Ngan mach he thong lop dai hoc

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
HỆ THỐNG ĐIỆN

GVTH : Ths. Nguyễn Thanh Hiền
BỘ MÔN: Điện – Điện lạnh


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Thanh Hiền, “Bài giảng điện tử tính toán
ngắn mạch hệ thống điện”, Lưu hành nội bộ.
[2] Nguyễn Hoàng Việt, “Ngắn mạch và ổn định trong
hệ thống điện”, NXB Đại học Quốc Gia.
[3] Bộ môn kỹ thuật điện, “Bài giảng ngắn mạch”, Đại
học Quy Nhơn

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


1

TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH

1.1 Đặc điểm của ngắn mạch.
Ngắn mạch là hiện tượng chập nhau giữa các pha
hoặc pha với đất trong hệ có trung tính nối đất.
Lúc xảy ra ngắn mạch tổng trở của hệ thống
giảm đáng kể nên dòng điện tăng lên rất lớn, gọi
là dòng điện ngắn mạch.
Trong quá trình ngắn mạch hệ thống cần phải duy
trì chế độ quá độ và xác lập lại hệ thống.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


1

TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH
Ngắn mạch đối xứng
Ngắn mạch ba pha N(3); xảy ra đồng thời cả ba
pha (5%), là ngắn mạch nguy hiểm nhất.
Ngắn mạch không đối xứng
Ngắn mạch 1 pha chạm đất xác suất 80÷85%
(N(1); 1LG).
Ngắn mạch hai pha chạm nhau (N(2); L-L).
Ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1.1); 2LG).

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


1

TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH

1.2 Nguyên nhân gây ra ngắn mạch.
Sét đánh
Quá điện áp nội bộ
Cách điện dùng
lâu hư hỏng
Bảo trì thiết bị
không chu đáo

Nguyên nhân khác
GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền

Hư hỏng cách điện


1

TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH

1.3 Mục đích của tính toán ngắn mạch.
Lựa chọn thiết bị điện, đặc biệt là thiết bị đóng cắt.
Xác định trạng thái vận hành của hệ thống điện.
Tính toán chỉnh định rơ le bảo vệ hệ thống điện.
Để khảo sát các quá trình quá độ trong HTĐ.
Nghiên cứu ổn định hệ thống.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


1

TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH
Lựa chọn thiết bị điện, đặc biệt là thiết bị đóng cắt.
Khi ngắn mạch dòng điện tăng cao nhiều lần và
cũng là nguyên nhân dẫn đến:
Lực điện động tăng dẫn đến phá huỷ thiết bị
điện về mặt cơ khí.
Lượng nhiệt trên tiếp điểm lớn dẫn đến phá
huỷ bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


1

TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH
Cách ly bằng cách cô lập sự cố bởi các máy cắt.
Có khả năng cắt ngắn mạch với dòng điện lớn
Có khả năng chịu được lực điện động
Có khả năng chịu được dòng điện ngắn mạch
lâu dài.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


1

TNG QUAN V NGN MCH

Lửùc ủieọn ủoọng taực ủoọng MBA

GVTH: Ths. Nguyn Thanh Hin


1

TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH

1.4 Các biện pháp giảm dòng ngắn mạch.

Hạn chế vận hành mạch vòng trên lưới truyền tải.
Vận hành mạch tia kết hợp cấu trúc mạch vòng.
Lắp đặt cuộn kháng 3 pha
Lắp đặt thiết bị giảm dòng ngắn mạch.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


1

TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

2.1 Mô hình máy phát điện.
Các mạch tương đương của mô hình máy phát.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Với:
jxd” là trở kháng siêu quá độ.

jxd’ là trở kháng quá độ.
jxd là trở kháng đồng bộ.
Eg là điện áp thay đổi ứng với phụ tải.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Ví dụ 1:
Cho sơ đồ mạng điện như sau.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Biết: G1 có SG1= 50 MVA; UG1= 13,8 kV; jx1d”= 23,8 Ω
G2 có SG2= 25 MVA; UG2= 13,8 kV; jx2d”= 47,61 Ω.
Giá trị trên đã quy đổi về phía 68 kV
SMBA= 75 MVA, điện áp 13,8/69 kV (∆/Y)
jxMBA= 6,348 Ω
1. Tính toán dòng ngắn mạch của máy phát khi xảy
ra ngắn mạch ba pha phía 68 kV
2. Điện áp phía sơ cấp khi chưa nối tải.
3. Tính dòng ngắn mạch phía 13,8 kV

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền

2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Hướng dẫn.
Thành lập sơ đồ thay thế tương đương.
Tính trở kháng của hai máy phát mắc song song.
Tính dòng ngắn mạch siêu quá độ tại chỗ ngắn mạch
I

''
Nm

=

U2
n

∑X
i =1

Tính toán điện áp phía sơ cấp
''
U1NM = I NM
. jX T

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền

2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Tính dòng ngắn mạch trong hai tổ máy phát
NM
E
−
U
I G'' 1 = G1 '' 1
X 1d

I G'' 2

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền

EG 2 − U 2NM
=
X 2'' d


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Ví dụ 2:
Cho sơ đồ mạng điện như sau.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Biết: G1 có SG1= 50 MVA; UG1= 13,8 kV; jx1d”= 23,8 Ω
G2 có SG2= 50 MVA; UG2= 13,8 kV; jx2d”= 23,8 Ω.
G3 có SG3= 25 MVA; UG3= 13,8 kV; jx3d”= 47,61 Ω.
Giá trị trên đã quy đổi về phía 68 kV
SMBA= 125 MVA, điện áp 13,8/69 kV (∆/Y)
jxMBA= 10,5 Ω
Z23=10 + j 100 Ω; Ztải = j150 Ω
Ngắn mạch ba pha xảy ra tại vị trí 1/2 đoạn 23.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
1. Tính toán dòng ngắn mạch của máy phát khi xảy
ra ngắn mạch ba pha phía 68 kV
2. Tính điện áp phía sơ cấp khi nối tải.
3. Tính dòng ngắn mạch phía 13,8 kV đi vào các
máy phát

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

2.2 Mô hình động cơ đồng bộ, máy bù đồng bộ.
Động cơ đồng bộ có trở kháng cùng dạng như máy phát
Sau đây là mô hình động cơ đồng bộ nối vào máy phát
qua tổng trở đường dây trước khi chưa sự cố.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Sức điện động siêu quá độ và quá động của động cơ
đồng bộ tính như sau:
•

•

E = V g − jX . I L
''
m

Với:

•

''
dm

•

E = V g − jX . I L
'
m

'
dm

Vg là điện áp đầu cực của động cơ
jxm’’là trở kháng siêu quá độ.
jxm’ là trở kháng quá độ.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Có hai phương pháp tính dòng ngắn mạch trong hệ
thống có máy phát và động cơ mang tải.
1. Tính toán ngắn mạch theo sức từ động siêu quá độ
(hoặc quá độ).
2. Tính toán ngắn mạch bằng cách sử dụng định lý
Thevenin.

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

2.2.1 Tính dòng ngắn mạch ba pha khi động cơ đồng bộ
nối vào máy phát qua tổng trở kháng đường dây bằng sức
từ động siêu quá độ.
Phương pháp tính:

Hình a
GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền

Hình b


2

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Khi động cơ mang tải có dòng IL nối vào nguồn phát
thì sức điện động siêu quá độ của nguồn phát và
động cơ đồng bộ trước khi sự cố được tính như sau:
• ''

•

• ''

•

•

•

•

•

E g = V N + ( Z d + jX ). I L = V N + ( Rd + jX d + jX ). I L
''
dg

''
dg

•

E m = V N − jX . I L
''
dm

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch (Hình b). Dòng điện siêu
quá độ ra khỏi máy phát.
• ''

• ''

I scg =

Eg
•

''
( Z d + jX dg

)

GVTH: Ths. Nguyễn Thanh Hiền

•

=

VN
•

''
( Z d + jX dg
)

•

• ''

•

+ I L = I sc + I L