thuyết minh sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh điện áp và thuyết minh sơ đồ bảng điện chính cho tàu 22500t

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây và tương lai, ngành kinh tế Hàng hải sẽ đóng
vai trò là ngành kinh tế mũi nhọn trong quá trình tiến lên CNXH của đất nước. Cụ
thể là ngành vận tải bằng đường biển với các đội tàu trọng tải lớn, vận tải trên
nhiều tuyến, cả nội địa lẫn quốc tế. Song song với nó là việc đóng mới các con tàu
với trọng tải ngày càng lớn, ngày càng hiện đại ở các nhà máy đóng tàu. Cùng với
việc xuất hiện các cảng nước sâu ở Việt Nam.
Hiện nay các trang thiết bị điện được trang bị trên tàu thủy ngày càng hiện
đại với mức độ tự động hóa ngày càng cao, giúp cho hiệu quả khai thác được nâng
lên cũng như hỗ trợ cho con người ngày một tốt hơn khi phải làm việc trong điều
kiện thời tiết được dự báo là ngày càng khắc nghiệt trên biển.
Trong đó trạm phát điện đóng một vai trò vô cùng quan trọng và không thể
thiếu được trên các con tàu. Sau 2 kì học môn Trạm phát điện tàu thủy, em đã
được thầy giáo trang bị cho những kiến thức cơ bản rất hữu ích giúp cho em có
được một cái nhìn khái quát chung về hệ thống trạm phát điện trên các con tàu hiện
đại ngày nay, làm cơ sở để phục vụ cho công việc của em sau này.
Trong thiết kế môn học này em đã tìm hiểu được tổng quan chung về tàu, tính
chọn công suất và số lượng tổ hợp Diesel lai máy phát, tính toán ngắn mạch, thuyết
minh sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh điện áp và thuyết minh sơ đồ bảng điện
chính cho tàu 22500T.
Mặc dù bản thân em đã cố gắng nhiều, đã đi sâu và tìm hiểu trong thực tế, với
mong muốn hoàn thành thiết kế môn học một cách tốt nhất. Song do hạn chế về
Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 1


kiến thức cũng như về tầm nhìn thực tế, nên trong quá trình thực hiện không tránh
khỏi những khiếm khuyết. Em mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy
giáo trong bộ môn.

Em xin chân thành cảm ơn!
PHẦN I: TỔNG QUAN VÀ TRANG THIẾT BỊ TÀU 22500T
§1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU 22500T
Tàu 22500T là tàu có trọng tải lớn được đóng tại nhà máy đóng tàu Bạch Đằng.
Tàu được thiết kế với các hệ thống và trang thiết bị hiện đại thuận tiện dễ dàng đối
với người vận hành.
1.1.
Kích thước chính
- Chiều dài toàn tầu ( Max ): 190 (m)
- Chiều dài giữa 2 đường vuông góc: 183.25 (m)
- Chiều rộng thiết kế: 32.26 (m)
- Cao mạn đến boong chính: 10.90 (m)
- Mớn nước mô hình: 12.6 (m)
- Chiều cao boong chính ( tại đường tâm ):
• Từ boong chính – boong dâng lái 1: 3.00 (m)
• Từ boong dâng lái chính – boong dâng lái 5, mỗi boong: 2.80 (m)
• Từ boong dâng lái 5 - đỉnh ca bin ( buồng lái ): 3.00 (m)
• Các boong ở : 2.60m
- Độ cong ngang tại boong chính tính từ mạn tới 5,6 (mm) trên đường
chuẩn 0.6 (m)
Trên các boong khác không có độ cong ngang và dọc boong
1.2.
Tải trọng và mớn nước
- Toàn bộ thông số tải trọng dưới đây được đo bằng đơn vị tấn (theo hệ
mét) trong nước biển với trọng lượng riêng là 1.025 t/m3
- Mớn nước mẫu thử, lý thuyết: 12.6 (m)
- Tải trọng tương ứng: 22500 (tấn )
- Mớn nước hàng nhẹ: 10.9 (m)
- Tải trọng tương ứng: 44000 (tấn)

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 2


1.3.

1.4.

Dung tích các khoang hàng ( tính cả miệng khoang )
Số khoang hàng

Hàng rời (m3)

Hàng kiện (m3)

Khoang số 1

3.472

3.434

Khoang số 2

5.695

5649

Khoang số 3

6.883

6841

Khoang số 4

6.883

6841

Khoang số 5

6.241

6201

Tổng

29.174 m3

28.966 m3

Tốc độ và công suất
- Tốc độ khai thác theo mớn nước mẫu thử 12.6 m ở trạng thái ky bằng, có
tính đến 15 % dung sai khai thác ( Trạng thái dự phòng ) 14.0 hải lý/giờ.
- Tốc độ khai thác tại mớn nước chở hàng nhẹ 10.9 m ở trạng thái ky bằng
có tính đến 15% dung sai khai thác ( trạng thái dự phòng ) 14.2 hải
lý/giờ.
- Công suất máy tương ứng tại 82 % MCR- vòng tua tối đa liên tục và tốc

độ chân vịt 118 vòng / phút tương ứng với P = 7780KW.

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 3


1.5.

Tiêu hao nhiên liệu và tầm hoạt động
- Lượng dầu nặng F.O tiêu hao hàng ngày trên máy chính tại 82% vòng
quay tối đa liên tục, công suất máy 7780 KW và chân vịt đạt 118
vòng/phút tương đương với 31.2 tấn.
- Lượng tiêu hao dầu nặng FO được tính dựa trên các điều kiện ISO.
- Tiêu hao nhiên liệu hàng ngày của máy móc phụ tương đương với 2.4 tấn
Tổng lượng HFO tiêu hao hàng ngày tương đương với 33.6 tấn.
- Lượng tiêu hao được tính dựa trên điều kiện chạy dầu HFO, độ nhớt 380
CST tại 500C và giá trị hâm 42.700 kj/ kg, mớn nước mẫu thử và 15%
dung sai khai thác.
- Thông số trên được xác nhận sau khi thử két mô hình
- Tầm hoạt động khoảng 18,000 N dặm.
- Dựa trên điều kiện 82% MCR ( vòng tua tối đa liên tục ) 199% dung tích
các két HFO. mớn nước mẫu thử, tốc độ 14 hải lý/ giờ và 2 ngày dự trữ.
- Tương đương với khoảng 55 ngày chạy HFO, mỗi ngày 336 dặm ( hải
lý ).

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 4


PHẦN II. NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH TRẠM PHÁT ĐIỆN
TÀU 22.500 TẤN
CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TRẠM PHÁT
1.1.
Các phương pháp tính toán công suất và chọn số lượng máy phát.
1.1.1. Tính toán bằng phương pháp bảng tải.
- Các phụ tải trên tàu ứng với mỗi chế độ công tác khác nhau thì số lượng hoạt động
-

cũng khác nhau và công suất định mức cũng khác nhau.
Mức độ chịu tải cũng khác nhau
Ví dụ: Một động cơ công suất 9 kw khi công tác thì đó là công suất sinh ra trên
trục động cơ còn công suất nhận vào phải lớn hơn công suất định mức do đó:
Công suất cực đại mà nhóm phụ tải nhận vào: Pmax = Kđt.Kt.ΣPv.
Trong đó:
• Kdt : hệ số đồng thời là tỷ số giữa số phụ tải làm việc thực tế của chế độ
•

công tác đang kiểm soát với tổng số phụ tải trong nhóm đã cho.
Kt: hệ số tải: bằng tỷ số của công suất thực tế máy đang công tác với công

suất định mức của chính máy đó.
• Pv: công suất nhận từ mạng của phụ tải khi đang công tác với tải định mức.
Pv =

1.
2.

3.
4.
5.
6.
7.

Pdm
η

(với động cơ)
- η: Hiệu suất của động cơ.( Thường hiệu suất của động cơ ≤ 1)
- Với các phần tử đốt nóng thì: Pv = Pđm.tức là khi đó : η= 1.
- Lưu ý: khi lập bảng tải ta phải chia các phụ tải ra các nhóm sau:
Điện máy phục vị máy chính.
Điện máy phục vụ buồng máy .
Nhóm phụ tải phục vụ sinh hoạt.
Nhóm phụ tải điều hòa nhiệt độ và quạt gió.
Nhóm phụ tải trên boong.
Nhóm phụ tải chiếu sang.
Nhóm phụ tải vô tuyến điện.

a. Cách tính các thông số:
-

Ở chế độ hành trình:
Pmax = Pđt.kt.ΣPv =
(công suất tác dụng ).
Q( công suất phản tác dụng) : Q = P.tgϕ.
Từ cosϕ => ϕ => tgϕ => Q = Ptgϕ

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 5


Hoặc từ tam giác công suất ta có :

Q = S 2 − P2

S
Q
P

S=

P
cos ϕ

=> Q

-

= S.sinφ
Sau khi tính toàn bộ các phụ tải trên tàu ta tiến hành tính tổng công suất của tất

-

cả các phụ tải trong từng chế độ công tác của tầu :
Mỗi chế độ chỉ cần tính tổng P(KW) và Q(KVA) phản tác dụng. Sau đó xác định

hệ số đồng thời năng lượng của nhóm đó. rồi nhân tổng đó với hệ số đồng thời
năng lượng được kết quả ghi vào hàng bên dưới.
o Hệ số đồng thời năng lượng: Kđtnl: Được chọn theo kinh nghiệm. Thường Kcủa tất cả các nhóm là 0,8.
Kdtnl = 0,8
Tương tự ta lại tính toán với các nhóm phụ tải khác cho đến hết nhóm 6.
Sau đó cộng tổng P của tất cả các nhóm lại và ghi xuống dưới .
o Cách tính cosϕTB: Sau khi đã tính PΣ; QΣ của các chế độ (PΣ; QΣ) đã tính đến
đtnl

-

tổn hao 5% lưới).
S = PΣ2 + QΣ2 => Cosϕ TB =

PΣ
SΣ

Chú ý:
-

Khi chọn máy phát: Chọn số lượng và công suất trạm phát ta dựa vào tổng công
suất của tải trong chế độ lớn nhất nhưng phải dựa vào tổng công suất của các chế
độ khác để chọn công suất của mỗi máy phát cho phù hợp đảm bảo khai thác kinh
tế. Dựa vào công suất của chế độ tàu đỗ bến không bốc xếp hàng hoá để chọn
công suất cho máy phát.

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 6

-

Ngoài các máy phát đã chọn đúng với công suất của tải chế độ lớn nhất cần phải
lấy thêm một máy phát dự trữ sao cho nếu một máy phát bất kỳ bị sự cố thì nó có

-

thể thay thế đảm bảo công tác bình thường của tàu.
Nên chọn các máy phát có công suất như nhau để tăng thêm độ ổn định khi công
tác song song. Nhưng nếu chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hoá, một máy phát
làm việc mà không đủ công suất hoặc quá thừa công suất thì cho phép chọn một

-

máy phát có công suất phù hợp với chế độ đó.
Nếu là trạm phát xoay chiều cosϕTB của bảng tải nên < cosϕđm của máy phát thì khi
chọn máy phát phải dựa vào công suất toàn phần (S). Nếu cos ϕTB > Cosϕđm của
máy phát định chọn thì ta dựa vào P. Vì: Nếu dựa vào P thì máy phát sẽ bị quá tải:
S=

P
P
>
cos ϕTB cosϕ dm

b. Khai thác kinh tế máy phát điện
-

G/kmh
diesel
Qua việc tính toán bảng tải để muốn khai thác kinh tế máy phát thì chúng ta phải

F

sử dụng các tổ hợp diesel lai máy phát công tác đạt hiệu suất từ 60% trở lên đến
700
90% Pđm
của nó , vì vậy để chọn máy phát ta dựa vào các đường 1 đặc tính sau
600

0,37

0,9

500

0,35

0,8

400

0,33

0,7

300

0,31

0,6

200

0,29

0,5

0,27

0,4

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384 100
0

Page 7
10 20

30 40 50 60 70

80 90 100 P% (kw)

Pkw


-

Từ đặc tính trên ta thấy nếu máy phát làm việc với công suất từ 70 - 90% định
mức thì lượng tiêu hao dầu /kwh là thấp nhất và lúc đó sẽ kinh tế nhất.

d. Cách chọn hệ số.
-

Hệ số đồng thời kđt: Của các nhóm phụ tải phụ vụ buồng máy và máy chính dự trữ
thì thường là 0,5. Trong từng chế độ công tác của tàu ta phải chọn kđt khác nhau

-

để phù hợp.
Ví dụ: Đối với nhóm máy phụ buồng máy như máy nén khí ; bơm vận chuyển dầu
bôi trơn; máy lọc dầu li tâm và các bơm nước khi tàu hành trình thường Kđt = 0,5.
Còn các chế độ khác như: Đứng trong cảng không bốc hàng hoá, có bốc hàng hoá:
Điều động sự cố thì Kđt = 0,3.

-

Khi chọn Kt đối với nhóm phụ tải vụ máy chính thường từ (0,7

0,8) , Chiếu sáng

-

Kt = 1. Các nhóm còn lại:
Máy lái
Kt = 0,4 0,5
La bàn con quay
Kt = 0,7.

Các nhóm khác lấy Kt = 0,8.
Đối với quạt gió buồng máy nếu tàu hành trình cho kđt = 1.
Kt = 0,8 0,9
Khi tàu đứng trong cảng không bốc xếp hàng hoá:
Kdt. Kt = 0,3 0,5
Hệ số cosϕ trong các chế độ người ta dựa vào các đặc tính cos ϕ trong các chế độ

-

để chọn cosϕ.
Khi kt = 1 thì lấy cosϕ = cosϕđm.
Nếu lấy kt < 1 thì chọn cosϕ < cosϕdm.

-

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 8


Cos

Cos dm
®m

M®m

O

M

e. Kết luận:
-

Phương pháp bảng tải không những cho phép xác định công suất của tải mà còn
cho biết công suất của trạm phát sự số; công suất của các máy biến áp của các

-

bảng điện phụ và các bộ biến đổi điện nếu cần.
Nhược điểm chính của phương pháp này là sự không chính xác của các hệ số tải
Kt và Kđt vì chưa có cơ sở khoa học để xác định cho chính xác nên dễ bị nhầm

-

lẫn.
Tính toán công suất của trạm không phải đơn giản mà phải đảm bảo các điều kiện,
đó là:
• Đảm bảo cung cấp năng lượng cần thiết, liên tục cho tất cả các phụ tải hoạt

động trong mọi chế độ công tác của tàu.
• Đảm bảo tính kinh tế cao.
• Phải thuận tiện cho việc khai thác , bảo dưỡng và sửa chữa .
1.1.2. Tính toán công suất trạm phát điện bằng phương pháp phân tích.
Phương pháp này dựa trên cơ sở tổng hợp tài liệu vận hành trạm phát điện tàu thuỷ.
Tiến hành tính toán lựa chọn dựa trên 5 chế độ công tác của tàu thủy:
a. Chế độ hành trình
Đồ thị tải của một ngày đêm thuộc vào loại tàu; mục đích của tàu, nhìn chung rất ổn
định vì sự tiêu tốn năng lượng tiêu hao trong chế độ này là do các phụ tải lớn làm việc

trong chế độ hành trình của tàu. Đó là các phụ tải phục vụ cho máy chính:
Ví dụ: Các máy bơm làm mát, bơm dầu, máy nén khí, ...
Người ta thấy sự sai lệch trung bình của tải trong chế độ này của một ngày đêm không
vượt quá 5%.Vì Vậy quyết định cung cấp năng lượng cho tải lúc này là công suất phục
vụ máy chính. Do kết quả, nghiên cứu người ta đưa ra công thức xác định công suất trung
bình của phụ tải trong chế độ này là:
PTB = 6 + 0,0242N
Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

(1)
Page 9

(kw)


N: Là công suất của máy chính tính bằng kw.
Lưu ý: Khi tính đến công suất của các phụ tải làm việc ngắn hạn và bất thường như:
bơm cứu hoả; bơm dằn tàu. Trong trường hợp này ta phải thêm vào PTB vào một lượng
công suất lớn nhất của một phụ tải trong nhóm.
P = 6 + 0,0242N + Png.h.
Png.h: Là công suất lớn nhất của một phụ tải mà đột biến có thể làm việc.
- Công suất này nếu không phải sử dụng cho các động cơ đột biến thì nó có thể sử
dụng cho một số phụ tải lắp thêm: Như quạt gío sinh hoạt máy điều hoà nhiệt độ,
-

bếp điện …
Nếu Png.h < Σ Pf của những phụ tải phụ thì người ta sẽ cộng thêm vào là ΣPf (thay
cho Png.h). P = 6 + 0,0242N + ΣPf. Khi thiết kế công suất của trạm phát, sau đó ta

lắp các phụ tải vào.
b. Chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hoá:
Cũng giống như chế độ hành trình. Đồ thị tải rất ổn định và lúc này tổng công suất của
tải chỉ phục vụ cho một số thiết bị điện sinh hoạt và phục vụ vào độ choán nước của tàu.
Ta có:
PTb = 11 + 0,002D (kw).
Trong đó: D là trọng lượng nước choán của tàu tính bằng tấn.
- Để đảm bảo đủ công suất cho các loại tải hoạt động ngắn hạn thì ta có:
Ptb = 11 + 0,002D + Png.h .
Png.h: Là công suất của một phụ tải làm việc ngắn hạn lớn nhất.
c. Tàu đứng trong cảng có bốc xếp hàng hoá
Đồ thị tải mang tính chất đột biến dao động trong giới hạn công suất của tàu đứng
không bốc xếp hàng hoá đến một giá trị cực đại nào đó phụ thuộc vào số lượng cần cẩu
trên tàu làm việc. Sự đột biến này còn phụ thuộc vào loại hàng hoá và cường độ trong
quá trình xếp dỡ.
=> Trong chế độ này dựa vào lý thuyết xác xuất ta có thể tính toán công suất cho các tời
hàng làm việc như sau :
1,05  n

Pth =  0,53 +
∑ ( 0,147Gdm .Vdm )
n  i =1


Trong đó:
n: Là số lượng tời hàng làm việc.
Gđm: Là trọng tải định mức của tời hàng.
Vđm : Là tốc độ nâng định mức.
Gđm: Đơn vị: Tấn.
Vđm : Đơn vị: m/phút.

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 10


* Công suất cho cả chế độ này là:

P = Pt .h + Png.h + Pt .b

∑

(ở chế độ đứng yên)

d. Chế độ điều động:
Đồ thị tải của trạm phát không ổn định nó phụ thuộc vào đặc điểm của chế độ điều
động, tuy vậy với mỗi tầu giá trị cực đại của tải trong chế độ điều động là ổn định. Vì vậy
công suất cần thiết trong chế độ điều động phải được đảm bảo. Tất cả các máy phát kể cả
dự trữ phải làm việc. (Vì sự an toàn của tàu).
Vì vậy:
Pđ.đ= Ph.t + 0,8(Ptm + Pn)
Pt.m: Là công suất của tời mũi; tời sau lái, neo.
Pn: Là công suất của máy nén khí.
Pđ.đ: Là công suất của chế độ điều động.
e. Chế độ sự cố:
Ở đây không đưa ra công thức cụ thể.
- Trong chế độ sự cố trạm phát phải bảo đảm chế độ hành trình của tàu và tăng
cường độ công tác của các phụ tải giải quyết sự cố bơm nước ra ngoài; bơm nước
-

chữa cháy (cứu hoả).
Các nhu cầu cung cấp điện năng phụ có thể được đảm bảo nhờ có sự dự trữ của

máy phát, hoặc là ngắt những phụ tải không quan trọng trong thời gian ngắn.
1.1.3. Tính toán công suất trạm phát điện bằng phương pháp thống kê.
- Nguyên lý của phương pháp này dựa trên kết quả kiểm soát tiêu hao năng lượng ở
-

các chế độ khác nhau của một loại tàu hay loại tương tự.
Để tính toán công suất của trạm có cùng mức độ điện khí hoá. Muốn vậy phải lập
bảng với những thông số sau: Trọng tải tàu, số máy phát trên tàu; tổng công suất
của số máy phát đó. ΣP phụ tải; đơn vị năng lượng/ tấn trọng tải và loại tàu.

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 11


Trọng tải
(tấn)

1016T

1706

1800

1980

13700

15000

20000

Số lượng
máy phát
(kw)

2 x 50
1 x 20
1 x 12

3 x 100
1 x 10

3 x 61
1 x 13

3 x 100
1 x 15

2 x 400
1 x 76

2 x 150
2 x 100
1 x 18

2x600
1x34

Tổng công
suất tải

132

310

196

315

876

518

1234

w/ tấn

239

692

415

443

1090

800

1537

Loại tàu

130

182

109

159

64

35

65

Loại tàu trở hàng tạp hoá

-

Loại tàu dầu

Thường chọn số lượng máy phát trên tàu từ 3 - 5 máy.
1.2. Tính toán công suất tàu 22.500T theo phương pháp bảng tải.

1.2.1. Khái quát chung.
Phương pháp bảng tải không những cho phép xác định công suất và số lượng máy phát
sự cố mà còn cho phép tính toán công suất của trạm phát sự cố, công suất của các biến áp
của các trạm điện phụ và các bộ biến đổi.
Tuy nhiên phương pháp này này cũng gặp phải những khó khăn nhất định bởi sự
không chính xác của các hệ số như Kt, Kdt. Vì ta chưa có chính xác cơ sở khoa học xác
định nó nên có thể bị nhầm lẫn.
Mặc dù vậy phương pháp bảng tải cũng được em lựa chọn để tính toán công suất trạm
phát điện tàu thủy tàu 22.500 tấn vì những ưu điểm nêu trên.
1.2.2. Bảng tải

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 12


CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠNH TRẠM PHÁT TÀU 22500T
2.1.
Cơ sở lý thuyết tính toán ngắn mạch cho trạm phát
2.1.1. Khái niệm

Hiện tượng ngắn mạch là hiện tượng nối tắt giữa các pha hay các cực thông qua tổng
trở trong mạch gần như bằng không hoặc rất nhỏ. Trong hệ thống bốn dây thì đó là sự nối
tắt giữa các pha hoặc giữa pha với dây trung tính. Trong hệ thống có dây trung tính được
nối mát thì đó là sự nối tắt giữa pha hoặc của các pha với mát.
2.1.2. Nguyên nhân gây ra hiện tượng ngắn mạch.
- Hư hỏng chất cách điện trong các bộ phận dẫn điện của các thiết bị dẫn điện.
- Sự già hóa tự nhiên, do sự quá điện áp, sự bảo dưỡng các thiết bị không tuân thủ
đúng quy trình, hoặc do hư hỏng cơ khí.

- Do sự nhầm lẫn trong vận hành khai thác, vi phạm quy trình khai thác kĩ thuật.
2.1.3. Hậu quả của hiện tượng ngắn mạch
Do dòng ngắn mạch là dòng sự cố cho lên giá trị lớn hơn dòng định mức rất nhiều lần
dẫn đến:
- Đốt nóng các bộ phận dẫn điện, làm nhiệt độ tăng quá cao so với quy định khiến
các tiếp điểm của khí cụ điện bị cháy nếu chúng không được tính toán chịu dòng
-

ngắn mạch.
Xuất hiện lực điện từ lớn tương hỗ rất lớn giữa chúng và làm hư hỏng cơ học các

-

vật liệu cách điện làm trụ đỡ khí cụ, thanh cái hoặc các vật cố định khác.
Gây sụt áp đột ngột làm xấu đi tính năng công tác của phụ tải, đặc biệt với động

-

cơ gây nguy hiểm cho chế độ công tác của tàu.
Xuất hiện hồ quang điện có thể dẫn tới cháy các thiết bị gần nó và xung quanh.
Ngoài ra khi ngắn mạch kéo dài, gần máy phát khiến máy phát công tác song song
mất đồng bộ.

2.1.4. Ý nghĩa
-

Việc tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện năng tàu thủy mang tầm ý nghĩa hết

-

sức quan trọng cả trong đóng mới lẫn khai thác vận hành thiết bị điện.
Qua việc tín toán ngắn mạch cho trạm phát giúp chúng ta xác định thông số cho

-

trước các thiết bị bảo vệ ngắn mạch cho trạm phát.
Kiểm nghiệm lại sức bền chịu tác dụng của lực điện động.
Nghiệm lại sức chịu đựng các tác dụng nhiệt của thiết bị có dòng ngắn mạch chạy

-

qua.
Tính toán dòng ngắn mạch cho trạm phát xoay chiều.
Các phương pháp tính dòng ngắn mạch:
Phương pháp thống kê

2.2.

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 13


Phương pháp đại số
Phương pháp sử dụng đồ thị
Phương pháp mô hình hóa
Các cách tính toán:
• Tính toán trực tiếp dựa vào thông số hệ thống năng lượng điện cụ thể:
• U, I, S, L, R….để tính toán ra dòng ngắn mạch.

• Dựa vào các sơ đồ để tính toán ngắn mạch.
• Sử dụng phương pháp IEC
- Khi xảy ra ngắn mạch 3 fa có cuộn ổn định lúc đó quá trình biến đổi dòng điện
-

ngắn mạch được biểu thị trên đặc tính sau:

Ingm

T/2

ingm
ick
i0ck
(+)

Dòng xung kích xuất hiện sau 1/2 chu kỳ dao động dòng ngắn mạch. Đối với nguồn
có tần sô 50 Hz thì T /2 = 0,01 giây. Vậy sau 0,01giây thì xuất hiện dòng xung kích. i ck =
ick +iock tại T = 0,01s. Kể từ lúc bắt đầu ngắn mạch.
=> Nhiệm vụ chính của tính toán ngắn mạch là xác định giá trị dòng xung kích mà dòng
xung kích xuất hiện kể từ khi xảy ra ngắn mạch đến lúc 0,01 giây. Nên tại thời điểm 0,01
giây kể từ khi ngắn mạch xảy ra ta phải xác định giá trị của thành phần chu kỳ và giá trị
của thành phần không chu kỳ.Tổng hợp 2 thành phần đó lại ta sẽ có giá trị dòng xung
kích .
 Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch được mô tả bằng đường đặc tính :

T’’d : Thời gian siêu quá độ của dòng tức thời.
T’d : Là thòi gian quá độ của dòng tức thời.
X’’d : Là trở kháng dọc trục trong thời kỳ siêu quá độ.
Phạm Văn Thiệp

MSV : 48384

Page 14


x’’d : Giá trị tương đối của trở kháng dọc trục thời kỳ siêu quá độ.
X’d : Là trở kháng dọc trục trong thời kỳ quá độ.
x’d : Là trở kháng dọc trục trong thời kỳ quá độ ở giá trị tương đối.

I
T"®
T'®

TF ng¾n m¹ch æn ®Þnh

t
-

Giá trị hiệu dụng thành phần chu kỳ được biểu diễn bằng đường đặc tính.
Luôn ổn định có thời gian quá độ bé (giá trị hiệu dụng là TB bình phương)
T'd >> T''d : T''d là thời gian xiêu qúa độ của dòng tức thời.

Phương pháp IEC: Tính dòng ngắn mạch trực tiếp theo nguồn riêng cho từng máy và
cho từng động cơ lớn. (có P> 200KW) là động cơ thay thế tương đương sau đó tổng hợp
lại.
Khi xảy ra ngắn mạch trên trụ đấu dây máy phát thì độ lớn hiệu dụng chu kì dòng ngắn
mạch trên trụ đấu dây máy phát hầu như không đổi trong một vài chu kì đầu và không
phụ thuộc vào tính chất ổn định máy phát.
2.3.

Tính toán ngắn mạch với các thông số máy phát tàu 22.500t

Bài toán : Tính toán dòng ngắn mạch tại các điểm :
A ( gần máy phát )
B ( xa máy phát )

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 15


Khi tàu có 2 máy phát đang công tác song song.
- Các máy phát F1, F2, có các thông số cho trước sau :
S = 480 KVA
x’’d = 0,164
Uđm = 450 V
x’d = 0,282
Iđm = 770 A
T’’d = 3 ms
fđm = 60 Hz
T’d = 81 ms
ϕ

cos = 0,8
TOK = 21 ms
rs = 0,0184 – điện trở thuần 1 pha cuộn dây Stator của máy phát
- Động cơ tương đương :
S = 580 KVA
TOK = 10 ms

Uđm = 440 V
rs = 16
Iđm = 1121 A
rr = 8
ϕ

cos = 0,8
zb = 0,165

T’ = 20 ms
xb = 0,156

- Đoạn cáp từ thanh cái đến điểm B :
l2 = 100 m
×

S2 = 3 150 mm2
R2 = 17 m

Ω

Ω

X2 = 3,6 m
2.3.1. Tính toán dòng ngắn mạch tại điểm A ( gần máy phát )
- Theo biểu thức
Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 16

-

Giá trị thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch trên trụ đấu dây của máy phát
ở 1 vài chu kỳ đầu được tính như sau:

ICK = ( I
-

→

''

F

− I F )e
'

Với fđm = 60 Hz T = 16,7 ms
ngắn mạch xảy ra 8,35 ms
Ta có bảng sau :

→

− t''
Td

+ I 'F

Dòng xung kích xuất hiện từ khi dòng

t [ms]
0
8.35
16.66
33.33
3
40
50

-

1.965
0.122
0.008

2.73
2.73
2.73

4.695
2.852
2.738

5.1645
3.1372
3.0118

0

2.73

2.73

3.003

0
0

2.73
2.73

2.73
2.73

3.003
3.003

Kết quả tính toán thành phần không chu kỳ trên trụ máy phát được tính như
sau : Iock.
t(ms)

0
8.35
16.66
33.333
Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

''

2 I F .e

− t
TOK

6.64
4.465
3.004
1.358
Page 17

( KA)


40
50
-

0.989
0.614
Dòng xung kích trên trụ máy phát tính theo biểu thức

=
8.498 KA
-

Dòng ngắn mạch trên trụ đấu dây của động cơ như sau:
 Thành phần chu kỳ: Ickđc.

I'đ/c(t = 0)= 6,25 . 1.121 = 7.006 (KA)
I'đ/c (t = 8,35) = 4 . 1.121 = 4.484 (KA)
I'đ/c (t = 20) = 2,5 . 1.121 = 2.802 (KA)
I'đ/c (t = 40) = 1. 1.121 = 1.121 (KA)
 Dòng xung kích động cơ
IXKđc = 8 . 1.121 = 8.968 (KA)

-

Giả sử khi ngắn mạch tại điểm số A lúc ấy 2 máy phát đang công tác song
song.
 Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch tại điểm A
Ick = 2* 1,1 * Ickmf + Ickđ/c
Ta có kết quả tính toán với các thời gian khác nhau thành phần chu kỳ
dòng ngắn mạch tại điểm A theo bảng sau:

-

tms
0
8.35
16.66
33.333

2,2 Ickf (KA)

Ickđc (KA)

Ick(A)

10.329
6.274
6.024
6.006

7.006
4.484
2.803
1.121

17.335
10.758
8.827
7.127

 Vậy dòng xung kích tại điểm A sẽ bằng:
IXK(A) = 2* IXKF + IXKđc = 2 . 8.498 + 8.968 = 25.964 (KA)
Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 18


Tổng dòng định mức của 2 máy phát đi qua điểm A là 2x1.121 KA.=
2.242 KA→ Dòng ngắn mạnh đi qua điểm A rất lớn so với dòng định mức
của 2 máy phát cộng lại.
2.3.2. Tính toán dòng ngắn mạch tại điểm B ( xa máy phát )
- Tại thời điểm ngắn mạch mà có 2 máy phát đang công tác song song, thì
được tính như sau:
* Dòng ngắn mạch máy phát tại điểm B :

- Tính đổi từ các giá trị tương đối cho trước ra giá trị tuyệt đối.
Máy phát :
+/ x’’d = 0,164
-

+/ rs = 0,0184
2
U dm
× rs 4502 ×0,0184
=
=
Sdm
400 ×103

RS =
6.21
- Cáp ở nhánh ngắn mạch của đoạn dây cáp từ thanh cái đến điểm B là :
S2 = 3 x 150 mm2 l2 = 100 m R2 = 17 mΩ X2 = 3,6 mΩ
-Tổng trở toàn mạch từ 3 máy phát đang công tác song song đến điểm B
như sau :
RS + R1
6.21
+ R2 =
+ 15.5 = 19.225
2
2
R=
mΩ
Xz = 7.355
X d'' + X 1

2

X" =

Z'' =

+ X2 =

55.35 + 1.31
+ 6.7 = 35.03
2

R 2 + X ''2 = 39.959

mΩ

U P U dm
450
=
=
= 6.502
''
Z
3.Z ''
3.39.959

I'F =

KA khi τ = 0

xz
7.355
1+
''
xd
T ''dz = T ''d .
= 3. 0,164 = 5.079
xz
7.355
1+ '
1+
0,282
xd
1+

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

mΩ

ms

Page 19

Rz= 16.12


Tokz =

xz
7,355
21 +
2Π fRs
2.3,14.60.6,21 = 5.841
=
1 + xz
1 + 7,355
Rs
6,21

Tok +

ms

Vậy:
IXK = √2 x I’’F (1+ e – T/2Tokz )
IXK = 11.405( KA )
* Dòng ngắn mạch động cơ:
Trở thuần, trở kháng của động cơ được tính như sau :

Zb =

2
U dm
.Zb 4402.0,16
=
= 36.258
Sdm
580

2
dm

Xb =

( mΩ )

2

U . X b 440 .0,156
=
= 52.072
Sdm
580

( mΩ )

+ Hằng số thời gian thời kỳ qúa độ :
Xb
52,072.103
'
Tdc =
=
=
2Πf .R r 2.3,14.60.8
17.274 ms
Xb
52,072.103
Tokdc =

=
2Πf .Rs 2.3,14.60.16
= 19,4 ms
- Tổng trở toàn mạch của động cơ tại điểm B như sau:
Rth = Rs+ R2 = 15,5 + 16 = 31.5 mΩ
Xth = Xb + X2 = 52.072 + 6.7 = 58.772 mΩ.
Zth =

Rth 2 + X th 2

= 66.681 mΩ

+ Hằng số thời gian thành phần không chu kỳ động cơ được tính theo biểu
thức sau:
X2
6,7
8,637 +
2π . f .RS
2.3,14.60.16
=
=
R2
15.5
1+
1+
16
Rs

Tokdc +

-

T0kzdc =
4.387 ms
Thành phần chu kỳ của động cơ khi t = 8,35 ms được tính như sau:

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 20


Ickđc =

U dm −T 'tdc
.e
=
Zth

2.591 (KA)

- Dòng ngắn mạch không chu kì của động cơ :
- Dòng xung kích của động cơ:
IXKdc = Ickđc=6,704
 Nên dòng ngắn mạch tại điểm B là:
2.IXKF + IXKĐ/C = 2.11,405 + 6,7.4=29,514 (KA)

CHƯƠNG 3:ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT ĐIỆN TÀU 22500T
Cơ sở lý thuyết
3.1.1. Cần phải ổn định điện áp cho máy phát.

3.1.

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 21


Tất cả các máy phát khi sản suất đều cho điện áp định mức khi hoạt động với điện áp
định mức như vậy sẽ đem lại hiệu quả:
- Tăng tuổi thọ cho máy phát
- Hiệu suất sử dụng cao.
- Hiệu quả kinh tế lớn
Các thiết bị hoạt động với điện áp nhỏ hơn điện áp định mức:
- Động cơ dễ bị quá tải.
- Các khí cụ điện hoạt động không tin cậy dẫn đến hệ thống hoạt động cũng không
tin cậy.
- Đối với các hệ thống chiếu sáng thì cường độ sáng sẽ bị suy giảm.
Các thiết bị hoạt động với điện áp lớn hơn điện áp định mức:
- Các động cơ, cuộn dây dễ bị đánh thủng cách điện dẫn tới giảm tuổi thọ của thiết
bị điện.
- Các thiết bị chiếu sáng hoạt động với điện áp cao thì tuổi thọ sẽ giảm rất nhanh.
3.1.2. Các nguyên nhân gây dao động điện áp.
- Do độ lớn của tải thay đổi
- Do tính chất tải thay đổi(cos)
- Khi tốc độ thay đổi:
• Cos = const, If = const, n = var khi đó Ea sinh ra trong cuộn dây thay đổi dẫn đến
điện áp ra của máy phát cũng thay đổi.
• Khi nhiệt độ môi trường thay đổi thì làm điện trở cuộn dây phần ứng thay đổi
khiến điện áp máy phát cũng thay đổi.

3.2.
Nguyên lý xây dựng bộ tự động điều chỉnh điện áp.
3.2.1. Xây dựng bộ tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch.
a. Sơ đồ nguyên lý

U0
SS
KĐ

CL
F

CL

F
KT

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Hình A

Page 22

KT

Hình B

-

Khối đo và so sánh: đo điện áp máy phát và so sánh điện áp chuẩn U0. Tạo ra

-

#0 để có tín hiệu điều khiển dòng kích từ của máy phát.
Uf lấy qua biến áp,mạch điện trở nối tiếp hoặc song song.
U0 điện áp chuẩn đặc trưng cho điện áp định mức được tạo ra thông qua điốt

-

zenner, cuộn kháng bão hòa, qua điện chuẩn và khuếch đại thuật toán.
Khuếch đại: điện từ, máy điện, bán dẫn, thuật toán.
Chỉnh lưu Thyristor

b. Nguyên lý hoạt động
Khi điện áp của máy phát dao động điện áp định mức (Uf > Udm hoặc Uf < Udm ). Lúc
đó có tín hiệu điều khiển ∆U ≠ 0 được tạo ra qua bộ đo và so sánh.Tín hiệu này được gửi
tới bộ khuếch đại nó được khuếch đại lên tín hiệu đủ lớn sau đó đưa qua bộ chỉnh lưu để
điều chỉnh Ikt đủ lớn đưa điện áp của máy phát về với điện áp định mức.
c. Ưu điểm
- Dễ dàng trong quá trình tự kích ban đầu ( vì chỉ có một phản hồi điện áp ) .
- Hệ thống đơn giản, có trọng lượng và kích thước nhỏ ( Khi làm bằng các phần tử
-

bán dẫn)
Có độ chính xác điều chỉnh cao .
Đây là hệ thống vạn năng có thể ổn định điện áp cho máy phát với bất kỳ nguyên

nhân nào làm thay đổi Uđm của máy phát.
d. Nhược điểm :
- Hệ thống có tính ổn định động không cao. Nếu khởi động các động cơ lồng sóc có
công suất lớn gần bằng công suất của máy phát , hệ thống sẽ mất ổn định dẫn đến
mất hoàn toàn kích từ . Bởi vậy đối với những động cơ có công suất tương đối lớn
bắt buộc phải áp dụng các phương pháp khởi động làm giảm dòng khởi động .
- Thời gian cường kích lâu hơn nguyên lý nhiễu.
- Độ tin cậy không cao .
- Xác suất hỏng hóc cao hơn.
3.2.2. Nguyên lý xây dựng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu.
Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 23


1/ Hệ thống phức hợp dòng ( Hay còn gọi là bù dòng) .
-

Định nghĩa : Hệ thống TĐ ĐC ĐA theo nguyên lý phức hợp dòng là hệ thống có
hai tín hiệu : tín hiệu dòng và tín hiệu áp hai tín hiệu này được cộng lại với nhau

-

ở phía một chiều ( sau chỉnh lưu ) .
Với cấu trúc như vậy hệ thống chỉ có thể cảm biến được với sự thay đổi của độ lớn
dòng tải. Hệ thống phức hợp dòng chỉ có khả năng giữ được điện áp của máy phát
do một nguyên nhân là khi cường độ dòng tải thay đổi. Chính vì vậy mà nó ít được
ứng dụng trong thực tế trên tàu thuỷ cũng như trên bờ.

Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 24


CL
F

BD

KT

 Hoạt động:
- Khi máy phát không tải thì tín hiệu áp đủ cung cấp dòng kích từ để điện áp máy
-

phát đạt điện áp định mức (UF = Uđm).
Khi máy phát có tải thì tín hiệu dòng bù thêm với tín hiệu áp để cho điện áp máy

-

phát giữ ổn định ở điện áp định mức (UF = Uđm).
Hệ thống chỉ ổn định được điện áp cho các máy phát khi độ lớn dòng tải thay đổi.

2/ Hệ thống phức hợp pha.
Khái niệm:
-

Hệ thống phức hợp pha là hệ thống T.Đ điều chỉnh điện áp có thể ổn định được

UF với hai nhiễu chính đó là dòng tải (It) và tính chất của tải (cosφ) . Hệ thống
phức hợp pha gồm có 2 tín hiệu chính là tín hiệu áp Uf và tín hiệu dòng (I t) , hai
tín hiệu này được cộng với nhau ở phía xoay chiều ( trước chỉnh lưu ).Tức là
cộng với nhau về pha . Hệ thống phức hợp pha có thể chia làm 2 loại.

 Hệ thống phức hợp pha song song: là hệ thống phức hợp pha mà tín hiệu dòng và tín

hiệu áp song song cấp cho cuộn kích từ (tín hiệu dòng và tín hiệu áp được cộng dòng với
nhau ).
Phạm Văn Thiệp
MSV : 48384

Page 25