= 8,46 + 1,5 = 9,96 (m)
 Tổng tổng trở đối với điểm ngắn mạch N
1



 Dòng điện ngắn mạch tại điểm N
1



r
BA

X
BA

X
HT
= 0

X
TG1

r
TG1

r
P1

N
1

Sơ đ
ồ thay thế khi
ngắn mạch tại N
1

400 V

TG2

N
1

P
1

TG1

22 kV
BA

T


P
2



Đ
1



TG3

A
1

A
2
A
3

N
2

N

3


Đ
2


Đ
3

r
B*


= = = = 0,015

r
B


= = 2,4 (m)
100

u
R
%

S
đm


P
N


1000

15

1000

0,015 . 400
2

0,053 0,015 - 0,055 r -
100
%u
X
222
* B
2
)
(
N
* B

)(m 8,46
1000
400*0,053

X
2
B

)(m 10,4 96,92,998 XR Z
2222


(kA) 22,2
10,4 3
400

Z 3
U
I
đm
N1


68
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
 Tính dòng xung kích

Tra đường cong hệ số, tìm được k
xk
= 1,41



 Nếu xét đến ảnh hưởng của động cơ

Dòng điện tăng 15,4% so với lúc bỏ qua ảnh hưởng của động cơ

a) Ngắn mạch tại N
2
và N
3
:
Học sinh tự làm

TÓM TẮT VÀ ÔN TẬP PHẦN IV

TÓM TẮT
Tính toán ngắn mạch trong lưới điện U > 1000V để lựa chọn khí cụ điện và
các bộ phận có dòng điện đi qua
Khi tính toán ngắn mạch trong lưới điện U > 1000V, không cho phép bỏ qua
điện trở vì như vậy sẽ gây nên sai số lớn và phải tính điện trở của tất cả
các thành phần như : máy biến áp, dây cáp, thanh góp, dây trên không,
cuộn sơ máy biến dòng, cuộn dây của Aptomát … điện trở tiếp xúc của các
tiếp điểm …
Khi ngắn mạch trong lưới điện U > 1000V, điện áp sơ cấp của máy biến áp
giam đi rất ít, nên ta phải giả thiết điện áp bên sơ cấp của máy biến áp là
không đổi và dòng điện ngắn mạch chu kỳ không đổi trong quá trình ngắn
mạch
Bỏ qua điện trở hồ quang để cho dòng điện ngắn mạch I

N
là cực đại
Khi tính toán dòng điện ngắn mạch trong mạng U > 1000V nên dùng hệ đơn
vị có tên
Cần xét đến ảnh hưởng của các động cơ không đồng bộ nối trực tiếp vào
điểm ngắn mạch, vì nó sẽ làm tăng dòng ngắn mạch lên
Làm lại và làm hết bài tập ví dụ


0

0,5



1

10 20 30 40
2

1,8
1,6
1,4
1,2
1
k
xk
X/r

T

a
(s)

Đư
ờng cong hệ số xung kích
k
xk
và hệ số của hằng số thời
gian T
a
(hay t
ỉ số X/r)

3,31
3
9,96

R
X

1
1



(kA) 44,4 22,2 *1,41 * 2 I k 2 i
ckxkxk

(kA) 16,1 1)-2(1,411*22,2 I
2

xk

(kA) 1,06
0,91*0,94*380* 3
200*3

cos U 3
S
I
ĐCđm
ĐĐ3 đm
DC đm



(kA) 51,16 1,06*6,5 22,2 *1,41 * 2 I 6,5 I k 2 i
đmĐCckxkxk

69
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TỐN NGẮN MẠCH
V. HẠN CHẾ DỊNG ĐIỆN NGẮN MẠCH TRONG CÁC TRANG BỊ ĐIỆN
V.1 Khái niệm chung
Trong hệ thống điện và các mạng điện, dòng điện ngắn mạch có những trị số
rất lớn như đã khảo sát ở phần trên. Do vậy người ta phải dùng những biện pháp
nhân tạo nhằm hạn chế dòng điện ngắn mạch để sử dụng được các thiết bị rẻ tiền
hơn, gọn nhẹ hơn hoăc dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn
V.2 Các phương pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch thường dùng
a) Hạn chế dòng điện ngắn mạch bằng cách cho các đường dây của lưới điện hoặc
trạm biến áp làm việc riêng lẻ. Đây là hình thức làm tăng tổng trở của mạng điện
hay trạm biến áp nhằm làm giảm dòng điện ngắn mạch

b) Đấu nối tiếp vào mạng điện những điện trở phụ, thơng thường là kháng điện
 Kháng điện là một cuộn dây có điện trở tác dụng bé. Các phần của cuộn dây
được cách điện với nhau và tồn bộ cuộn dây được cách điện với đất. Cuộn
dây được ghép chặt trên một khung bằng vật liệu cách điện. Kháng điện được
đấu nối tiếp vào mạch điện
 Kháng điện được chế tạo khơng có lõi thép để cho điện cảm X
KL
của nó khơng
phụ thuộc vào dòng điện chạy trong các vòng dây của kháng điện.
 Bên cạnh tác dụng hạn chế dòng ngắn mạch và giữ điện áp trên thanh góp,
kháng điện có nhược điểm là gây tổn thất điện áp khi làm việc bình thường. Vì
vậy cần chọn X
K
% sao cho vừa hạn chế dòng điện ngắn mạch, vừa bảo đảm
được tổn thất điện áp khơng q 1,5  2% so với điện áp định mức khi làm việc
bình thường
 Kháng điện có thể chế tạo với điện áp cần thiết bất kỳ. Với các thiết bị điện
trong nhà có U ≤ 35 kV thường dòng kháng điện kiểu khơ (kiểu béton, kiểu gỗ)
làm mát bằng khơng khí. Dùng rộng rãi nhất là kháng điện béton: có cấu tạo
đơn giản, giá thành thấp, tính bảo đảm làm việc khá cao
 Đối với trang bị điện ngồi trời U > 35 kV dùng kháng điện làm mát bằng dầu

 Kháng điện đặt ở trạm biến áp cho phép hạn chế dòng ngắn mạch trên thanh
góp cũng như đường dây nhưng cần lưu ý X
K
% được chọn sao cho bảo đảm
chất lượng điện áp và giảm tổn thất điện năng
S
HT
Đường dây

Trạm biến áp

70
PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Hình 5 – 9 : Kháng điện đặt trong trạm biến áp

Hình 5 – 10 : Cuộn kháng giới hạn dòng – ba pha, 154kV – 14% – 1200A, làm
mát cưỡng bức dầu và không khí đối lưu tự nhiên (OFAN) – công suất 40MVAr