Tìm hiểu, nghiên cứu trạm phát điện tàu b170

TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hoá đất nước, ngành giao thông vận tải
có một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.Nó đem lại hiệu quả cao về kinh
tế cho đất nước, đặc biệt là giao thông vận tải biển.Nước ta với lợi thế có bờ biển dài tạo
điều kiện thuận lợi cho ngành giao thông vận tải biển phát triển, là tiền đề để ngành công
nghiệp đóng tàu của nước ta phát triển mạnh mẽ.Trong những năm gần đây ngành công
nghiệp tàu thuỷ chúng ta đã đóng được những con tàu cỡ lớn,đủ các loại: tàu dầu, tàu
container, tàu hàng rời mang tầm cỡ quốc tế thu hút sự chú ý các bạn bè trên thế giới.
Xuất phát từ yêu cầu cần thiết phải nghiên cứu những hệ thống trên tàu, đặc biệt là
những hệ thống có ý nghĩa quan trọng như trạm phát điện tàu thủy nhằm nâng cao chất
lượng, độ chính xác, độ tin cậy của hệ thống và để củng cố kiến thức đã họcmôn
“Trạm phát điện tàu thủy” em đã được thầy ThS. Phan Đăng Đào giao cho làm thiết
kế môn học với đề bài: “Tìm hiểu, nghiên cứu trạm phát điện tàu B170 ”
Với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cùng với sự trợ giúp của các bạn trong lớp em
đã hoàn thành đồ án của mình. Nội dung của đồ án gồm 5 phần chính như sau:
-

Tính chọn công suất và số lượng tổ hợp Diezen
Tính toán ngắn mạch
Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp
Trạm phát điện chính
Trạm phát điện sự cố

Do kiến thức của bản than còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những sai sót,
rấtmongnhậnđược những ý kiến đóng góp chân thành của thầy và các bạn để bài thiết
kế của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG I: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT TRẠM PHÁT

1
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
1.1. Các phương pháp tính toán công suất trạm phát
1.1.1 Phương pháp bảng tải
- Tất cả các phụ tải trên tàu đều có công suất định mức và trong từng chế độ
công tác khác nhau của tàu thì số lượng công tác của các phụ tải cũng khác nhau.
- Mức độ chịu tải của từng phụ tải cũng khác nhau.
* Ví dụ: Công suất định mức của một số động cơ là ( 8 kw) thì khi hoạt động định
mức công suất đó là công suất sinh ra trên trục động cơ. Còn công suất nhận vào sẽ
phải lớn hơn công suất định mức.Khi đó : Công suất tiêu thụ cực đại của một nhóm
phụ tải sẽ là : Pmax.
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.
+ Ví dụ: Nhóm phụ tải tời hàng có 5 động cơ tời hàng, hiện tại lúc làm việc có
K dt =

2 động cơ hoạt động =>

2
= 0,4
5

.

* Kt: Là hệ số tải của từng phụ tải bằng tỷ số giữa công suất thực tế của máy
đang làm việc với công suất định mức của nó.
Ví dụ:
Pđm = 10(km) (công suất của một động cơ).
Thực tế động cơ chỉ thực hiện 8kw.
=> K t =

8
= 0,8
10

=> Kt =

Ptieu thu thuc
Pdm

Pv: Là công suất mà động cơ nhận được từ mạng mà khi nó làm việc định mức.
Pv =

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.

2
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG

MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
Khi lập bảng tải chúng ta chia phụ tải ra các nhóm( cụ thể là 6 nhóm.) rồi tính toán
công suất cho từng chế độ hoạt động của tầu .
Bảng thống kê các thông số của trạm phát điện tầu thuỷ được thực hiện theo bảng.
*Lưu ý : Sau khi tính toán xong 6 nhóm phụ tải ta cần phải làm tiếp các công việc
sau:
1- Tính công suất tiêu thụ tổng của từng chế độ.
2- Như trên nhưng không tính tới các phụ tải trong ngoặc
3- Như trên nhưng đã nhân với hệ số đồng thời năng lượng ( kdtNL).Thường thì
hệ số đồng thời năng lượng lấy bằng 0,8.
4- Như trên nhưng tính tới tổn hao trên lưới 5% .
5- Như trên nhưng tính tới 20% công suất dự trữ ( phục vụ cho việc gia tăng
thêm tải về sau hoặc các trường hợp dự phòng cho việc khởi động động cơ có công
suất lớn .
6- Tính hệ số cosφTB .( COSφTB = ∑P/∑S. )
7- Lựa chọn số lượng và công suất máy phát công tác .
1.1.2. Phương pháp phân tích (phần đúng)
- Phương pháp này dựa trên cơ sở tổng hợp tài liệu vận hành trạm phát điện tàu thuỷ .
Phương pháp này khi tính toán người ta cũng dựa vào 5 chế độ công tác của tàu.
Chúng ta lần lượt nghiên cứu và dựa vào các chế độ công tác sau :
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 .

(1)

N: Là công suất của máy chính tính bằng kw.

3
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2

(kw)


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
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 P TB 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.
4
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348

LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
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.
* 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. 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.

5
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
Trọng tải
(tấn)

1016
T

1706

1800

Số lượng
máy phát
(kw)

2 x 50
1 x 20
1 x 12

3x
100
1 x 10

3 x 61 3 x 100
1 x 13 1 x 15

Tổng công
suất tải

132

310

w/ tấn
Loại tàu

1980

13700

15000

20000

2x

400
1 x 76

2 x 150
2x600
2 x 100
1x34
1 x 18

196

315

876

518

1234

239
692
415
130
182
109
Loại tàu trở hàng tạp
hoá

443
159

1090
64

800
35

1537
65

Loại tàu dầu

- Thường chọn số lượng máy phát trên tàu từ 3 - 5 máy.
1.2. Tính toán công suất trạm phát theo phương pháp bảng tải
1.2.1. Tính toán công suất trạm phát tàu B170 bằng phương pháp bảng tải
- Thành lập bảng phụ tải cho trạm phát điện xoay chiều tàu B170, trong đó bảng
tải tàu B170 được chia làm 5 chế độ như sau:
+ Chế độ làm hàng.
+ Chế độ đỗ bến không làm hàng.
+ Chế độ điều động.
+ Chế tàu hành trình.
+ Chế độ sự cố.
- Bảng tải được chia thành các cột như sau:
+ Cột 1 : Số thứ tự.
+ Cột 2 : Ghi tên các phụ tải được chia thành các nhóm chính.
+ Cột 3 : Ghi số lượng phụ tải.
+ Cột 4 : Ghi công suất định mức Pđm.
+ Cột 5 : Ghi cosϕđm của phụ tải.
+ Cột 6 : Ghi hiệu suất.
+ Cột 7 : Ghi công suất nhận vào từ mạng của phụ tải Pv.

+ Cột 8 : Ghi tổng công suất nhận vào từ mạng của phụ tải ∑ Pv.
6
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
- Các cột tiếp theo của bảng tải được chia thành 5 chế độ như đã nêu trên. Mỗi
chế độ đều có các cột giống nhau như sau:
+ Cột 9 : Ghi hệ số tải Kt.
+ Cột 10 : Ghi hệ số đồng thời Kđt.
+ Cột 11 : Ghi cosϕ của phụ tải.
+ Cột 12 : Ghi công suất tiêu thụ P, tính đến Kt và K đt (P = Kt.Kđt.Σ Pv)
+ Cột 13 : Ghi công suất phản kháng Q.
1.2.2. Kết luận tính chọn số lượng máy phát
Công suất tiêu thụ lớn nhất của nhóm tải trên là trong chế độ điều động:
P = 2757.8(KW )
S = 3245.2 (KVA)
Do cos�tb= P/S =2757.8/3245.2≈0.85
Công suất tính đến tổn hao trên đường dây 5%:
P1 = P+P*0.05 = 2895.7 (KW)
Công suất tính đến 25% dự trữ:
P2 = P1*0.25 = 3619.6 (KW)
Công suất tính đến hệ số năng lượng đồng thời của phu tải:
P3 = P2*0.8 = 2895.7 (KW)
→ S = P3/cos�tb = 3245.2 (KVA)
→ Cần chọn số máy phát là 3 máy có công suất là: 3245.2/3 ≈ 1082 (KW)

7

SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
2.1. Cơ sở tính toán ngắn mạch
2.1.1. Khái niệm chung
- Ngắn mạch là 1 trạng thái sự cố của hệ thống năng lượng điện. Đó là sự nối kín
mạch giữa các cực, các pha trong 1 hệ thống năng lượng điện , máy phát, động cơ
đang công tác.
- Trong hệ thống 3 pha 4 dây thì nối kín giữa 1 pha với dây trung tính cũng là ngắn
mạch.
a)Các nguyên nhân gây ra ngắn mạch :
- Nguyên nhân cơ bản gây ra ngắn mạch là do sự hư hỏng các chất cách điện của hệ
thống hoặc các thiết bị điện. Mà chất cách điện bị hư hỏng là do sự già hoá vật liệu
cách điện theo thời gian công tác , do sự quá áp hoặc do sự tác động cơ khí gây nên .
- Do sự thao tác nhầm lẫn của người sử dụng hoặc do vận hành thao tác không đúng
các qui trình kỹ thuật.
- Do ngắn mạch các động cơ , phụ tải có công suất lớn .
b) Hậu quả của ngắn mạch:
- Hệ thống năng lượng điện của chúng ta ngày nay ngày càng tự động hoá cao . Do
vậy cần công suất của các trạm sẽ lớn . Khi đó dòng ngắn mạch sẽ càng lớn, có khi
dòng ngắn mạch đạt tới hàng trăm KA
- Nếu 1 trạm phát có P bằng vài trăm KW  dòng ngắn mạch rất lớn có thể tới
hàng ngàn( Am pe) .
- Tác dụng nhiệt : Dòng ngắn mạch sẽ nhanh tróng đốt nóng các phần tử mang điện
,lúc đó các phần tử dẫn điện nhanh tróng vượt qúa nhiệt độ định mức của các thiết bị
và có thể gây cháy thiết bị đó. Nếu chúng không được chọn để được chịu dòng ngắn

mạch đó.
- Tác dụng do lực điện động: Khi có dòng điện lớn chạy qua sẽ gây ra 1 lực điện
động lớn giữa các phần dẫn điện. VD: Thanh cái. Lực đó sẽ làm hư hỏng các vật liệu
cách điện, làm vỡ trụ đỡ hoặc các thiết bị cố định khác.

8
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
- Khi ngắn mạch gây ra sự sụt áp đột ngột lớn làm sấu đi tính công tác của trạm phát ,
làm mất tính ổn định của các thông số cơ bản như U , f . Ngoài ra ngắn mạch bằng hồ
quang còn có thể gây ra hoả hoạn, gây cháy các thiết bị điện khác.
c) Các dạng ngắn mạch:
- Trong hệ thống 3 pha có thể có 3 dạng ngắn mạch cơ bản sau:
1. Ngắn mạch 3 fa
2. Ngắn mạch 2 fa
3. Ngắn mạch 1 fa.
ngắn mạch 3pha

ngắn mạch 1 pha

không ngắn mạch 1 pha

- Ngắn mạch 3 fa gọi là ngắn mạch đối xứng. Còn các dạng ngắn mạch khác gọi
ngắn mạch không đối xứng . Ở đây ta chỉ nghiên cứu ngắn mạch 3 fa đối xứng . Ở
trên tầu người ta bảo vệ dòng ngắn mạch bằng Ap tô mat và cầu chì. Vì vậy tính
toán ngắn mạch đối xứng là chung tổng hợp cho mọi trường hợp ngắn mạch.Vì mọi

sự ngắn mạch 1pha , 2pha cuối cùng cũng dẫn đến ngắn mạch 3 pha .
d) Ý nghĩa cuả việc tính toán dòng ngắn mạch:
Mục đích của việc tính toán ngắn mạch:
- Để xác định các thông số cho trước trong việc lựa chọn các thiết bị bảo vệ ngắn
mạch cho trạm phát điện (Đó là lựa chọn các Áp tô mát và các cầu chì cho máy phát)
- Để nghiệm lại sức bền chịu tác dụng của lực điện động hay nghiệm lại sức chịu
đựng tác dụng nhiệt của tất cả các thiết bị có thể có dòng ngắn mạch đi qua .(Như
thanh cái trên bảng điện chính.)

9
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
* Tóm lại: Việc tính toán ngắn mạch là rất quan trọng và rất cần thiết cho việc khai
thác cũng như thiết kế chế tạo bảng điện chính trên tầu thuỷ .Trong trạm phát điện
việc trang bị các thiết bị bảo vệ ngắn mạch là bắt buộc đối với mọi trạm phát điện và
không thể thiếu được .
2.1.2. Tính toán ngắn mạch cho mạng xoay chiều
a) Sơ lược về các phương pháp tính toán
- Để tính toán ngắn mạch cho trạm phát điện xoay chiều hiện nay người ta sử dụng
phương pháp: Thống kê, đồ thị, phương pháp mô hình hoá . (máy tính)
- Từ các phương pháp trên người ta lại chia ra như tính toán trực tiếp hoặc tính toán
dựa trên sơ đồ hoặc là tính toán theo mô hình. Chúng ta đi sâu phương pháp tính toán
trực tiếp, phương pháp này có 2 cách:
+ Cách 1: Tính toán trực tiếp theo nguồn riêng: phương pháp này tính dòng tại điểm
ngắn mạch do từng nguồn cung cấp và tổng hợp lại.
+ Cách 2: Người ta tính toán theo nguồn chung là dẫn dắt sơ đồ ngắn mạch tới 1 tổng

trở rồi tính toán. Ngoài ra ở Liên Xô áp dụng tính toán ngắn mạch theo đồ thị.
b) Tính toán ngắn mạch bằng phương pháp I - E - C (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. Với mạch 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.
10
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
=> 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 xiêu 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.
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.

11
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
* Phương pháp IEC: Là 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 .
c) Tính toán ngắn mạch trên các trụ đấu dây của máy phát .
- Khi xảy ra ngắn mạch trên trụ đấu dây của máy phát sự thay đổi độ lớn hiệu dụng

thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch trên trụ đấu dây máy phát hầu như không đổi trong
một vài chu kỳ đầu. Không phụ thuộc vào tính chất của hệ thống Tự Động ổn định
điện áp nên dòng siêu quá độ của máy phát lúc này (trong chế độ không tải) được tính
như sau:
I '' F =

U dmF I dm F
= ''
X '' d
xd

(x''d: giá trị tương đối).

trong đó : UđmF: điện áp fa.
X''d: là trở kháng dọc trục trong thời kỳ siêu quá độ.
Iđm: là dòng định mức máy phát .
(Đó là công thức áp dụng tính cho máy phát khi U F = Uđm và chưa mang tải).
- Nếu xảy ra ngắn mạch tại thời điểm công tác có tải định mức thì:
I’’Ftải' = 1,1 I''F
- Thành phần này sẽ nhanh tróng nhỏ dần vì sự nhỏ dần của thành phần siêu quá độ.
Dòng trong cuộn ổn định nhỏ dần. Sau khi thành phần siêu quá độ đã tắt trong mạch
chỉ còn dòng quá độ, thành phần chu kỳ dòng quá độ. Khi máy không tải sẽ là :
I 'F =

U dm I dm
=
X 'd x'd

(x’d : là trở kháng dọc trục của máy phát trong thời kỳ quá độ

ở giá trị tương đối .)
- Thành phần cũng được nhân (x) với 1,1 khi ngắn mạch xảy ra tại thời điểm công tác
'

có tải định mức:

I Ft = 1,1I ' F

* Máy phát đang công tác tại chế độ định mức khi có Iđm ,Uđm, fđm và cos φđm .
- Nếu trong máy phát có cuộn ổn định, cuộn giảm chấn động thì khi ngắn mạch mới
có thời kỳ siêu quá độ.

12
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
- Khi thời gian siêu quá độ hết thì bắt đầu chuyển sang thời kỳ quá độ. Vậy nếu không
có cuộn ổn định thì máy phát chỉ có thành phần qúa độ và ổn định mà không có thành
phần siêu qúa độ.
- Trong đó :
X'd là trở kháng dọc trục trong thời kỳ qúa độ
x’d : là trở kháng dọc trục trong thời kỳ quá độ ở giá trị tương đối.
- Độ lớn hiệu dụng trong thành phần chu kỳ quá độ cũng nhỏ dần theo sự nhỏ dần của
thành phần quá độ. Với hằng số thời gian T'd là hằng số thời gian của thành phần quá
độ dòng ngắn mạch . Trong thực tế người ta tính được T ''d và T'd là thông số để chọn
ap tô mát. Như vậy độ lớn hiệu dụng thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch sau 1 vài
chu kỳ dao động kể từ khi xảy ra ngắn mạch có thể tính.

t

I CKF = ( I

''

F

− I F )e

T ''d

+ I 'F

(1)

- Biểu thức này có được với giả thiết I F' không nhỏ đi và giả thiết này không gây ra
sai lầm lớn trong 1 vài chu kỳ đầu bởi vì T d' thường lớn gấp 10T’'d. Dòng ngắn mạch
lớn nhất (Imax = Ixk) gọi là dòng xung kích . Giá trị I xung kích phụ thuộc vào I ''F tỷ số
x'/x''d, hằng số thời gian T''d và COSφ ngắn mạch . Nên ta có biểu thức dòng xung kích
như sau:
I xk

I
F
−
− ''
 ''

2Tok

'
'
''
2T d
= 2 ( I F − I F )e
+ I F  + 2 I F .e



(2)

- Vì dòng xung kích xuất hiện khi t = T / 2 (Nên ta đã thay t = T /2 từ biểu thức 1).
* Để tính I xk ta dựa vào các đặc tính sau:

13
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
3

2,8

2,6
T"d = 0,050s
T"d = 0,040s
T"d = 0,030s

2,1

T"d = 0,020s
2,2
T"d = 0,010s
2

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,4
T"d = 0,050s
T"d = 0,040s
T"d = 0,030s

2,2

T"d = 0,020s
2,0
T"d = 0,010s
1,8

1,6

1

1,2

1,4

1,8

1,6

14
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2

2

Khi f = 50Hz
Cosϕng = 0,1


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
2,4

2,2
T"d = 0,050s
T"d = 0,040s

T"d = 0,030s

2,0

T"d = 0,020s
1,8
T"d = 0,010s
1,6

1

1,2

1,4

1,8

1,6

Khi f = 50Hz
Cosϕng = 0,2

2

- Nếu có giá trị I''F, X'd/X''d, T''d thì dựa vào các đặc tính đó ta có thể tính được Ixung kích =>
Ixk phụ thuộc vào I’F , f, COSφng, Xd'/X''d.
- Nếu không ta có thể xác định Ixk = biểu thức ở trên.
-

2

trong biểu thức Ixk là hệ số làm cho Ixk tính toán sát với thực tế .Nó được xác

định qua việc tính toán khảo sát thực tế.
d) Tính toán ngắn mạch khi điểm ngắn mạch xảy ra trên trụ đấu dây của động cơ
- Các động cơ không phải là nguồn ổn định của dòng ngắn mạch và nó sẽ dẫn tới (o)
sau giai đoạn quá độ.
- Suất điện động của động cơ < điện áp đưa vào động cơ và s.đ .đ đó nhỏ nhất khi có
tải định mức .
- Khi ngắn mạch tại bảng điện chính ta coi tất cả các động cơ cung cấp cho điểm ngắn
mạch là 1 động cơ tương đương nối trực tiếp với thanh cái . Công suất của động cơ
này bằng tổng công suất của các động cơ đang làm việc lúc đó .Các động cơ có P < 5
KW thì bỏ qua. Qua nhiều thí nghiệm rút ra kết luận sau :
+ Độ lớn hiệu dụng thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch I dc' tại thời điểm ngắn
mạch động cơ không tải là :

Iđc' = 6,25 Iđmđ/c

+ Nếu lúc ngắn mạnh mà động cơ có tải là định mức thì I đc' lúc đó sẽ < 6,25
Iđmđ/c. Nhưng khi tính toán ta vẫn lấy là 6,25 Iđmđ/c = Iđc'.
+ Sự nhỏ dần thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch của động cơ như sau:
Thời gian kể từ khi ngắn mạch

Thành phần chu kỳ

Sau T

2,5 Iđm đ/c
15

SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
2T

1,0 Iđmđ/c

+ cos

ϕ

ngắn mạch của động cơ thay thế tương đương ~ 0,3 vì vậy I XK

không thể lớn hơn giá trị

đc

,

8 I đmđc.

Tg thường : Ixkđc < 8Iđmđc.
- Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch quá độ động cơ nhỏ dần với hằng số thời gian
T dòng Ixk của động cơ sẽ xuất hiện tại thời điểm 0,5T. Và lúc đó thành phần chu kỳ
dòng ngắn mạch gần = 4 Iđm của động cơ. Qua thực nghịêm người ta còn thấy rằng tỷ
số giữa dòng xung kích động cơ và thành phần chu kỳ (I 'đc) = 2 và như vậy I

xk

=8

Iđmđc.

7
6
5

4
3
2
1
0

0,5

1

1,5

TCK

2

Đó là đặc tính chu kỳ dòng ngắn mạch của động cơ tương đương .
* Ở trên chỉ là tính toán gần đúng. Đối với những động cơ lớn hơn 200KW nếu tính
như trên

thì chưa đủ mà ta phải tính cụ thể hơn với những giá trị cho trước sau:

Pđmđ/cơ.
+ Tổng trở khi động cơ ở chế độ tĩnh là Zb.(hay z*b
+ Trở kháng tĩnh Xb hoặc x*b.
+ Trở thuần tĩnh của rô to là Rr ( r*r)
+ Trở thuần tĩnh của stato : Rs ( Rs*)
T' =

Sau đó phải tính hằng số thời gian thời kỳ qúa độ.
16
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2

x *b
2Πf .r * r

)


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
Tok =

xb
2Π fr * s

+ Hằng số thời gian thành phần không chu kỳ
+ Thành phần dòng chu kỳ Ickđ/c được tính toán:
t

I ckd / c

−
U
= 2 dm e Tok
Zb

- Dòng ngắn mạch xung kích tại thời điểm t = T/2
T

I xkd / c

Ta có:

T

−
− '
U
U
= 2 dmd / c .e 2T + 2 dm e 2To k
Zb
Zb

Đối với động cơ tương đương có P > 200 KW.
e) Dòng ngắn mạch tổng hợp
- Sau khi ta đã tính toán xong tất cả các dòng xung kích của các nguồn cung cấp cho
điểm ngắn mạch. Trong đó gồm dòng xung kích của các máy phát và của động cơ .
Để xác định dòng ngắn mạch tổng hợp tại điểm ngắn mạch ta chỉ việc cộng số học các

dòng điện ngắn mạch trên lại:
* Chú ý: Khi tính toán dòng ngắn mạch cho các máy phát và động cơ thường ta tính
ở chế độ không tải nhưng vì đối với máy phát dòng ngắn mạch khi tải định mức lớn
hơn dòng ngắn mạch không tải còn với động cơ thì dòng ngắn mạch không tải lớn hơn
dòng ngắn mạch khi có tải định mức. Do đó 2 trường hợp trên có thể coi nhỏ như bù
trừ cho nhau.
f) Tính dòng ngắn mạch khi điểm ngắn mạch xảy ra ở xa máy phát.
-Trong trường hợp này cần chú ý đến tổng trở từ máy phát đến điểm ngắn mạch vì
nó có ảnh hưởng đến giá trị dòng ngắn mạch . Như vậy tính hằng số thời gian kể cả
điện trở ở ngoài máy phát ta có.
1+
T '' dz = T '' d
1+

xz
x '' d
xz
x'd

xz
x '' d
= T '' d .
x
1 + 'z
xd
1+

17
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348

LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
xz
2ΠfR s
x
1+ z
Rs

Tok +
Tokz =

là hằng số thời gian không chu kỳ.

- Khi xảy ra ngắn mạch ở xa máy phát hay xa bảng điện chính. Các thiết bị bảo vệ sẽ
hoạt động ngay cắt phần đó ra khỏi mạch điện chung nên thời kỳ quá độ không cần
tính . Khi ngắn mạch ở xa thì thành phần dòng ngắn mạch do các động cơ cung cấp là
không đáng kể. Do vậy biểu thức tính dòng I ck và Ixk. Theo biểu thức (1) và (2) ta thấy
I''F , I'F, và T''d, Tok bằng các giá trị tương ứng I ''z, I'z, T''dz, Tokz

Trong đó

:

z '' z = ( R s + R z + j ( x '' d + x z )
Z ' z = Rs + R z + j ( X ' d + X z )

Rs - là điện trở stato của máy phát .
Rz: - là điện trở mạch ngoài từ trụ đấu dây đến điểm ngắn mạch.

Xz: là trở kháng mạch ngoài từ trụ đấu dây tới điểm ngắn mạch .
U dm
Z '' z
U dm
=
Z 'z

I '' z =
I 'z

và

g) Phương pháp tính toán ngắn mạch đơn giản
- Tính toán dòng ngắn mạch I''d, Ixk bằng phương pháp đơn giản . Đây cũng là phương
pháp IEC nhưng chỉ trên điện áp định mức của máy phát bỏ qua tổng trở của đường
dây từ máy phát đến thanh cái ta có thể tính đơn giản như sau:
+ Ngắn mạch gần máy phát .
I '' F = n.

I dm F
x '' d

n: là số lượng máy làm việc // lúc sảy ra ngắn mạch T.
I'đc = 6,25 Iđmđ/c. Nên dòng tổng hợp thời kỳ siêu quá độ là:
I '' = I '' F + I ' dc

- Hệ số xung kích
18
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348

LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
K xmf = f (
K xkd / c =

rs
)
x '' d
8I dmdc
2 4.I dmdc

- Giá trị thành phần cuối kỳ trong thời kỳ siêu quá độ dòng ngắn mạch đến thời điểm
xuất hiện dòng xung kích đã nhỏ đi 1 ít nhưng không đáng kể nên ta có.
Kxr tổng hợp= KxkF + Kxkđ/c
Kxkth: Hệ số xung kích tổng hợp.
I xkmF = 2 K xkF I '' F
I xkdc = 8I dmdc
I xkth = I xkF + I xkdc

K: phụ thuộc vào dòng ngắn mạch của động cơ .
- Giá trị đã cho là tỷ số giữa giá trị đầu thành phần chu kỳ của động cơ thay thế trên
dòng ngắn mạch của máy phát .

1,9

0,9

1,8

0,8

1,7

0,7

1,6

0,6

1,5

0,5

1,4

0,4

1,3

0,3

1,2

0,2

1,1

0,1

0

1
0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,7

0,6

0,8

0,9

1

- Đặc tính trên là sự phụ thuộc hệ số xung kích và cos
phát .
2.2 Tính toán ngắn mạch cho mạng điện xoay chiều
Bài toán : Tính toán dòng ngắn mạch tại các điểm :
19
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348

LỚP: ĐTT53-ĐH2

1,1

ϕ

1,2

ngắn mạch của máy


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
A ( gần máy phát )
B ( xa máy phát )
Khi tàu có 3 máy phát đang công tác song song.

- Các máy phát F1, F2, F3 có các thông số cho trước sau :
S = 1300 KVA

x’’d = 0,117

Uđm = 450 V

x’d = 0,208

Iđm = 1668 A

T’’d = 4 ms

fđm = 60 Hz

T’d = 82 ms

ϕ

cos = 0,8

TOK = 23ms

rs = 0,0257 – điện trở thuần 1 pha cuộn dây Stator của máy phát
- Động cơ tương đương :
S = 1370 KVA

TOK = 10 ms

Uđm = 450 V

rs = 0,0257

Iđm = 1668 A

rr = 8

20
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

ϕ

cos = 0,8

T’ = 20 ms

zb = 0,16

xb = 0,156

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

S2 = 6 150 mm2
R2 = 17 m

Ω

X2 = 1.8 m

Ω

2.2.1 Tính toán dòng ngắn mạch tại điểm A ( gần máy phát )
Theo biểu thức

- 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

− t''
Td

+ I 'F

→

Với fđm = 60 Hz T = 16,7 ms
mạch xảy ra t = T/2 = 8,35 ms

→

Dòng xung kích xuất hiện từ khi dòng ngắn

Ta có bảng sau :
t (ms)
0
8,35
20
30
40
50

( I ''F − I ' F )e

− t''
Td

I'F (KA)

ICKF (KA)

1,1 ICKF khi tải là
đm(K.A)

8
8
8
8
8
8

14.3
10.2
8.5
8.13
8.04
8.013

15.7
11.22
9.35
8.94
8.84
8.81

6.3 . 1,00 = 6.3
6.3 . 0,35 = 2.2
6.3 . 0,08 = 0,5

6.3 . 0,02 = 0,13
6.3. 0,007 = 0.04
6.3 . 0,002 = 0,013

21
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
* Kết quả tính toán thành phần không chu kỳ trên trụ máy phát được tính như sau :
Iock.
t(ms)

•

''

2 I F .e

− t
TOK

( KA)

0
20
8,35
14.28

20
8,29
30
5.3
40
3.55
50
2.27
Dòng xung kích trên trụ máy phát tính theo biểu thức

* Dòng ngắn mạch trên trụ đấu dây của động cơ như sau:
- Thành phần chu kỳ: Ickđc.
I'đ/c(t = 0)= 6,25 . 1,668 = 10.425 (KA)
I'đ/c (t = 8,35) = 4 . 1,668 = 6.672 (KA)
I'đ/c (t = 20) = 2,5 . 1,668 = 4.17(KA)
I'đ/c (t = 40) = 1. 1,668 = 1.668 (KA)
- Dòng xung kích động cơ
IXKđc = 8 . 1,668 = 13.344 (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
20
40

2,2 Ickf (KA)

31.4
22.44
18.7
17.88

Ickđc (KA)
10,425
6,672
4,17
1,668

 Vậy dòng xung kích tại điểm A sẽ bằng:
22
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2

Ick ( KA)(1)
41,825
29,112
22.87
19.548


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
IXK(A) = 2* IXKF + IXKđc = 2 . 28,7 + 13,344 = 70.744 (KA)
Trong lúc ấy tổng dòng định mức của 2 máy phát đi qua điểm A là 2x 1,668 KA.=
3.336 KA → Dòng ngắn mạnh đi qua điểm A rất lớn so với dòng định mức của 2 máy
phát cộng lại.
2.2.2 Tính toán dòng ngắn mạch tại điểm B ( xa máy phát )

Tại thời điểm ngắn mạch mà có 3 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 = 0,117
0.018mΩ

+/ rs = 0,018
0.0028mΩ
- Cáp ở nhánh ngắn mạch của đoạn dây cáp từ thanh cái đến điểm B là :
S2 = 6 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 :

X” =

Z”=
-

X "d + X 1
0.018 + 0.068
+ X2 =
+ 3.6 = 3.63
3
3

R 2 + X "2 = 17 2 + 3.632 = 17.38

(mΩ)

Dòng ngắn mạch siêu quá độ của máy phát là
U dm
=
Z"

I”F=

440
3 *17.38

= 14.95

(KA)
23

SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2

(mΩ)


TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
1,25
3
10 +

Xz
0
.
0028
Tok +
377 *
2π . f .R z
3
=
= 0.01
Rz
1,25
17 +
1+
3
RS
1+
0.0028
3
3.6 +

TokZ =
-

(ms)

Ta có thể tính dòng xung kích bằng công thức đơn giản sau:

IxkF =

2 .I"F (1 + e

−

T
2 TokZ

) 23.05 (KA)
=

Do đó:
IxkF= 23.05 (KA)
1
-

Đối với động cơ
Tổng trở đồng bộ của máy phát

Zb =

2
U dm
.Z b 4502 * 0,16
=
= 0.023
S dm
1300 *1000

(mΩ)

Xb =0.117*450=52.65(mΩ)

T’đc=

Xb
52.65
=
= 17
2πf .Rr 377 * 8

Tokđc =
-

(ms)

Xb
52.65
=
= 5.43
2πf .RS 377 * 0.0257

(ms)

Tổng trở toàn mạch của động cơ tới điểm B là
Rth = Rss+R2 =25,7 + 17 = 42.7 (mΩ)
24

SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2

TKMH: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
Xth = Xb+X2 = 52.65 + 3.6= 56.25(mΩ)
Rth2 + X th2 = 70.62

Zth =
-

(mΩ)

Hằng số thời gian thành phần không chu kỳ của động cơ là
X2
3.6
5.43 +
2π . f .Rss
377 * 25.7 =
=
R
17
1+
1+ 2
0.028
RS

Tokdc +

TokZ =

-

Thành phần chu kỳ tại điểm B khi t =

T 20
=
= 10
2
2

0.009(ms)

(ms)

T

I’ckđc=
-

U dm − T 'dc
450 −0,8 14
.e
=
e
= 2.82
Z th
70.62

(KA)

Dòng xung kích của động cơ là

T

Ixkđc=

T

−
2U dm − 2T 'dc
.( e
+ e 2Tok )
Zb

2 * 450

=

3 * 52.65

Dòng ngắn mạch tại điểm B là:
I’F+I’đc= 6,26 + 2,24 = 8,5(KA)
IxkF+Ixkđc = 23.05 + 7.75=30.8(KA)

25
SINH VIÊN: NGUYỄN HUY HOÀNG
MSV: 48348
LỚP: ĐTT53-ĐH2

(e

− 0. 4

)

+ e − 0. 8 2 =

7,75(KA)