Tính toán ngắn mạch cho phân xưởng cơ khí

ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ



CHƯƠNG IV:
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH.

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ



CHƯƠNG IV :
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
I. Đặt vấn đề:
 Ngắn mạch là sự cố quan trọng và thường xuyên xảy ra trong hệ thống cung cấp điện. Vì vậy trong các
phần tử trong hệ thống cung cấp điện phải được tính toán và lựa chọn sao cho không chỉ làm việc ở chế độ
bình thường mà còn phải có khả năng chòu đựng được trạng thái sự cố trong giói hạn quy đònh cho phép.
Trong thực tế thường gặp các dạng ngắn mạch sau:
Ngắn mạch 3 pha.
Ngắn mạch 2 pha
Ngắn mạch 2 pha chạm đất.
Ngắn mạch 1 pha chạm đất.
Trong các dạng ngắn mạch trên, trường hợp ngắn mạch 1 pha chạm đất xảy ra nhiều nhất. Nhưnh trong thực
tế, nghiên cứu ngắn mạch 3 pha đối xứng, vì loại này ít xảy ra nhưng loại này có dòng điện ngắn mạch lớn
nhất.
Chúng ta nghiên cứu trường hợp ngắn mạch để lụa chọn thiết bò điện và khí cụ điện, để tính toán khả năng hạn

chế dòng điện ngắn mạch.
1. các giả thiết dùng để tính toán ngắn mạch:
+ các máy phát điện không có dao động công suất, nghóa là góc lệch pha giữa các súc điện động của máy phát
điện không thay đổi trong thời gian ngắn mạch.
 Tính toán ngắn mạch phụ tải:
Ta thay phụ tải Z cố đònh tập chung tại một điểm nút chung.
Với động cơ lớn khi ngắn mạch ở gần cực của chúng, thì có thể coi thời điểm ban đầukhi ngắn mạch nó là một
máy phát điện có dòng điện phát ra do động cơ cung cấp thêm, cho điểm ngắn mạch tăng lên.
+ Bỏ qúa điện trở quá độ ở điểm ngắn mạch.
+ Không tính đến sự bão hòa của hệ thống từ.
+ Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp.
+ Bỏ qua điện dung.
+ Coi hệ thống 3 pha là đối xứng.
1.Thành lập sơ đồ thay thế và tính ngắn mạch đề chọn các phần tử trong khí cụ điện:
 Muốn tính dòng điện ngắn mạch ta phải thành lập một sơ đồ thiết kế. Trong sơ đồ này mỗi phần tử của hệ
thống dược thay thế bằng điện kháng tương ứng.
Sơ đồ thay thế có thể thành lập trong hệ đơn vò có tên hay đơn vò tương đối. Xét một phần tử nào đó trong hệ
thống điện 3 pha đều có các tham số đònh mức sau:
+ Điện áp đònh mức m(KV).
+ Dòng điện đònh mức Iđm( A,KA).
+ Công suất đònh mức Sđm(KVA)
+ Điện kháng đònh mức Xđm( Ω )
U dm
X dm =
Chúng liên hệ với nhau bằng biểu thức: S dm = 3.U dm .Ι dm
3.Ι dm
Các thiết bò làm việc U(KV), I(KA), S(KVA), X( Ω ) thì khi quy đổi về đại lượng tương đối so với đònh mức chúng
ta có liên hệ sau:
U
Ι

U *dm =
Ι *dm =
U dm
Ι dm
S
X
S *dm =
X *dm =
S dm
X dm

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ



Ngoài việc so sánh với đại lượng đònh mức có thể so sánh với đại lượng bất kì nào đóg là đại lượng cơ bản.
Lúc đó ta có hệ số cơ bản sau:
Chọn Scb và Ucb sau đó tính Icb và Xcb theo côn thức:
S cb
U cb
Ι cb =
X cb =
3.U cb
3.Ι cb
Thường chọn Ucb = 100 hoặc 1000
Còn Ucb lấy bằng giá trò đònh mức Utb : 230-115-37-22-15.75-13.8-10.5-3.15-0.525-0.4-0.23.

Trò số tương đối được tính như sau;
U
Ι
U *cb =
≈1
Ι *cb =
U cb
Ι cb
S
S .X
X
S *cb =
X *cb =
= cb 2
S cb
X cb
U cb
Trong các đại lượng trên chúng ta chỉ cần chọn hai đại lượng cơ bản là Sd và Ud làm cơ sở tính toán.
III. Tính ngắn mạch của hệ thống phân xưởng:
10KV
RAPI
RMC

RID2

XAPI XAPI
RAPI1

RAPI1
XAPI2

RD
XBA

RAPI2

RBA

RID2

MC
DLC
BA

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ



N1

API

TD1

AP2

TD2

AP1

N
TD4

I

II

III

IV

Sơ đồ tương đương

Tính ngắn mạch cho hệ thống phân xưởng.
10KV
RMC
MC
XMC

DCL

RD
XD
RBA

BA 10/ 0,4KV.

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ



XBA
RAP1

AP1

XAP1

TD1

RTD1
XTD1

AP2

RAP2
XAP2

TD2

AP

RTD2

XTD2
XTD2

VI

I

II

III

IV

V

RAP
XAP
RTD
XTD
Sơ đồ tương đương

1. Tính ngắn mạch trong phần cao áp:
Trong tập đồ án này chúng tôi không tính toán ngắn mạch phần cao áp vi nguyên do trạm biến áp phân xưởng
được thiết kế ngay dưới đường dây điện quốc gia, nên giá trò điện trở và điện kháng rất nhỏ nên có thể bỏ qua.
2. Tính ngắn mạch phần hạ áp cho phân xưởng:
Đối với mạng điện áp thấp không thể bỏ qua điện trở được vì nếu bỏ qua điện trở thì sai số rất lớn. Trường hợp
này ta phải xét điện trởcác phần tử trong ngắn mạch.Như điện trở máy biến áp, dây dẫn thanh dẫn, cuộn dòng
điện aptomat , điện trở tiếp xúc tại các điểm.
Tổng trở máy biến áp và các thành phần nối vào bên thứ cấp của máy biến áp thường tương đối lớn nên lúc
xảy ra ngnắ mạch ở mạng hạ áp, điện áp bên sơ cấp của máy biến áp giảm đi rất ít vì vậy ta giả thiết điện áp

bên thứ cấp là không đổi.
Tính toán dòng ngắn mạch trong phần ngắn mạch ta nên dùng đơn vò có tên để đơn giản. Vì chỉ có một cấp
điện áp, tổng trở Z ( ), U(V, KV), I(A, KA), S(VA, KVA).
Sơ đồ thay thế các phần tử ghi bằng kí hiệu từ máy biến áp đến thanh cái lớn.

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ

RBA



RD
XBA

RAP1
XD

RTD
XAP1

XTD

Tính toán giá trò điện trở:
+ Điện trở kháng của máy biến áp:
U2
R BA = ∆ Ρ Ν × dm

× 10 3
2
S dm
+ Điện kháng:
Χ = 10U x%

2
U dm
× 10 3 U
2
S dm

Trong đó:
∆ Ρ Ν : Tổn thất ngắn mạch của MBA.
Udm: điện áp đònh mức của MBA, với m = 0,4KV
Sđm : công suất đònh mức của MBA.
Ux% : thành phần phản kháng của MBA ngắn mạch , UN%.
U X% =

U Ν% − U r%

Ur% : thành phần tác dụng của UN%.
U r% =

∆ Ρ Ν × 10 9400 × 100
=
= 1,678%
S dm × 10 3
10 3 × 560

U x % = (U N % ) − (U r % ) = ( 5,5% ) − (1,678) = 5,38%
Điện trở MBA:
2
∆ Ρ N × U dm
× 10 3 9,4 × 0,4 2 × 10 3
R BA =
=
= 4,8(mΩ )
2
S dm
560 2
Điện kháng MBA:
2
10 × U x % × U dm
× 10 3 10 3 × 10 × 5,38 × 0,4 2
Χ BA =
=
= 0,027(Ω )
S 2 dm
560 2
- Điện trở và điện kháng Apto mat vì điện trở và điện trở của Apto mat không khác nhau nhiều nên chọn
sơ đồ bằng điện trở và điện kháng Apto mat loại 400A.
- Tra bảng 5.11 trang 344 và bảng 2- 42, 2-43 trang 649 sách tra cứu cung cấp điện xí nghiệp ta
được:
R AT 1 = Rcuonday + Rtiepdiem = 0,32 + 0,4 = 0,72(mΩ )
2

Χ

AT 1

2

2

2

= 0,1(mΩ )

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ



- Điện trở và điện kháng thanh dẫn chính Chọn thanh cái phẳng 100x10mm ( làm bằng đồng) khoảng
cách trung bình hình học giửa các pha là α th = 200(mm) .
- Tra bảng 2-40 trang 647 của Nguyễn Xuân Phú ta có:
R0 = 0,02(mΩ / m)
Χ 0 = 0,133(mΩ / m)
Chọn chiều dài thanh dẫn là 1,5m;l=1,5m.
Điện trở thanh dẫn :
Rtd = l × R0 = 0,02 × 1,5 = 0,03(mΩ )
Điện kháng thanh dẫn:
Χ td = l × Χ 0 = 1,5 × 0,133 = 0,1995(mΩ )
Chiều dài từ trạm đến tủ điện chính là 12m vì dòng điện tải của trạm là Ι cp = 450( A)
Nên ta chọn dây cáp CV: 300mm2
Tra bảng 2-36 trang 645 của Nguyễn Xuân Phú ta có:

r1 = r2 = r3 = R0 = 0,12(mΩ / m) .
x1 = x 2 = x3 = X 0 = 0,06(mΩ / m) .
0,12.0,12
= 0,06(mΩ / m)
0
,
12
+
0
,
12
R = r //r
12

1

2=

R0td = R12 // r3 =

0,06 × 0,12
= 0,04mΩ / m
0,06 + 0,12

0,06 × 0,06
= 0,03( mΩ / m )
0,06 + 0,06
0,03 × 0,06
Χ 0td = Χ 12 // Χ 3 =
= 0,02( mΩ / m )

0,03 + 0,06
Điện trở thanh dẫn:
Rdd = R0td × l = 12 × 0,04 = 0,48( mΩ ) .
Χ dd = Χ 0td × l = 0,02 × 12 = 0,24( mΩ ) .
Tổng trở và điện kháng:
Rtd = R BA + R AP1 + Rtd + Rdd = 4,8 + 0,72 × 10 − 3 + 0,03 × 10 − 3 + 0,48 = 5,5( mΩ ) .
Χ

12

= Χ 1 // Χ

2

=

Χ td = Χ Β Α + Χ Α Ρ 1 + Χ td + Χ
Sơ đồ thay thế bằng số thực:

RBA

dd

= 0,027 × 10 − 3 + 0,1 × 10 − 3 + 0,1995 × 10 − 3 + 0,24 = 0,27( mΩ ) .

0,027
4,8

RAP1
XBA

0,1

0,72 XAP1

Rtd 0,199
0,03

Xtd

Rdd

0,48

0,24
Xdd

3. Tính dòng ngắng mạch ở thanh cái lớn:

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ



Tính thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch ba pha: được xác đònh theo công thức.
10 3.U tb
115.10 3

Ι ck =
=
12,5( KA)
3. Rtd2 + X td2
3. 5,5 2 + 0,27 2
Chọn U tb = 115.
Dòng điện xung kích: Ι xk =
Với Κ

xk

2 .Κ

xk

.Ι ck

là hệ số xung kích phụ thuộc vào tỷ số

Trang 319 sách tra cứu ta có Κ

xk

x
= 49 trang hình 5.10
r

= 1,92

Vậy dòng xung kích là: Ι xk = 2 .Κ xk .Ι ck = 2 .1,92.12,5= 33,94( KA).

Giá trò hiệu dụng cực đại của dòng điện ngắn mạch.
i xk =

1 + 2(Κ

xk

− 1) 2 .Ι ck = 20,5( KA) .

4. Tính toán ngắn mạch tại tủ điện phân xưởng:
Điện trở và điện kháng Aptomat 2:
R AT 2 = R AT 1 = 0,72(mΩ )
Χ AT 2 = Χ AT 1 = 0,1(mΩ )
Chọn thanh dẫn thẳng làm bằng đồng 40x5 khoảng cách trung bình hình học là α = 100(mm).
Tra bảng 2-40 trang 647 sách tra cứu cung cấp điện ta có:
R0 = 0,08 m. Ω /m.
X0 = 0,137 m. Ω /m.
Chọn thanh dẫn dài 1,5m; l= 1,5m.
Rtd= R0. l= 0,08.1,5= 0,12 m. Ω .
Xtd= X0.l= 0,137. 1,5= 0,2 m. Ω .
Chiều dài từ tủ điện chính đến tủ phân xưởng là 12m.
Vì dòng điện tải của phân xưởng là 450 A nên chọn cáp 300mm2 có giá trò điện trở và điện dung là :
R0 = 0,12 m. Ω
X0 = 0,06 m. Ω
Rdd = 0,12. 12 = 1,44 m. Ω
Xdd = 0,06 . 12 = 0,72 m. Ω .
Tổng điện trở và điện kháng từ tủ điện chính đến tủ điện phân xưởng:
R/td= 1,44 + 0,12 + 0,72 = 2,28 m. Ω
X/td = 0,72 + 0,2 + 0,1 = 1,02 m. Ω
• Tính toán ngắn mạch:

Thành phần ngắn mạch ba pha:
10 3.U tb
10 3.115
Ι ck =
=
= 26,6( KA)
3. Rtd′ 2 + Χ ′td2
3. 2,28 2 + 1,02 2
Dòng điện xung kích : Ι xk =

2 .Κ

xk

.Ι ck

x
= 0,44
r
Tra hình 5-10 trang 319 sách tra cứu ta có Κ xk = 1.
Với Κ

xk

là hệ số xung kích phụ thuộc vào tỷ số

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN

LÊ PHONG PHÚ



Vậy dòng xung kích : Ι xk = 2 .Κ xk .Ι ck = 2 . 1. 26,6 = 37, 6 (KA).
Giá trò hiệu dụng cực đại của dòng điện ngắn mạch.
Do Κ xk < 1,3 nên .
Χ ′td
= 0,0014
Ta có Τ a =
ω .rtd′
Vậy dòng điện xung kích là:
Τ
0,0014
Ι xk = 1 + a .Ι ck = 26,6. 1 +
= 27,5( KA)
0,02
0,02
5. Tính ngắn mạch ngay tủ điện của nhóm:
Tính ngắn mạch ngay tủ điện của nhóm của phân xưởng. Trước hết ta tính thêm giá trò điện trở và điện
kháng từ thanh dẫn của xưởng đến thanh dẫn của nhóm.
Sơ đồ nguyên lý cuả trạm phân xưởng.
Vì nhóm III có dòng đỉnh nhọn lớn nhất trong các nhóm nên ta chọn nhóm III để tính ngắn mạch.
• Điện trở và điện kháng của AP3 .
Đối với Aptomát kiểu ABH 103a loại 100 AF có Idm = 60 A.
Tra bảng 2-42; 2-43 trang 649 của Nguyễn Xuân Phú.
Ta có: X0 = 2,1 m. Ω .
R0 = 1,2 m. Ω .
• Điện trở và điện kháng thanh dẫn.
Chọn thanh dẫn phẳng 25x3mm dài l= 4m làm bằng đồng .

Khoảng cách trung bình hình học là 100.
Tra bảng 2-40 trang 647 sách tra cứu của Nguyễn Xuân Phú ta có:
X0 = 0,179 m. Ω /m.
R0 = 0,268 m. Ω /m.
Điện trở thanh dẫn :
Rtd = R0 . l = 0,268 . 4 = 1,072 m. Ω .
Điện kháng thanh dẫn:
Xtd = X0 . l = 0,179 . 4 = 0,716 m. Ω .
Điện trở và điện kháng nhóm III như ở phần chọn dây dẫn của nhóm III có kí hiệu là AVV thiết diện là
30mm2.
Tra bảng 2-36 trang 645 của Nguyễn Xuân Phú ta có.
R0 = 1,17 m. Ω /m
X0 = 0,265 m. Ω /m
Chiều dài dây dẫn từ tủ phân phối chính đến tủ điện nhóm III là l= 9m.
Điện trở dây dẫn:
Rdd = R0 . l = 1,17 . 9 = 10,53 m. Ω .
Điện kháng dây dẫn:
Xdd = X0 . l = 0,265 . 9 = 2,385 m. Ω .
Điện trở và điện kháng máy biến dòng :
Kiểu Τ Κ φ -3-3600/10A
Tra bảng 2-44 trang 649 sách tra cứu cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú.
Ta có: r = 75 m. Ω .
x= 70 m. Ω .
Tổng điện trở và điện kháng từ tủ chính đến tủ điện nhóm III :

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ

Rtd = Rtdc + Rtdx + Rtdn + RAp3 + Rdd + RΤ Κ φ
= 0,03 + 0,12 + 10,53 + 1,2 + 1,072 + 75 = 87,95 m. Ω .
Xtd = Xtdc + Xtdx + XAp3 + Xtdn + Xdd + Χ Τ Κ φ
= 0,1995 + 0,2 + 0,716 + 2,1 + 2,385 + 70 = 75,6 m. Ω .
• Tính ngắn mạch tại thanh cái chính nhóm III thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch ba pha.
10 3.U tb
10 3.115
Ι ck =
=
= 573( A)
3. Rtd2 + Χ td2
3. 87,95 2 + 75,6 2
Dòng điện xung kích ba pha:
Ι xk = 2 .k xk .Ι xk
Χ td
75,6
=
= 0,85
Tra k xk theo
Rtd 87,95
Tra hình 5-10 trang 319 sách tra cứu ta có
Κ xk = 1
Ι xk = 2 .k xk .Ι ck = 2 .573.1 = 810( A)
Giá trò hiệu dụng của dòng ngắn mạch.
Do k xk < 1,3 nên
Ι xk = Ι ck 1 +
với Τ a =

Τa
0,002
= 573. 1 +
= 600( A)
0,02
0,02

Χ td
= 0,002
ω .Rtd

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC_ CUNG CẤP ĐIỆN
LÊ PHONG PHÚ



Trang