Cung cấp điện Lê Minh Phương Chương 5 Tính toán bảo vệ lưới hạ thế

5/13/2014

Electrical Delivery
CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN BẢO VỆ LƯỚI
ĐIỆN HẠ THẾ
PGS.TS Lê Minh Phương
Khoa Điện –Điện Tử
Trường ĐHBK TPHCM

TPHCM
2012

5/13/2014

3

Electrical Delivery
1. Đặc thù của lưới điện hạ thế
2. Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát
nóng và bảo vệ
3. Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện độ bền
nhiệt của dòng điện ngắn mạch
4. Tính toán tổn hao điện áp
5. Tính toán dòng điện ngắn mạch trong lưới hạ thế
6. Bảo vệ lưới điện hạ thế
7. Vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ
4

PGS.TS Le Minh Phuong

CuuDuongThanCong.com

/>
1


5/13/2014

Electrical Delivery
5.2 Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát
nóng và bảo vệ
 Tiết diện dây dẫn phụ thuộc:
 Dòng điện tính toán
 Yêu cầu về bảo vệ quá tải
 Nhiệt độ môi trường
 Môi trường lắp đặt
 Loại vỏ bọc
 Bước đầu lựa chọn dạng cáp phù hợp, cách lắp
đặt sau đó mới tính toán lựa chọn tiết diện

6

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
1. Theo điều kiện phát nóng: dây dẫn được lựa chọn theo
dòng điện tính toán của tải sao cho nhiệt độ dây dẫn không lớn
hơn nhiệt cho phép của dây dẫn với mọi giá trị dòng điện tải ở
chế độ dài hạn

I cp  I lv max
Khi có nhiều dây dẫn trong một máng cáp ta phải tính đến khả
năng truyền nhiệt giữa các cáp

I cp 

I lv max
k hc

Icp- dòng điện cho phép của dây dẫn (cataloges)
Ilvmax -dòng điện lớn nhất chạy trong dây dẫn
Khc - hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào cách lắp đặt
(1 cáp:1.0; 5-6 cáp: 0.68; 7-9 cáp: 0.63....)
5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

7

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
2


5/13/2014

Electrical Delivery
2. Theo điều kiện bảo vệ: tiết diện được lựa chọn

phải được kiểm tra theo điều kiện bảo vệ
I cp 

I pr K pr
khc

Ipr -dòng điện định mức thiết bị bảo vệ
Kpr – hệ số bảo vệ
Chọn dây dẫn thỏa mãn cả hai điều kiện, nếu theo
điều kiện 2 không có trong cataloge thì chọn giá trị
không nhỏ hơn điều kiện 1

5/13/2014

8

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
2. Theo điều kiện bảo vệ: tiết diện được lựa chọn
phải được kiểm tra theo điều kiện bảo vệ
I cp 

I pr K pr
khc

Ipr -dòng điện định mức thiết bị bảo vệ
Kpr – hệ số bảo vệ
Chọn dây dẫn thỏa mãn cả hai điều kiện, nếu theo
điều kiện 2 không có trong cataloge thì chọn giá trị

không nhỏ hơn điều kiện 1

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

9

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
3


5/13/2014

Electrical Delivery
3. Theo điều kiện sụt áp
 Tổn hao điện áp trong dây dẫn lựa chọn không
vượt quá giá trị tiêu chuẩn.
Theo tiêu chuẩn tổn hao điện ápU%:
 Đường dây điện áp 6-10kV: ±5% U %  U  100
U luoi
 Hệ thống chiếu sáng +5%; -2.5%.
 Mạng công nghiệp chế độ làm việc bình thường:
±5%
 Mạng công nghiệp chế độ khởi động : ±8%
 Sụt áp sẽ được tính theo đường dây từ thanh cái
của TPPC hoặc đầu MBA đến thiết bị
5/13/2014

10

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
3. Xác định tổn hao trên đường dây
 Đường dây trong lưới hạ thế chỉ có R và X
 Để xác định tổn hao điện áp trên đường dây
truyền tải ta sử dụng sơ đồ thay thế 1 pha

U pha1  U pha 2  IZ  U pha 2  I ( R  jX )

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

11

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
4


5/13/2014

Electrical Delivery
Xây dựng giản đồ vector điện áp

Thành phần dọc trục

ad  U  af  fd  IRcos2  IX sin2
U  3I (Rcos2  X sin2 )
5/13/2014

12

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Xây dựng giản đồ vector điện áp

Thành phần ngang trục

cd  U  cg  dg  cg  bf  IX cos2  IRsin2

U  3I (X cos2  Rsin2 )
5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

13

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
5

5/13/2014

Electrical Delivery
Biến đổi các công thức trên bằng cách nhân cả tử
số và mẫu số với U.

U 

P1R  Q1X P2R  Q2 X
P X  Q1R P2 X  Q2R

U  1

U1
U2
U1
U2

Khi tính toán cho đường dây điện áp dưới 35kV có
thể bỏ qua thành phần ngang trục của điện áp rơi

U1 U2 

5/13/2014

P2R  Q2 X
U2

U2 U1 

P1R  Q1X
U1
14

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Đối với lưới điện hạ áp

U 

PR
PR  Q2 X
1  QX
1
 2
Udm_luoi
Udm_luoi

U1 U2 

PR
2  Q2 X
Udm_luoi

U2  U1 

PR
1  Q1 X
Udm_luoi

Trường hợp tổng quát
n

U  3  ( I i Ri cosi I i X i sin i ) U % 
i 1

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

100
2
U dm
_ luoi

n

 ( PR Q X )
i

i

i

i

i 1

15

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
6


5/13/2014

Electrical Delivery
4. Theo điều kiện độ bền nhiệt của dòng điện ngắn
mạch
 Chỉ áp dụng cho thanh góp và các thiết bị trong tủ
điện
ixk  ico _ dm

5/13/2014

18

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
4. Xác định tổn hao công suất trong lưới điện
 Tổng tổn hao công suất trong lưới điện chiếm 1020%, một phần tổn hao này trong dây dẫn và máy
biến áp

S2
P2  Q2
P2

P  3 I R  2 R 
R 2
R
U
U2
U cos 2 
2

S2
P2  Q2
P2
 Q  3I X  2 X 
X  2
X
U
U2
U cos 2 
2

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

19

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
7

5/13/2014

Electrical Delivery
4. Xác định tổn hao điện năng
 Nếu công suất tải không đổi thì tổn hao điện năng
trong thời gian t được xác định

AP  3I 2Rt

AQ  3I 2 Xt
 Tuy nhiên thực tế tải thay đổi vì vậy tôn hao điện
năng sẽ phải tính gần đúng, và có thể dựa vào
phương pháp đồ thị phụ tải

20

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Điện năng tiêu thụ

n

AP  Pi ti
i1

AP  PmaxTmax

Tmax: thời gian công suất cực đại, trong khoảng
thời gian đó phụ tải cực đại Pmax tiêu thụ lượng
điện năng đúng bằng lượng điện năng phụ tải thực
tế tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát T
PGS.TS Le Minh Phuong

CuuDuongThanCong.com

/>
21

8


5/13/2014

Electrical Delivery
Tổn hao điện năng

n

AP 3RIi2 ti
i1

AP  3RI m2 ax

 : thời gian tổn hao công suất cực đại, trong
khoảng thời gian đó dòng cực đại Imax gây ra tổn
hao điện năng đúng bằng lượng tổn hao do dòng

thực tế gây ra trong khoảng thời gian khảo sát T
5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

22

Electrical Delivery
4. Xác định tổn hao điện năng bằng 2 cách
 Theo dòng điện trung bình bình phương
 Theo dòng điện cực đại

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

23

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
9


5/13/2014

Electrical Delivery
Theo dòng điện trung bình bình phương

I tbbp  k hd I tb  k hd

2
Ptb  3I tbbp
R

W
T 3U luoi cos 
2
Qtb  3Itbbp
X

Khd - hệ số hình dáng (1.02-1.15)

2
AP  3Itbbp
RT

5/13/2014

2
AQ  3Itbbp
XT
24

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Theo dòng điện cực đại
2
AP  3Im2ax R  Pmax AQ  3Imax X  Qmax

Nếu có đồ thị phụ tải

 Ii2ti
 2
Imax

 Pi 2ti
 2
Pmax

n

Pti i
Tmax 
5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

i 1

Pmax

n

A
 P
Pmax

I t

i i

Tmax 

i1

Imax
25

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
10


5/13/2014

Electrical Delivery
Xác định Tmax và  trong năm

T
  8760* (0.124  max4 ) 2
10

n

Pt

i i

Tmax 

i1

Pmax



W
Pmax

27

5/13/2014

Electrical Delivery
Nếu thời gian khảo sát nhỏ hơn 1 năm

  2Tmax  T 

T  Tmax
P
* (1  min ) 2
T
2P
Pmax
1  max  min
T
Pmax

28

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
11


5/13/2014

Electrical Delivery
Quan hệ giữa dòng cực đại và dòng trung bình bình
phương

Itbbp  Imax

5/13/2014


8760

Itbbp  (0.012 

Tmax
)Imax

10000

29

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Bài tập_ Belarus 53
Xác định tổn hao công suất tác dụng, phản kháng và
tổn hao điện năng của đường dây 10kV chiều dài
2km, R01=0.208/km X01=0.079 /km. Công suất
tính toán S=3+j1.3(MVA) và Tmax=2900h

30

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
12


5/13/2014

Electrical Delivery
VÍ DỤ
Xác định tổn hao điện năng trong 01 năm

trên dây dẫn AC điện áp 6 kV, chiều dài dây
dẫn là 8.2 km, tiết diện dây dẫn là 95mm2
(R0=0.33 /km). Điện năng tiêu thụ trong một
năm là 4980 MWh, với tải cực đại I2max=100
A và cos=0.8. Khd=1.05 (giải bằng 2 cách)

33

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery

Tổn hao công suất trong MBA

35

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

/>
13


5/13/2014

Electrical Delivery
Tổn hao công suất tác dụng : bao gồm tổn

hao do phát nóng cuộn dây, phụ thuộc vào
dòng điện tải và tổn hao trong lõi thép
không phụ thuộc vào tải P0

P2  Q2
P2  Q2
PMBA  2 RMBA PFe  2 RMBA P0
UMBA
UMBA

36

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Từ thông số định mức của MBA và biến đổi biểu
thức trên ta được

PMBA  PNM (

S

2
)2  P0  PNMKPT
_ MBA P0

SĐM_ MBA

Trong đó
P0(%)- Tổn hao công suất không tải của MBA.
PNM(%) – Tổn hao công suất ngắn mạch MBA.
Kpt
hệ số mang tải MBA (Kpt=S/Smba)

37

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
14


5/13/2014

Electrical Delivery
Tổn hao công suất phản kháng : bao gồm
tổn hao do phân tán từ thông MBA , phụ
thuộc vào bình phương dòng điện tải và tổn
hao từ được xác định bởi dòng điện không
tải Q0

P2  Q2
QMBA  Q Q  2 XMBA Q0
UMBA

Q  Q0 

I0 %
SĐM_MBA
100
38

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Tổng tổn hao công suất phản kháng
QMBA  3I 2 X MBA  Q0  3I 2
QMBA 

SĐM _ MBA
100

2
U NM UĐM _ MBA I0 %

SĐM _ MBA
100 SĐM _ MBA 100

2
(U NM KPT
_ MBA  I0 %)

Trong đó

Trong đó
I0(%)- Dòng điện không tải của MBA.
UNM(%) - điện áp ngắn mạch MBA.
39

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
15


5/13/2014

Electrical Delivery
Tổn hao điện năng trong MBA
Tổn hao điện năng tác dụng
2

 S

2
AP_ MBA PNM  max   PT
0 PNM KPT _ MBA_max PT
0
 SĐM _ MBA 



Tổn hao điện năng phản kháng

AQ _ MBA  Q Q0T 

SĐM _ MBA
100

2
(UNM KPT
_ MBA _ max  I 0T )

Trong đó
Smax là công suất cực đại
T thời gian khảo sát
5/13/2014

40

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Tổn hao điện năng trong MBA
Tổn hao điện năng tác dụng
AP _ MBA  PNM

 Stbbp

 S ĐM _ MBA

2


2
 T  P0T  PNM K PT _ MBAT  P0T


Tổn hao điện năng phản kháng
AQ _ MBA  QT  QT 

SĐM _ MBA
100

2
(U NM KPT
_ MBAT  I 0T )

Trong đó
Smax - là công suất cực đại
Ton - thời gian máy biến áp nối lưới
Tload – thời gian máy biến áp mang tải
41

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>

16


5/13/2014

Electrical Delivery
Tổn hao công suất trong n-MBA là việc
song song
Tổn hao công suất tác dụng
2

P _ MBA  nPNM

 S max 
1
2

  nP0  PNM K PT _ MBA _ max  nP0
n
 nS ĐM _ MBA 

Tổn hao công suất phản kháng
Q _ MBA  nQ  nQ 

S ĐM _ MBA 1
( U NM
100
n

2

 Smax 

  nI 0 )
 S ĐM _ MBA 
42

PGS.TS Le Minh Phuong

5/13/2014

Electrical Delivery
Tổn hao điện năng trong n-MBA là việc
song song
Tổn hao điện năng tác dụng
2

AP _ MBA  nPNM

 Smax 
1
2

   nP0T  PNM K PT _ MBA _ max  nP0T
nS
n
ĐM
_
MBA




Tổn hao điện năng phản kháng
AQ _ MBA  nQ  nQ T 

S ĐM _ MBA 1
2
( U NM K PT
_ MBA _ max  nI 0T )
100
n
43

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
17


5/13/2014

Electrical Delivery
Bài tập
Cho một TBA có 2 MBA thông số 110/22 kV
Sdm_MBA=16MVA, tải tính toán Pmax=20MW,
cos=0.9, Tmax=5000 giờ. PNM=85 kW, P0=18

kW, I0=0.7%, UNM=10.5%.
Xác định tổn hao công suất tác dụng, phản kháng và
điện năng trong năm

44

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
VÍ DỤ
Cho MBA 10/0.4 kV Sdm_MBA=400 kVA, tải
cực đại là 295 kVA, cos=0.8, Tmax=3500
giờ. PNM=5.5 kW, P0=1.08 kW, I0=2.1%,
UNM=4.5% .
1. Xác định tổn hao công suất tác dụng, công
suất phản kháng cực đại MBA
2. Xác định tổn hao điện năng tác dụng và
phản kháng trong một năm của MBA.

48

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>

18


5/13/2014

Electrical Delivery
Ví dụ : Cho trạm hạ áp chính gồm 2 MBA 10/0.4 kV
vận hành song song Sdm_MBA=560 kVA, tải cực
đại của trạm là 1000 kVA, cos=0.8. Thông số máy
biến áp PNM=9.4 kW, P0=2.5 kW, I0=6%,
UNM=5.5% .
1. Xác định tổn hao công suất tác dụng, công suất
phàn kháng khi tải cực đại
2. Xác định tổn hao điện năng tác dụng và phản
kháng trong một năm của MBA (bằng 2 cách )

50

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery

Hiện tượng ngắn mạch

54

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
19


5/13/2014

Electrical Delivery
Định nghĩa: Ngắn mạch là hiện tượng tiếp
xúc trực tiếp hai điểm của các pha khác
nhau, pha với dây trung tính, hoặc pha với
đất, làm cho dòng điện tăng đột ngột.

55

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Nguyên nhân:
 Hư hỏng cách điện của thiết bị
 Quá điện áp gây ra bởi sét
 Vận hành không đúng.
 Do động vật hay chim trên đường dây
trần trên không, hay chuột trong các thiết
bị trong nhà.

 Do thời tiết như gió hay bão…

56

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
20


5/13/2014

Electrical Delivery
Phân loại
- Ngắn mạch 1 pha: thường xảy ra nhất 65%
- Ngắn mạch 2 pha
- Ngắn mạch 2 pha với đất.
- Ngắn mạch 3 pha.

5/13/2014

57

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery

- Dòng điện tăng đột ngột và lớn hơn nhiều
lần so với dòng làm việc bình thường.
- Điện áp tại điểm ngắn mạch rất nhỏ, gần
bằng 0. Tại các nhánh khác điện áp giảm
-Các phần tử trong lưới điện có điện trở điện
kháng và dung kháng nên hệ thống là mạch
dao động.
-Thông thường, dòng ngắn mạch 3 pha là lớn
nhất
58

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
21


5/13/2014

Electrical Delivery
Đặc điểm khi xảy ra ngắn mạch
- Dòng điện rất lớn gây ra tác động cơ điện
lên các thiết bị, từ thời điểm xảy ra ngắn
mạch.
- Nếu thời gian duy trì dòng ngắn mạch lớn
(>0.01s) sẽ xảy hiện tượng hồ quang điện.

- Ngắn mạch 3 pha được gọi là ngắn mạch
đối xứng còn các ngắn mạch còn lại là ngắn
mạch không đối xứng
5/13/2014

59

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Tác hại của ngắn mạch
 Tăng lực cơ điện có thể gây hỏng hóc
trong các thiết bị
 Năng lượng nhiệt trong thiết bị tỷ lệ
thuận với bình phương dòng điện có thể
làm nóng chảy thiết bị
 Giảm điện áp lưới

60

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
22

5/13/2014

Electrical Delivery
Biện pháp giảm tác hại của ngắn mạch
Ngắt ngay phần tử ngắn mạch ra khỏi
lưới
Lựachọn thiết bị bền vững khi bị tác
động của dòng ngắn mạch
Sử dụng thiết bị giảm dòng ngắn mạch –
kháng điện.
Thường xuyên kiểm tra cách điện các
phần tử lưới điện.
 Lựa chọn và hiệu chỉnh chính xác thiết
bị bảo vệ.
61

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Phân tích hiện tượng ngắn mạch

iNM  iP  iAP

2 I

62

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

/>
23


5/13/2014

Electrical Delivery
a. Thành phần không chu kỳ tắt dần theo thời
gian


i AP  I A _ max e

t
TA

IA_maxgiá trị lớn nhất của dòng điện không chu
kỳ
TA thời gian tắt dần của dòng điện không chu
kỳ
TA 
5/13/2014

LNM
X NM
X NM



RNM 2fRNM 314RNM

63

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
b.Thành phần dòng điện ngắn mạch duy trì
có dạng hình sin và trị hiệu dụng là I
I 

I P_ max I A_ max

2
2

IA_max, IP_max – giá trị lớn nhất của thành
phần không chu kỳ và thành phần duy trì của
dòng điện ngắn mạch.
I dùng để kiểm tra độ bền nhiệt của các khí
cụ điện, thanh cái , sứ xuyên và cáp điện lực.
64

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
24


5/13/2014

Electrical Delivery
c. Dòng điện xung kích: là biên độ dòng điện
ngắn mạch


ixk  I P _ max  I A _ max e

t1
TA

Trong đó t1=0.005-0.01
I P _ max  2 I PO  2 I   I A _ max


ixk  I P _ max (1  e

t1
TA



)  2 I  (1  e

t1

TA

)
65

5/13/2014

PGS.TS Le Minh Phuong

Electrical Delivery
Xác định dòng điện xung kích bằng cách gần
đúng

ixk  k XK 2 I 

66

5/13/2014

CuuDuongThanCong.com

PGS.TS Le Minh Phuong

/>
25