CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

BẢO VỆ RELAY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CHƯƠNG 3

© Department of Power Systems

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH



NHÓM: 3
SINH VIÊN THỰC HIỆN:

FAULT CALCULATIONS

HỌ VÀ TÊN

MSSV

BÙI ĐỨC TÀI

41203206

HOÀNG TRỌNG QUỐC

41202999

NGUYỄN ĐẮC QUÝ

41203051

NGUYỄN BỬU THỊNH

41203619

page 1


© Department of Power Systems

CÁC QUY ƯỚC KÝ HIỆU
Network protection & automation guide-Schneider

Power system analysis-Hadi Saadat

-

Vector:

-

Tổng dẫn:

-

Thành phần thứ tự không:

-

Thành phần thứ tự không:

I

-

IThành
Z0
Vthứ
0 phần
0 tự thuận:

-

Vthứ
IThành
Z1
1 tự nghịch:
1 phần

I2

Event

V2

Z2

-

I

0

I

1

Y

V

0

V

1

V

2

Thành phần thứ tự thuận:

Thành phần thứ tự nghịch:

I

2

Điện kháng : X

Z

0

Z

1

Z

2

page 2


© Department of Power Systems

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

1.

Giới thiệu về sự cố ngắn mạch

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
- 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

© Department of Power Systems

+ 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

- Do tính đối xứng nên tính toán trên 1 pha

- Khi xảy ra ngắn mạch bắt đầu quá độ sang ổn

© Department of Power Systems

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

V = E − I Z ' = E '' + I Z ''
- Sau khi xảy ra

© Department of Power Systems

∆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
Ví dụ

- Ngắn mạch tại cực A

© Department of Power Systems

- 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 = 0.68Ω ⇒ 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 =
I left

© Department of Power Systems

- Bên phải nhánh A

1.2 × 0.563
I 2.5Ω =
= 0.183 p.u
3.7
2.5 × 0.563
I1.2 Ω =
= 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
= 1.79Ω

0.38
⇒
RXleft = 0.68
= 1.1Ω


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

S pu

V pu

V
=
VB

I pu

I
=
IB

Z pu

Z
=
ZB

© Department of Power Systems

- 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
BÙI ĐỨC TÀI

new
pu

=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
- Tổng trở của tải

© Department of Power Systems

→

- Mạch tương đương trong hdvtd

BÙI ĐỨC TÀI

page 12


2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

 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)

© Department of Power Systems

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
- 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

© Department of Power Systems

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

 Bài giải
- Sử dụng phép biến đổi sao–tam giác

© Department of Power Systems

→

BÙI ĐỨC TÀI

→

page 15


2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
- 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

© Department of Power Systems

- 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

∆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

© Department of Power Systems

- 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
z23
j 0.4

I13 ( F ) =
BÙI ĐỨC TÀI

V1 ( F ) − V3 ( F ) 0.76 − 0.32
=
= − j1.1 pu
z13
j 0.4

page 17


2. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

 Phương pháp Zbus
m

Yii = ∑ yii

i# j

Yij = Yji = − yij

j =0

−1
bus

© Department of Power Systems

Z bus = Y

 Ngắn mạch ba pha đối xứng dùng Zbus
- Dòng ngắn mạch

- Điện áp tại các nút

- Dòng qua các nhánh

BÙI ĐỨC TÀI

Vk (0)
Ik (F ) =
Z kk + Z f

Vi ( F ) = Vi (0) − Z ik I k ( F )
I ij =

Vi ( F ) − V j ( F )
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 

2
Ec = aE1 + a E2 + E0 
Ea = E1 + E2 + E0

(3.1)

© Department of Power Systems

Hay

Sơ đồ phân tích các vector

(

)

(

)

1

E1 = Ea + aEb + a 2 Ec
3
1
E2 = Ea + a 2 Eb + aEc
3
1
E0 = Ea + Eb + Ec
3

(

)











(3.2)

không cân bằng của hệ 3 pha
NGUYỄN ĐẮC QUÝ

page 20

3. CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG CỦA MẠNG 3 PHA
- Mạng thứ tự thuận

V −V )
(
∆I = −
1

© Department of Power Systems

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

© Department of Power Systems

 Các dạng ngắn mạch quan trọng
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


4. CÁC DẠNG SỰ CỐ

1.

Một pha chạm đất (A-E)

- Khi xảy ra ngắn mạch

Ib = 0 

Ic = 0 

Va = 0 

(3.7)

© Department of Power Systems

- 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)
mạch

- Khi xảy ra ngắn




Ib = − Ic 

Vb = Vc 

Ia = 0

(3.8)

- (3.1) & (3.2)

© Department of Power Systems

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