tính ngắn mạch trong mạng điện xí nghiệp công nghiệp

Chư¬ng 5

TÍNH NGẮN MẠCH TRONG MẠNG ĐIỆN XNCN
8:50 AM
1
8:50 AM
2
Ngắn mạch là gì?





Nguyên nhân gây ra ngắn mạch:
 Cách điện già hóa
 Quá điện áp nội bộ và quá điện áp khí quyển,
 Thao tác nhầm lẫn,
 Các nguyên nhân khác.

KHÁI NIỆM CHUNG
8:50 AM
3

Ngắn mạch gây ra những ảnh hưởng gì cho thiết bị và HTĐ?

Phát nóng cục bộ gây hư hỏng thiết bị, cháy nổ
Sinh ra lực cơ khí lớn làm biến dạng thanh dẫn, vỡ sứ, tụt vòng dây…
Gây sụt áp lưới điện làm cho ĐC ngừng quay,
Mất cân bằng công suất dẫn đến mất ổn định HT, gián đoạn cung cấp
điện,
Nhiễu loạn đường dây thông tin…

KHÁI NIỆM CHUNG

Tính toán ngắn mạch để làm gì?

Lựa chọn trang thiết bị phù hợp,
Tính toán, chỉnh định bảo vệ rơ le và các thiết bị bảo vệ khác,
Lựa chọn sơ đồ thích hợp để giảm dòng điện ngắn mạch,
Lựa chọn các thiết bị hạn chế dòng điện ngắn mạch,
Phân tích quá trình điện từ và điện cơ.

8:50 AM
4
KHÁI NIỆM CHUNG
Hệ thống 3 pha đối xứng:

u
A
= U
m
sin( t + );
u
B
= U
m
sin( t + - 120
0
);
u
C
= U

m
sin( t + + 120
0
);

8:50 AM
5


i
A
= I
m
sin( t + - );
i
B
= I
m
sin( t + - - 120
0
);
i
C
= I
m
sin( t + - + 120
0
);

CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

- Phía không nguồn:




8:50 AM
6
CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH


- Phía có nguồn:




- Nghiệm của phương trình có dạng



8:50 AM
7
tdck
T
t
N
N
m
A
iie.C)t(Sin.
Z

U
i
CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH
- Hằng số C:

- Dòng điện ngắn mạch có dạng:



8:50 AM
8
CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH





- Dòng điện xung kích


8:50 AM
9
21e1k
T
01,0
xk
Nmxk
T
01,0
Nm

T
01,0
)0(tdNmxk
I.ke1Ie.IIi
aa
CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH



 Khi ngắn mạch trên thanh cái lấy điện trực tiếp từ máy phát có
công suất trung bình và lớn lấy K
xk
= 1,8 1,9;

 Khi ngắn mạch trong mạng điện cao áp (>1000V), bỏ qua điện trở
của các phần tử thì lấy K
xk
= 1,5 1,6;

 Khi ngắn phía mạch thứ cấp máy biến áp phân phối có công suất
đến 1000kVA thì lấy K
xk
=1,3.
8:50 AM
10
21e1k
T
01,0
xk
CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

 Trị hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch:


 Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích:


 Với I” là dòng điện ngắn mạch siêu quá độ:



 Công suất ngắn mạch S
N
:
8:50 AM
11
)t(I)t(I)t(I
2
td
2
CKN
)01,0(I"II
2
td
2
xk
2
I
"I
Nm
2

xk
22
xk
2
xk
)1k(21"I"I)1k(2"II
CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH
 Hệ đơn vị định mức: U
đm
; I
đm
; S
đm


 Hệ đơn vị tương đối định mức:



 Hệ đơn vị cơ bản:

 Hệ đơn vị tương đối cơ bản:
8:50 AM
12
cb
2
cb
cb
cb
cb

S
U
I.3
U
Z
;
I
I
I;
U
U
U
cb
)cb(*
cb
)cb(*
cb*cb*
cbcb
cb
cb*
2
cb
cb
cb
cb*
I.U
IU3
UI3
S
S

S ;
U
S
Z.
Z
Z
Z
CÁC HỆ ĐƠN VỊ TRONG TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH



 Chọn công suất và điện áp cơ bản:

Công suất: S
cb
= 10, 100, 1000 kVA

Điện áp cơ bản U
cb

8:50 AM
13
U
đm
(kV)

6 10
22
35 110

220

U
cb
(kV)

6,3

10,5
23
37 115

230

CÁC HỆ ĐƠN VỊ TRONG TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Xét mạng điện có nhiều cấp điện áp như hình vẽ:







- Chọn cấp điện áp cơ sở (cấp điện áp có điểm ngắn mạch), các cấp
điện áp khác qui đổi về cấp cơ sở.

U
1
= k
1

.k
2
.U
cb3
; k
1
=U
1
/U
2
; k
2
=U’
2
/U
3






8:50 AM
14
N
F
X
*cbF

U

cb3

X
*cbBA
1

X
*cbd1
X
*cbBA2

F
d
BA1
BA2
U
tb1
U
tb2
U
tb3
I
N
N
LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ




- Nếu chọn U

cb
của cấp cơ sở theo điện áp trung bình định mức
(U
tb
) thì điện áp cơ bản của các cấp khác được qui đổi như sau:



Như vậy, khi qui đổi điện áp cơ bản ở các cấp về điện áp cơ bản của cấp
cơ sở sẽ chính bằng điện điện áp trung bình định mức của cấp đó.
VD: Nếu chọn U
cb3
= U
tb3
thì U
cb1
và U
cb2
sau khi đã qui đổi sẽ là:

U
cb1
= U
tb1
và U
cb2
= U
tb2

8:50 AM
15
F
d
BA1
BA2
U
tb1
U
tb2
U
tb3
I
N
N
LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ
1tb
3tb
2tb
2tb
1tb
3tb1cb
U
U
U
.
U
U
.UU

Đường dây tải điện



Máy phát, máy bù đồng bộ, động cơ đồng bộ và không đồng bộ

- Tính chính xác:



- Tính gần đúng (coi U
đm
= U
tb
= U
cb
)





8:50 AM
16
THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ
2
cb
đm
đm
cb

dcb*
U
U
.
S
S
."XX
đm
cb
dcb*
S
S
."XX
2
cb
cb
00
2
cb
cb
cb*
U
S
.)jxr(
U
S
ZZ 
Máy biến áp 2 cuộn dây:
- Tính chính xác:

- Tính gần đúng:



=>

Chú ý: Nếu MBA có S
đm
650 kVA bỏ qua R
*BA(cb)
coi X
*BA(cb)
=Z
*BA(cb)


8:50 AM
17
THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ
2
cb
cb
đm
2
đmN
)cb(BA*
2
cb

cb
2
đm
2
đm
N)cb(BA*
U
S
S
U
.
100
%U
Z;
U
S
.
S
U
.PR
đm
cbN
)cb(BA*
2
đm
cb
N)cb(BA*
S
S
.

100
%U
Z;
S
S
.PR
2
)cb(BA*
2
)cb(BA*)cb(BA*
RZX
Máy biến áp 3 cuộn dây:

8:50 AM
18
THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ
đmH
cbNH
H)cb(BA*
2
cbH
cb
đmH
2
đmHNH
H)cb(BA*
đmT
cbNT
T)cb(BA*
2

cbT
cb
đmT
2
đmTNT
T)cb(BA*
đmC
cbNC
C)cb(BA*
2
cbC
cb
đmC
2
đmCNC
C)cb(BA*
S
S
.
100
%U
X;
U
S
S
U
.
100
%U
X

S
S
.
100
%U
X;
U
S
S
U
.
100
%U
X
S
S
.
100
%U
X;
U
S
S
U
.
100
%U
X
Kháng điện:

Trong ddo:

8:50 AM
19
THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ
dm
cb
K
)cb(K*
dm
cb
cb
dm
K
cb
cb
dm
dm
K
)cb(K*
I
I
.
100
%X
X;
I

I
.
U
U
.
100
%X
U
I3
.
I3
U
.
100
%X
X
phadm
dm
K
U
I.L
%X
- Nhánh nối tiếp:



- Nhánh song song:

8:50 AM
20

BIẾN ĐỔI ĐẲNG TRỊ SƠ ĐỒ
X
1
X
2
X
n

n2
1
đt
X XXX
X
đt

X
2

X
1

X
n

n2
1
đt
X
1

X
1
X
1
X
1
X
đt

- Nhánh nối tiếp:



- Nhánh song song:

8:50 AM
21
BIẾN ĐỔI ĐẲNG TRỊ SƠ ĐỒ
X
1
X
2
X
n

n2
1
đt
X XXX
X

đt

X
2

X
1

X
n

n2
1
đt
X
1

X
1
X
1
X
1
X
đt

22
BiÕn ®æi s¬ ®å h×nh sao thµnh tam gi¸c:

BiÕn ®æi s¬ ®å tam gi¸c thµnh sao:


3
21
2112
X
XX
XXX
2
31
3113
X
XX
XXX
1
32
3223
X
XX
XXX
231312
1312
1
XXX

XX
X
231312
2312
2
XXX
XX
X
231312
2313
3
XXX
XX
X
1
3
2
X
1

X
3

X
2

1
3 2
X
12

X
13

X
23

8:50 AM
BIẾN ĐỔI ĐẲNG TRỊ SƠ ĐỒ
23

Các nhánh có nguồn

8:50 AM
BIẾN ĐỔI ĐẲNG TRỊ SƠ ĐỒ
E
1
E
n

X
n+1

E
đt

X
1

X

2

X
n

X
đt

X
n+1

E
đt

X

E
1
E
n

X
I

X
II

X
N

n
1i
i
n
21
dt
YY YYY
n
1i
i
n
1i
ii
n
1
nn
11
dt
Y
YE
Y Y
YE YE
E
1n
1i
i1n1I
Y.X.XX
1n
1i
i1nnN

Y.X.XX
24

Tách, nhập các nhánh có nguồn

6
1
2
3
4
5
7
E
1

E
2

3 4
6
7
2
8
E
1

E
2

4

7
2
9
E
1

E
2

7
10
E

X
E
1 2
3
4
5
6
7
E
1

E
2

8:50 AM
BIẾN ĐỔI ĐẲNG TRỊ SƠ ĐỒ
25

~ ~ ~
N
1
B
1
37kV
6,3kV
N
2

a)
B
2
B
3
K
F
3
F
2
F
1
220kV
N
3
X
B
3

X

F

X
F
X
F

X
K

X
C

X
H

X
T

X
C

X
H

X
T

N
3

X
C
/2
b)
X
H
/2
X
T
/2
X
F
/2
X
F

X
B3

N
1
N
2
c)
8:50 AM
BIẾN ĐỔI ĐẲNG TRỊ SƠ ĐỒ

Gập đôi sơ đồ.