BẢO VỆ RELAY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
© Department of Power Systems
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
NHÓM: 3
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
HỌ VÀ TÊN
MSSV
BÙI ĐỨC TÀI
41203206
HOÀNG TRỌNG QUỐC
41202999
NGUYỄN ĐẮC QUÝ
41203051
NGUYỄN BỬU THỊNH
41203619
FAULT CALCULATIONS
page 1
© Department of Power Systems
CÁC QUY ƯỚC KÝ HIỆU
Network protection &
automation guide-Schneider
Power system analysis-Hadi
Saadat
- Vector: I
- Tổng dẫn:
- Thành phần thứ tự không:
- Thành phần thứ tự không:
I0
V0
Z0
- Thành phần thứ tự thuận:
I1
V1
Z1
- Thành phần thứ tự nghịch:
I2
Event
V2
Z2
I
0
V
Y
0
Z
0
- Thành phần thứ tự thuận:
I
1
V
1
Z
1
- Thành phần thứ tự nghịch:
I
2
V
2
Z
2
- Điện kháng : X
page 2
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
1. Giới thiệu về sự cố ngắn mạch
© Department of Power Systems
2. Tính toán ngắn mạch ba pha đối xứng
3. Các thành phần đối xứng của mạng ba pha
4. Các dạng sự cố
5. Tính toán ngắn mạch không đối xứng
6. Ảnh hưởng của hệ thống trung tính nối đất lên
các đại lượng thứ tự không
7. Tổng kết
NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH
page 3
1. GIỚI THIỆU VỀ SỰ CỐ NGẮN MẠCH
© Department of Power Systems
- Sự cố ngắn mạch là sự cố
xảy ra điều bất thường trên
hệ thống điện 3 pha
- Để ứng dụng chính xác
vào thiết bị bảo vệ cần hiểu
rõ về các thông tin
+ Dòng ngắn mạch cực đại
+ Dòng ngắn mạch cực
tiểu
+ Dòng ngắn mạch nối đất
cực đại
NGUYỄN ĐẮC QUÝ
page 4
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
© Department of Power Systems
- Do tính đối xứng nên tính
toán trên 1 pha
- Khi xảy ra ngắn mạch bắt
đầu quá độ sang ổn định, phu
thuộc vào điều kiện ban đầu
- Dựa vào các thông số điện
áp, dòng điện trước và sau sự
cố
NGUYỄN BỬU THỊNH
page 5
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Ngắn mạch tại điểm F
- Trước khi xảy ra
© Department of Power Systems
V E I Z ' E '' I Z ''
- Sau khi xảy ra
V V
( Z1 Z1 '')
V
I V
Z1
Z1 ' Z1 ''
- Dòng ngắn mạch
( Z1 Z1 '')
I f I V
Z1 ' Z1 ''
NGUYỄN BỬU THỊNH
page 6
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
© Department of Power Systems
Ví dụ
- Ngắn mạch tại cực A
- Tại A trước sự cố
V 0.97 E ' 1.55I
1.2 �2.5
�
�
V 0.99 E '' �
0.39 �
I
�2.5 1.2
�
E ' 1.55 I �
�
��E ' E '' V
E '' 1.207 I �
Z1 0.68 � I f V
1 p.u
Z1
NGUYỄN BỬU THỊNH
page 7
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
- Dòng trên các nhánh
1.55
0.563 p.u
2.76
1.21
0.427 p.u
2.76
I right
© Department of Power Systems
I left
- Bên phải nhánh A
1.2 �0.563
I 2.5
0.183 p.u
3.7
2.5 �0.563
I1.2
0.38 p.u
3.7
�I AX 0.437 0.183 0.62 p.u
��
�I BX 0.38 p.u
�RXright 0.68
1.79
�
0.38
��
RXleft 0.68
1.1
�
0.62
�
NGUYỄN BỬU THỊNH
page 8
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Hệ đơn vị tương đối (hdvtd)
- Chọn SB và VB tính các đại lượng trong hdvtd
S
SB
© Department of Power Systems
S pu
V pu
V
VB
I pu
I
IB
Z pu
Z
ZB
- Quan hệ giữa giá trị tương đối cũ và giá trị tương đối mới
Z
new
pu
Z
old
pu
new
B
old
B
S
S
old
B
new
B
V
(
V
)
2
- Khi điện áp cơ bản bằng nhau
Z
new
pu
BÙI ĐỨC TÀI
Z
old
pu
S
S
new
B
old
B
page 9
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Bài tập 1
© Department of Power Systems
- Xậy dựng giản đồ tổng trở tương đương trong hdvtd với
SB= 100 MVA, VB= 20 kV
BÙI ĐỨC TÀI
page 10
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Bài giải
© Department of Power Systems
- Điện kháng của máy biến áp và máy phát
- Điện kháng của đường dây
BÙI ĐỨC TÀI
page 11
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
© Department of Power Systems
- Tổng trở của tải
- Mạch tương đương trong hdvtd
BÙI ĐỨC TÀI
page 12
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
© Department of Power Systems
Các bước tính toán ngắn mạch đối xứng trong hdvtd
B1: Chọn công suất cơ bản Scb và điện áp cơ bản Ucb. (Nếu
HTĐ có nhiều cấp điện áp chọn UcbI tham chiếu, sau đó
tính UcbII, UcbIII … theo tỷ số MBA)
B2: Tính Zcb và Icb cho các cấp điện áp
B3: Tính tổng trở các phần tử HTĐ trong hdvtd như: máy
phát, máy biến áp, đường dây, …
B4: Tính toán các dòng ngắn mạch qua các phần tử, điện áp
tại các nút, … trong hdvtd
B5: Chuyển giá trị dòng điện, điện áp về đơn vị có tên
BÙI ĐỨC TÀI
page 13
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Bài tập 2
© Department of Power Systems
- Cho sơ đồ sau hệ thống điện sau, sự cố ngắn mạch 3 pha đối
xứng xảy ra ở nút thứ 3. Tính dòng ngắn mạch, điện áp tại các nút,
dòng chảy qua các nhánh khi xảy ra ngắn mạch.
BÙI ĐỨC TÀI
page 14
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
© Department of Power Systems
Bài giải
- Sử dụng phép biến đổi sao–tam giác
BÙI ĐỨC TÀI
page 15
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
© Department of Power Systems
- Tổng trở Thevenin nhìn từ hướng sự cố ngắn mạch
( j 0.4)( j 0.4)
( j 0.4)( j 0.8)
j 0.1
Z1s Z 2 s
j 0.2 Z 3 s
j1.6
j1.6
j 0.4 j 0.6
Z 33
j 0.1 j 0.34
j 0.4 j 0.6
- Dòng ngắn mạch
V3 ( F )
1.0
I3 (F )
j 2.0 pu
Z 33 Z f
j 0.34 j 0.16
- Dòng qua 2 máy phát
j 0.6
I G1
I 3 ( F ) j1.2 pu
j 0.6 j 0.4
j 0.4
IG2
I 3 ( F ) j 0.8 pu
j 0.6 j 0.4
BÙI ĐỨC TÀI
page 16
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
- Độ biến thiên điện áp tại các nút
© Department of Power Systems
V1 0 ( j 0.2)( j1.2) 0.24 pu
V2 0 ( j 0.4)( j 0.8) 0.32 pu
V3 ( j 0.16)( j 2) 1 0.68 pu
- Điện áp tại các nút
V1 (0) V2 (0) V3 (0) 1 pu
V1 ( F ) V1 (0) V1 1 0.24 0.76 pu
V2 ( F ) V2 (0) V2 1 0.32 0.68 pu
V3 ( F ) V3 (0) V3 1 0.68 0.32 pu
- Dòng chảy qua các nhánh
V1 ( F ) V2 ( F ) 0.76 0.68
I12 ( F )
j 0.1 pu
z12
j 0.8
V2 ( F ) V3 ( F ) 0.68 0.32
I 23 ( F )
j 0.9 pu
z 23
j 0.4
V ( F ) V3 ( F ) 0.76 0.32
I13 ( F ) 1
j1.1 pu
z13
j 0.4
BÙI ĐỨC TÀI
page 17
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Phương pháp Zbus
m
i# j
Yii yii
© Department of Power Systems
j 0
Yij Yji yij
1
bus
Z bus Y
Ngắn mạch ba pha đối xứng dùng Zbus
- Dòng ngắn mạch
Vk (0)
Ik (F )
Z kk Z f
- Điện áp tại các nút
Vi ( F ) Vi (0) Z ik I k ( F )
- Dòng qua các nhánh
BÙI ĐỨC TÀI
Vi ( F ) V j ( F )
I ij
zij
page 18
2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
© Department of Power Systems
Bài tập 2 (dùng Zbus)
Ybus
j8.75 j1.25 j2.5
j1.25 j6.25 j2.5
j2.5
j
2
.
5
j
5
Z bus
j0.16
j0.08
j0.12
j0.08
j0.24
j0.16
j0.12
j0.16
j0.34
HOME
BÙI ĐỨC TÀI
page 19
3. CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG CỦA MẠNG 3 PHA
- Phương trình giữa điện áp pha và các điện áp thứ tự
�
�
�
2
Eb a E1 aE2 E0 � (3.1)
�
2
Ec aE1 a E2 E0 �
© Department of Power Systems
Ea E1 E2 E0
Hay
Sơ đồ phân tích các vector
không cân bằng của hệ 3 pha
NGUYỄN ĐẮC QUÝ
1
E1 Ea aEb a 2 Ec
3
1
E2 Ea a 2 Eb aEc
3
1
E0 Ea Eb Ec
3
�
�
�
� (3.2)
�
�
�
�
�
page 20
3. CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG CỦA MẠNG 3 PHA
- Mạng thứ tự thuận
V V
I
© Department of Power Systems
1
Z1
V1 V I1 Z1
NGUYỄN ĐẮC QUÝ
(3.3)
(3.4)
page 21
3. CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG CỦA MẠNG 3 PHA
- Mạng thứ tự nghịch
© Department of Power Systems
V2
I2
Z2
(3.5)
- Mạng thứ tự không
V0 I 0 Z 0
(3.6)
HOME
NGUYỄN ĐẮC QUÝ
page 22
4. CÁC DẠNG SỰ CỐ
Các dạng ngắn mạch quan trọng
© Department of Power Systems
1. Một pha chạm đất
2. Hai pha chạm nhau
3. Hai pha chạm đất
4. Ba pha (có hay không có chạm đất)
Ngoài ra cần học hai dạng ngắn mạch
5. Hở mạch một pha
6. Ngắn mạch qua vùng
HOÀNG TRỌNG QUỐC
page 23
© Department of Power Systems
4. CÁC DẠNG SỰ CỐ
1. Một pha chạm đất (A-E)
- Khi xảy ra ngắn mạch
Ib 0 �
�
�
Ic 0 �
(3.7)
�
Va 0 �
- Kết hợp với (3.1) & (3.2)
� I1 I 2 I 0 1 I a
3
(3.12)
� V1 V2 V0
(3.13)
- (3.4), (3.5) & (3.6)
� V I1 Z1 I 2 Z 2 I 0 Z 0
- Do
I1 I 2 I 0
� V I1 Z1 Z 2 Z 3
HOÀNG TRỌNG QUỐC
(3.14)
page 24
4. CÁC DẠNG SỰ CỐ
2. Hai pha chạm nhau (B-C)
- Khi xảy ra ngắn mạch
�
�
�
Ib Ic �
�
Vb Vc �
© Department of Power Systems
Ia 0
(3.8)
- (3.1) & (3.2)
I1 I 2
(3.15)
I0 0
V1 V2
- (3.4) & (3.5)
V I1 Z1 I 2 Z 2 I 0 Z 0
V I1 Z1 I 2 Z 2
� V I1 Z1 Z 2
HOÀNG TRỌNG QUỐC
(3.16)
(3.17)
page 25