Tính toán ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện

LêLê ViệtViệt TiếnTiến
EPSDEPSD, SEE, , SEE, HUSTHUST
1.1. KháiKhái niệmniệm chungchung
2.2.
CácCác
hệhệ
đơnđơn
vịvị
dùngdùng
trongtrong
tínhtính
toántoán
NỘI DUNGNỘI DUNG
2.2.
CácCác
hệhệ
đơnđơn
vịvị
dùngdùng
trongtrong
tínhtính
toántoán
ngắnngắn mạchmạch
3.3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
1. 1. KháiKhái niệmniệm chungchung
••
HiệnHiện tượngtượng ngắnngắn mạchmạch
((TiêuTiêu chuẩnchuẩn IEC 60 909)IEC 60 909)::
R
k
L

k
R
i
k
i
b
t)
u
(
K
R
k
, X
k
: Tổng trở ngắn mạch
R, X : Tổng trở lưới và tải
i
k
: Dòng ngắn mạch
i”
:
Thành
phấn
siêu
quá
độcủa
i
L
t)
u

(
)sin(2 ψ+ω××=×+× tU
dt
di
LRi
k
kkk
−
+=
kkk
iii
''
~
i”
k~
:
Thành
phấn
siêu
quá
độcủa
i
k
i
k-
: Thành phần quá độ của i
k
Trong đó









=ϕ
k
k
k
R
X
arctan
)]sin()[sin(
2
22
k
t
k
kk
g
et
XR
U
ϕ−ψ−ϕ−ψ+ω
+
−=
τ
L
R

g
=τ
1. 1. KháiKhái niệmniệm chungchung
••
PhânPhân loạiloại
NgắnNgắn mạchmạch xaxa nguồnnguồn
(a),
rGk
II ×< 2
"
I
I
I
=
=
"
kak
I
I
I
=
=
"
Ngắn mạch gần
nguồn (b),
or
rGk
II ×> 2
"
kak

III >>
"
or
(
I
rG
: dòng điện của
nguồn)
1. 1. KháiKhái niệmniệm chungchung
••
CácCác dạngdạng ngắnngắn mạchmạch
: :
––
NgắnNgắn mạchmạch câncân bằngbằng
: :
NgắnNgắn mạchmạch baba phapha hoặchoặc
vớivới cápcáp (3(3φφ))
Dạng ngắn
mạch
Xác xuất xuất
hiện
XácXác xuấtxuất xuấtxuất hiệnhhiệnh cáccác
hiệnhiện tượngtượng ngắnngắn mạchmạch
––
NgắnNgắn mạchmạch khôngkhông câncân
bằngbằng
::
HaiHai phapha (L(L L)L)
HaiHai phapha chạmchạm đấtđất (2 LG)(2 LG)
MộtMột phapha chạmchạm đấtđất (SLG)(SLG)

NM SLG 70%
NM L-L 15%
NM 2 LG 10%
NM 3φ
5%
1. 1. KháiKhái niệmniệm chungchung
••
NguyênNguyên nhânnhân ngắnngắn
mạchmạch
: :
–– LãoLão hóahóa cáchcách điệnđiện
hoặchoặc táctác độngđộng nhiệtnhiệt
làmlàm
hỏnghỏng
cáchcách
điệnđiện
Sét đánh
Cây
Hỏng thiết bị
Động vật
Gió
làmlàm
hỏnghỏng
cáchcách
điệnđiện
củacủa thiếtthiết bịbị
–– TácTác độngđộng cơcơ khíkhí do do
con con ngườingười, , súcsúc vậtvật, ,
giógió bãobão
–– SétSét đánhđánh vàovào hệhệ

thốngthống điệnđiện
–– ThaoThao táctác nhầmnhầm trongtrong
vậnvận hànhhành hệhệ thốngthống
điệnđiện
Gió
Bụi
Tai nạn
Băng/tuyết
Tác động do xây dựng
Phá hoại
Khác
1. 1. KháiKhái niệmniệm chungchung
••
TácTác độngđộng
::
–– MấtMất ổnổn địnhđịnh hệhệ thốngthống điệnđiện, , gâygây sựsự cốcố mấtmất điệnđiện lanlan tràntràn
–– GâyGây nhiễunhiễu cáccác đườngđường dâydây liênliên lạclạc
–– TácTác độngđộng nhiệtnhiệt: : tạotạo rara xungxung lượnglượng nhiệtnhiệt lớlớ ((thậmthậm chíchí hồhồ
quangquang
) )
sẽsẽ
đốtđốt
nóngnóng
vàvà
pháphá
hủyhủy
cáchcách
điệnđiện
quangquang
) )

sẽsẽ
đốtđốt
nóngnóng
vàvà
pháphá
hủyhủy
cáchcách
điệnđiện
–– TácTác độngđộng cơcơ họchọc: : tạotạo rara xungxung lựclực điệnđiện độngđộng pháphá hủyhủy cáccác kếtkết
cấucấu cơcơ khíkhí củacủa thiếtthiết bịbị điệnđiện
••
MụcMục đíchđích củacủa tínhtính toántoán ngắnngắn mạchmạch
::
–– LựaLựa chọnchọn vàvà kiểmkiểm tratra thiếtthiết bịbị điệnđiện
–– ThiếtThiết kếkế, , tínhtính toántoán chỉnhchỉnh địnhđịnh cáccác hệhệ thốngthống bảobảo vệvệ rơrơ lele
–– PhânPhân tíchtích ổ ổ địnhđịnh độngđộng
–– ĐánhĐánh giágiá chấtchất lượnglượng điệnđiện năngnăng
2. 2. HệHệ đơnđơn vịvị tươngtương đốiđối cơcơ bảnbản
••
ĐịnhĐịnh nghĩanghĩa
: : CácCác đạiđại lượnglượng đượcđược biểubiểu diễndiễn bằngbằng trịtrị sốsố tươngtương
đốiđối cơcơ bảnbản
Giá trị thực (đơn vị có tên)
Đại lượng cơ bản được chọn trong cùng đơn vị
Giá p.u. =
••
CácCác đạiđại lượnglượng
: : DòngDòng điệnđiện (I), (I), điệnđiện ápáp (V), (V), côngcông suấtsuất biểubiểu
kiếnkiến (S) (S) vàvà tổngtổng trởtrở (Z) (Z) trongtrong hệhệ thốngthống baba phapha
b

pu
V
V
V =
b
pu
I
I
I =
b
pu
S
S
S =
b
pu
Z
Z
Z =
;; ;;
;;
bbb
VIS ××= 3
b
b
b
V
S
I
×

=
3
b
b
b
S
V
Z
2
=
2. 2. HệHệ đơnđơn vịvị tươngtương đốiđối cơcơ bảnbản
••
MốiMối liênliên hệhệ giữagiữa cáccác hệhệ đơnđơn vịvị tươngtương đốiđối cơcơ bảnbản kháckhác
nhaunhau
: :
••
HệHệ
đơnđơn
vịvị
cócó
têntên
: :
2'
2'
'
b
b
b
b
pupu

V
V
S
S
ZZ ××=
: : HệHệ đơnđơn vịvị cũcũ
: : HệHệ đơnđơn vịvị mớimới
pu
Z
'
pu
Z
••
HệHệ
đơnđơn
vịvị
cócó
têntên
: :
V (V), I (A), S (VA), Z (Ohm).V (V), I (A), S (VA), Z (Ohm).
•• TiêuTiêu chuẩnchuẩn : IEC 60909: IEC 60909
•• PhươngPhương pháppháp tínhtính toántoán
ngắnngắn mạchmạch: :
NguồnNguồn
điệnđiện
ápáp
thaythay
thếthế
đặtđặt
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch

3.1. 3.1. TổngTổng quanquan chungchung
NguồnNguồn
điệnđiện
ápáp
thaythay
thếthế
đặtđặt
tạitại vịvị trítrí ngắnngắn mạchmạch
Điện áp định mức của hệ thốngV
n
HệHệ sốsố điệnđiện ápáp cc
trong tính toán
Dòng ngắn mạch lớn
nhất (c
max
)
Dòng ngắn mạch
nhỏ nhất (c
min
)
Hạ áp (100V đến 1000V)
Sai số +6%
Sai số +10%
1.05
1.1
0.95
0.95
Trung áp và cao áp (1kV đến
550kV)
1.1 1

•• CácCác giảgiả thiếtthiết
–– NgắnNgắn mạchmạch trongtrong hệhệ thốngthống cungcung cấpcấp điệnđiện
–– BỏBỏ qua qua bãobão hòahòa từtừ ((khikhi đóđó điệnđiện khángkháng củacủa phầnphần tửtử làlà hằnghằng sôsô
vàvà mạchmạch điệnđiện làlà tuyếntuyến tínhtính).).
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.1. 3.1. CácCác giảgiả thiếtthiết
–– BỏBỏ qua qua ảnhảnh hưởnghưởng củacủa cáccác phụphụ tảitải tĩnhtĩnh vàvà cáccác phụphụ tảitải độngđộng cócó
côngcông suấtsuất nhỏnhỏ. .
–– BỏBỏ qua qua táctác dụngdụng củacủa cáccác thôngthông sốsố cócó trịtrị sốsố bébé nhưnhư tổngtổng dẫndẫn
củacủa đườngđường dâydây, , mạchmạch từtừ hóahóa máymáy biếnbiến ápáp, , điệnđiện trởtrở dâydây quấnquấn
máymáy phátphát, , máymáy biếnbiến ápáp vàvà mộtmột sốsố đườngđường dâydây caocao ápáp
–– HệHệ thốngthống sứcsức điệnđiện độngđộng baba phapha củacủa nguồnnguồn làlà đốiđối xứngxứng
••
SơSơ đồđồ thaythay thếthế hệhệ thốngthống baba phapha
–– HệHệ thốngthống::
"
2
kQ
nQ
Q
S
Uc
Z
×
=
Hệ thống
Q
Q
Z
X

=
)
35
(
kV
V
>
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.3. 3.3. TổngTổng trởtrở cáccác thiếtthiết bịbị
Q
R
S
X
S
Q
"
kQ
S
nQ
U
: Công suất ngắn mạch cân
bằng.
: Tổng trở của hệ thống
: Hệ số điện áp (IEC 60 909-0)
Q
Z
"
kQ
S
c

Q
Q
Z
X
=
)
35
(
kV
V
n
>
QQ
ZX
×
=
995.0
)35( kVV
n
≤
••
SơSơ đồđồ thaythay thếthế hệhệ thốngthống 3 3 phapha
–– ĐộngĐộng cơcơ đồngđồng bộbộ::
''
dGG
jXRZ +=
:
Điện
kháng
'

'
X
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.3. 3.3. TổngTổng trởtrở cáccác thiếtthiết bịbị
''
12.0
dG
XR ×=
Đối với máy phát hạ áp.
''
05.0
dG
XR ×=
Đối với máy phát cao áp (>1kV).
(
)
MVAS
rG
100
≥
''
7.0
dG
XR ×=
(
)
MVAS
rG
100
<

:
Điện
kháng
'
'
d
X
••
SơSơ đồđồ thaythay thếthế hệhệ thốngthống baba phapha
–– ĐộngĐộng cơcơ khôngkhông đồngđồng bộbộ::
rM
rM
rMan
M
S
U
II
Z
2
/
1
×=
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.3. 3.3. TổngTổng trởtrở cáccác thiếtthiết bịbị
rr
rM
rM
P
S
ϕ×η

=
cos
Z
M
: Tông trở động cơ
U
rM
: Điện áp
I
rM
: Dòng điện
S
rM
: Công suất
P
rM
: Công suất tác dụng
I
an
/I
rM
: Hệ số
••
TổngTổng trởtrở củacủa hệhệ thốngthống baba phapha
–– TổngTổng trởtrở đườngđường dâydây vàvà máymáy biếnbiến ápáp đượcđược tínhtính toántoán giốnggiống nhưnhư
trongtrong đánhđánh giágiá dòngdòng côngcông suấtsuất ((ChươngChương 5). 5).
–– BỏBỏ qua qua thànhthành phầnphần cócó tổngtổng trởtrở nhỏnhỏ trongtrong tínhtính toántoán
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.3. 3.3. TổngTổng trởtrở cáccác thiếtthiết bịbị
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch

3.5. 3.5. PhươngPhương pháppháp thànhthành phầnphần đốiđối xứngxứng
=
1R
N
1
S
N
N
2R
N
2S
N
N
0R
N
0S
N
0T
N
R
N
S
N
+ +
Thứ tự
nghịch
Thứ tự
không
1
S

N
1T
N
2T
N
T
N
2
2
10210
21
2
0210
210
TTTTTTT
SRRSSSS
RRRR
NaNaNNNNN
NaNaNNNNN
NNNN
&&&&&&&
&&&&&&&
&&&&
++=++=
++=++=
++=











×










=










2
1

0
2
2
1
1
111
R
R
R
T
S
R
N
N
N
aa
aa
N
N
N
&
&
&
&
&
&











×










×=










T
S

R
R
R
R
N
N
N
aa
aa
N
N
N
&
&
&
&
&
&
2
2
2
1
0
1
1
111
3
1
o
j

eja
120
2
3
2
1
=+−=
Hệ thống 3 pha
không đối xứng
Thứ tự
thuận
3. Fault calculations3. Fault calculations
3.5. 3.5. PhươngPhương pháppháp thànhthành phầnphần đốiđối xứngxứng
••
TổngTổng
trởtrở
thứthứ
tựtự
thuậnthuận
(Z(Z
): ):
TổngTổng
trởtrở
củacủa
thiếtthiết
bi bi
trongtrong
sơsơ
đồđồ
thaythay

••
TổngTổng
trởtrở
thứthứ
tựtự
thuậnthuận
(Z(Z
11
): ):
TổngTổng
trởtrở
củacủa
thiếtthiết
bi bi
trongtrong
sơsơ
đồđồ
thaythay
thếthế 3 3 phapha
•• TổngTổng trởtrở thứthứ tựtự nghịchnghịch (Z(Z
22
): ): GiốngGiống nhưnhư thứthứ tựtự thuậnthuận ((khikhi khôngkhông
tảitải). ). TổngTổng trởtrở kháckhác khikhi độngđộng cơcơ cócó tảitải
•• TổngTổng trởtrở thứthứ tựtự khôngkhông (Z(Z
00
): ): hệhệ thốngthống điểmđiểm trungtrung tínhtính ((chocho cápcáp
ngầmngầm, …), …)
•• NgắnNgắn mạchmạch baba phapha (U(U
RR
=U=U

SS
=U=U
TT
=0, I=0, I
RR
+I+I
SS
+I+I
TT
=0) =0)
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.6. 3.6. DòngDòng điệnđiện ngắnngắn mạchmạch
1
"
3
.3
.
Z
Uc
I
n
k
=
LTQ
ZZZZ
1111
+
+
=
(

)
(
)
2
111
2
1111 LTQLTQ
XXXRRRZ +++++=
⇒
•• NgắnNgắn mạchmạch 2 2 phapha chạmchạm đấtđất (I(I
RR
=0, I=0, I
SS
=I=I
TT
, U, U
SS
=U=U
TT
=0) =0)
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.6. 3.6. DòngDòng điệnđiện ngắnngắn mạchmạch
01
"
2
2
3
ZZ
Uc
I

n
EkE
+
=
TSEkE
III +=
"
2
•• NgắnNgắn mạchmạch 2 2 phapha (I(I
RR
=0, I=0, I
SS
== II
TT
, U, U
SS
=U=U
TT
=0) =0)
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.6. 3.6. DòngDòng điệnđiện ngắnngắn mạchmạch
21
"
2
.
ZZ
Uc
I
n
k

+
=
0
0
=
U
0
0
=
I
"
3
2
3
k
I=
•• NgắnNgắn mạchmạch 1 1 phapha chạmchạm đấtđất (I(I
SS
=I=I
TT
=0, U=0, U
RR
=0) =0)
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.6. 3.6. DòngDòng điệnđiện ngắnngắn mạchmạch
01
"
1
2
33

ZZ
Uc
I
n
k
+
=
S
n
k
Z
Uc
I
3
.
min
"
min1
=
–– DòngDòng ngắnngắn mạchmạch nhỏnhỏ nhấtnhất
•• NgắnNgắn mạchmạch tạitại trướctrước độngđộng cơcơ khôngkhông đồngđồng bộbộ
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.6. 3.6. DòngDòng điệnđiện ngắnngắn mạchmạch
–– IEC 60909 IEC 60909 ⇒⇒ SựSự ảnhảnh hưởnghưởng củacủa
độngđộng cơcơ khôngkhông đồngđồng bộbộ cócó thểthể bỏbỏ
qua qua nếunếu
"
"
⋅
≤

"
"
05.0
kQkM
II
⋅
≤
rM
rM
n
rM
an
M
n
k
I
U
Uc
I
I
Z
Uc
I ⋅⋅==
2
"
min1
.
3
.
•• DòngDòng điệnđiện ngắnngắn mạchmạch đỉnhđỉnh ((ii

PP
))
"
2
kP
Ii ⋅κ=
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.6. 3.6. DòngDòng điệnđiện ngắnngắn mạchmạch
κ
:
Hệ
số
dòng
đỉnh
ban
đầu
κ
:
Hệ
số
dòng
đỉnh
ban
đầu
Chú ý:
κ<1.4: Đối với lưới bình
thường
1.8<κ<2.04: Phía dưới hạ áp
máy biến áp
X

R
e
3
98.002.1
−
⋅+=κ
IEC 60909 hệ số κ:
•• DòngDòng ngắnngắn mạchmạch câncân bằngbằng ((II
aa
))
"
ka
II ⋅µ=
3. 3. TínhTính toántoán ngắnngắn mạchmạch
3.6. 3.6. DòngDòng điệnđiện ngắnngắn mạchmạch
–– MáyMáy đồngđồng bộbộ
Ngắn
mạch
xa
nguồn
Ngắn
mạch
xa
nguồn
Ngắn mạch gần nguồn
"
ka
II =
"
ka

II <
–– ĐốiĐối vớivới máymáy khôngkhông đồngđồng bộbộ
"
ka
IqI ⋅⋅µ=
–– ĐốiĐối vớivới hệhệ thốngthống
"
ka
II =
Tính toán chính xác
Với
"""
kGidiGi
IjXU ⋅=∆
"""
kMjMjMj
IjXU ⋅=∆