Phụ lục tính toán ngắn mạch

Phụ lục tính toán ngắn mạch
Mục đích tính toán ngắn mạch dùng trong bảo vệ rơle là nhằm tìm dòng ngắn
mạch cơ sở. Tính toán dòng khởi động của rơle cũng nh kiểm tra độ nhạy của
chúng.
I. Khái niệm chung các tham số:
Trong tính toán ngắn mạch các dạng ngắn mạch không đối xứng ta áp dụng
qui tắc đẳng trị thứ tự thuận và áp dụng các phơng pháp biến đổi.
Chiều của dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch trên sơ đồ thay thế, còn chiều của
dòng thứ tự không phụ thuộc vào cách đấu dây của máy biến áp.
Các số liệu dùng để tính toán ngắn mạch:
I.1. Nhà máy điện A:
Nhà máy thuỷ điện A dùng máy phát CB-850/120-60 có:
Bảng I.1
Loại S(MVA) P(MW) U(KV)
cos
I(KA) x
d
x
d
x
d
CB-850/120-60 40 32 10,5 0,8 2,2 0,23 0,31 0,82
Sức điện động của máy phát:
E
0
=
2'2
)sin()cos(
d
IXUU
++

Trong đó:
X
'
d
() = X
'
d
dm
dm
S
U
2
= 0,31
40
5,10
2
= 0,854 .
E
0
=
22
)854,0.2,26,0.5,10()8,0.5,10(
++
= 11,725 KV.
Sức điện động của máy phát qui đổi về phía cao áp:
E
A
F
= 11,725.

5,10
121
= 135,113 KV.
Điện kháng của máy phát điện quy về phía cao áp:
X
A
F
= X
''
d
dm
dm
S
U
2
2
5,10
110








tb
tb
U
U

= 0,23
40
5,10
2
2
5,10
115






= 76,044 .
Điện kháng của máy biến áp tăng áp nhà máy A:
X
A
BA
=
100.
%.
2
dm
dmN
S
UU
=
100.40
121.5,10
2

= 38,433 .
* Chế độ cực đại:
X
A
Ftd
=
3
A
F
X
=
3
044,76
= 25,348 .
X
A
BAtd
=
3
A
BA
X
=
3
433,38
= 12,811 .
* Chế độ cực tiểu:
X
A
Ftd

=
2
A
F
X
=
2
044,76
= 38,022 .
Trang 133
X
A
BAtd
=
2
A
BA
X
=
2
433,38
= 19,217 .
I.2. Nhà máy điện B:
Nhà máy nhiệt điện B dùng máy phát TB-50-2 có:
Bảng I.2
Loại S(MVA) P(MW) U(KV)
cos
I(KA) x
d
x

d
x
d
TB-50-2 62,5 50 10,5 0,8 3,437 0,13
5
0,3 0,84
Sức điện động của máy phát:
E
0
=
2'2
)sin()cos(
d
IXUU
++

Trong đó:
X
'
d
() = X
'
d
dm
dm
S
U
2
= 0,3
5,62

5,10
2
= 0,529 .
E
0
=
22
)529,0.437,36,0.5,10()8,0.5,10(
++
= 11,682 KV.
Sức điện động của máy phát qui đổi về phía cao áp:
E
B
F
= 11,682.
5,10
121
= 134,619 KV.
Điện kháng của máy phát điện quy về phía cao áp:
X
B
F
= X
''
d
dm
dm
S
U
2

2
5,10
110








tb
tb
U
U
= 0,135
5,62
5,10
2
2
5,10
115






= 28,57 .
Điện kháng của máy biến áp tăng áp nhà máy B:

X
B
BA
=
100.
%.
2
dm
dmN
S
UU
=
100.5,62
121.5,10
2
= 24,4 .
* Chế độ cực đại:
X
B
Ftd
=
2
B
F
X
=
2
57,28
=14,285 .
X

B
BAtd
=
2
B
BA
X
=
2
4,24
= 12,2 .
* Chế độ cực tiểu:
X
B
Ftd
= X
B
F
= 28,57 .
X
B
BAtd
= X
B
BA
= 24,4 .
I.3. Đờng dây:
* Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch của đờng dây:
- Đờng dây A-1 : X
DA-1

= 23,15 .
- Đờng dây B-5 : X
DB-5
= 29,78 .
- Đờng dây 5-1 : X
D5-1
= 25,81 .
- Đờng dây A-3 : X
DA-3
= 11,11 .
- Đờng dây 3-2 : X
D3-2
= 10,99 .
- Đờng dây B-4 : X
DB-4
= 10,99 .
- Đờng dây B-6 : X
DB-6
= 10,99 .
Trang 134
X
X
E
X X X
DB-5
X
D5-1
X
DA-1
E

X
X
E
N
Hình 1
X
X
E
X
1
X
2
E
N
E
Hình 2
* Điện kháng thứ tự không của đờng dây:
Đối với mạng điện 110KV đờng dây có treo dây chống sét ta có:
+ Đối với đờng dây đơn: X
0D
= 3.X
D
+ Đối với đờng dây kép: X
0D
= 4,7.X
D
- Đờng dây A-1 : X
0DA-1
= 3.X
DA-1

= 3.23,15 = 69,45 .
- Đờng dây B-5 : X
0DB-5
= 3.X
DB-5
= 3.29,78 = 89,34 .
- Đờng dây 5-1 : X
0D5-1
= 3.X
D5-1
= 3.25,81 = 77,43 .
- Đờng dây A-3 : X
0DA-3
= 4,7.X
DA-3
= 4,7.11,11 = 52,217 .
- Đờng dây 3-2 : X
0D3-2
= 4,7.X
D3-2
= 4,7.10,99 = 51,653 .
- Đờng dây B-4 : X
0DB-4
= 4,7X
DB-4
= 4,7.10,99 = 51,653 .
- Đờng dây B-6 : X
0DB-6
= 4,7X
DB-6

= 4,7.10,99 = 51,653 .
II. Tính toán ngắn mạch phục vụ cho tính toán bảo vệ bộ máy phát - máy biến áp:
II.1. Tính toán dòng ngắn mạch cho bảo vệ so lệch:
II.1.1. Tính dòng ngắn mạch 3 pha tại N
1
:
Khi ngắn mạch tại điểm N
1
sau máy cắt đặt ở nhánh tự dùng bộ máy phát -
máy biến áp của nhà máy B, xét trờng hợp vận hành ở chế độ cực đại để chọn dòng
khởi động cho bảo vệ so lệch.
ở chế độ cực đại nhà máy thuỷ điện A vận hành 3 tổ máy, nhà máy nhiệt điện
B vận hành 2 tổ máy.
Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:
Trong đó:
X
1
= X
B
F
nt X
B
BA
= 28,57 + 24,4 = 52,97 .
X
2
= X
DB-5
nt X
D5-1

nt X
DA-1
nt X
A
BAtd
nt X
A
Ftd
= 29,78 + 25,81 + 23,15 + 12,811 + 25,348 = 116,899 .
X
3
= (X
1
// X
2
) nt X
B
BA
=
899,11697,52
899,116.97,52
+
+ 24,4 = 60,852 .
E
Ftđ
=
21
12

XX

XEXE
A
F
B
F
+
+
=
899,11697,52
97,52.113,135899,116.619,134
+
+
= 134,773
KV
Trang 135
X X X
DB-5
X
D5-1
X
DA-1
E XX E
Hình 4
N
X X
1
E E
Hình 5
N
XX

3
EN
Hình 3
E
Ftd

Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N
1
:
I
)3(
1N
=
B
F
B
F
X
E
.3
+
3
.3 X
E
Ftd
=
57,28.3
619,134
+
852,60.3

773,134
= 2,72 + 1,279 = 2720 + 1279 = 3999 A.
II.1.2. Tính dòng ngắn mạch 2 pha tại N
1
:
ở chế độ cực tiểu để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch máy phát - máy biến
áp (ở chế độ cực tiểu nhà máy thuỷ điện A vận hành 2 tổ máy, nhà máy nhiệt điện B
vận hành 1 tổ máy. Các tổng trở thứ tự nghịch của máy phát - máy biến áp xem nh
tổng trở thứ tự thuận).
Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:

X
1
= X
B
BA
nt X
DB-5
nt X
D5-1
nt X
DA-1
nt X
A
BAtd
nt X
A
Ftd
= 24,4 + 29,78 + 25,81 + 23,15 +
2

044,76
+
2
433,38
= 160,38 .
I
)2(
11 qdN
=
).(3).(3
)2('
1
)2(

+
+
+
XX
E
XX
E
A
F
B
F
B
F

Trong đó: X
)2('

= X
1
= 160,38 .
X
)2(

= X
B
F
= 28,57 .
Trang 136
Hình 6
XE X
N
X
U
N0
Hình 7
Hình 8
XE X
N
Hình 9
E
X
1
N
I
)2(
11 qdN

=
38,160.2.3
113,135
75,28.2.3
619,134
+
=1,352 + 0,243 = 1,595 KA =
1595 A
Dòng ngắn mạch 2 pha tại N
1
:
I
)2(
1N
=
3
.I
)2(
11 qdN
=
3
.1,595 = 2,763 KA = 2763 A.
II.1.3. Tính toán dòng ngắn mạch một pha nối đất phía 110KV tại đầu cực máy phát
- máy biến áp khi cắt máy cắt ra:
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không nh sau:
Đối với máy phát vì trung tính cách điện đối với đất nên không có dòng thứ tự
không chạy qua, đối với máy biến áp có tổ nối dây Y
0
/ xem nh X
1B

=X
0B
=24,4 .
Trong đó:
- X
1B
: Điện kháng thứ tự thuận của máy biến áp.
- X
0B
: Điện kháng thứ tự không của máy biến áp.
Ta có: X
)1(

= X
2

+ X
0


Với X
1

= X
2

= X
B
F
+ X

B
BA
= 28,57 + 24,4 = 52,97 .
X
)1(

= 52,97 + 24,4 = 77,37 .
Dòng ngắn mạch 1 pha khi ngắn mạch 1 pha chạm đất:
I
)1(
20 N
= m
(1)
).(3
)1(
1

+
XX
E
B
F

Với m
(1)
= 3
I
)1(
20 N
= 3.

)37,7797,52.(3
619,134
+
= 1,786 KA = 1786 A.
II.2. Tính toán dòng ngắn mạch cho bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải
bộ máy phát - máy biến áp:
II.2.1. Tính dòng ngắn mạch tại đầu khối máy phát:
Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:
X
1

= X
B
F
+ X
B
BA
= 28,57 + 24,4 = 52,97 .
I
)3(
2N
=

1
.3 X
E
B
F
=
97,52.3

619,134
= 1,467 KA = 1467 A.
Trang 137
Hình 10
XE X
N
X
DB-5
Hình 11
X
1
E
N
Hình 12
XE X
N
Hình 13
E
X
1
N
X
X
E
X X X
DB-5
X
D5-1
X
DA-1

E
X
X
E
N
2
Hình 14
Điện áp đặt vào Rơle điện áp thấp RU (khi ngắn mạch 3 pha sau máy biến áp
tăng áp), theo trên ta có I
)3(
2N
= 1467 A.
II.2.2. Tính dòng ngắn mạch cuối đờng dây B-5 khi phụ tải cực tiểu:
Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:
X
1

= X
B
F
nt X
B
BA
nt X
DB-5
= 28,57 + 24,4 + 29,78 = 82,75 .
Dòng do nhà máy B cung cấp:
I
)3(
3N

=

1
.3 X
E
B
F
=
75,82.3
619,134
= 0,939 KA = 939 A.
Dòng qua bảo vệ:
I
BV
= I
)3(
3N
= 939 A.
II.2.3. Tính dòng thứ tự nghịch khi ngắn mạch không đối xứng:
II.2.3.1. Tính dòng ngắn mạch 3 pha tại đầu khối máy phát - máy biến áp:
Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:

X
1

= X
B
F
nt X
B

BA
= 28,57 + 24,4 = 52,97 .
I
)3(
2N
=

1
.3 X
E
B
F
=
97,52.3
619,134
= 1,467 KA = 1467 A.
II.2.3.2. Tính dòng ngắn mạch 2 pha nhánh tự dùng khi phụ tải cực tiểu:
Theo kết quả tính toán phần II.1.2 ta có:
Dòng qua bảo vệ là:
I
)2(
12 N
=
).(3
)2(

+
XX
E
B

F
B
F
=
75,28.2.3
619,134
= 1,352 KA = 1352 A.
Dòng qua điểm ngắn mạch là:
I
)2(
1N
=
3
. I
)2(
12 N
=
3
.1352 = 2342 A.
II.2.4. Tính ngắn mạch 1 pha chạm đất tại đầu khối máy phát - máy biến áp khi phụ
tải cực đại:
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận nh sau:
X
1
= X
B
F
nt X
B
BA

= 28,57 + 24,4 = 52,97 .
X
2
= X
DB-5
nt X
D5-1
nt X
DA-1
nt X
A
BAtd
nt X
A
Ftd
= 29,78 + 25,81 + 23,15 + 12,811 + 25,348 = 116,899 .
Trang 138
E
X
3
E
X
1
X
2
E
N
2
H×nh 15
X

2
X
4
EE
F1td
H×nh 16
N
2
X
5
E
F2td
H×nh 17
N
2
X
3
= X
B
F
nt X
B
BA
= 28,57 + 24,4 = 52,97 Ω.
X
4
=
22
3
1

X
X
=
= 26,485 Ω.
E
F1t®
= E
B
F
= 134,619 KV.
X
5
= X
2
// X
4
=
485,26899,116
485,26.899,116
+
= 21,59 Ω.
E
F2t®
=
21
12

XX
XEXE
A

F
B
F
+
+
=
485,26899,116
485,26.113,135899,116.619,134
+
+
= 134,71
KV
S¬ ®å thay thÕ thø tù kh«ng nh sau:
Trong ®ã:
X
B
Btd0
=
2
B
BA
X
=
2
4,24
= 12,2 Ω.
X
A
Btd0
=

3
A
BA
X
=
3
433,38
= 12,811 Ω.
X
0B1
= X
0B2
= X
0B3
= X
0B4
= X
0B6
= 27,24 Ω.
X
0B5
= 54,48 Ω.
Trang 139
X
0B6
X
0DB-6
X X
0DB-5
X

0D5-1
X
0DA-1
N
2
H×nh 18
X
0DB-4
X
0B4
U
N0
X
0B5
X
0B1
X
X
0DA-1
X
0B3
X
0D3-2
X
0B2
Trang 140
X
2
X X
0DB-5

X
0D5-1
X
0DA-1
N
2
H×nh 19
X
1
U
N0
X
0B5
X
0B1
X
X
0DA-1
X
0B3
X
3
X
4
X X
0DB-5
X
0D5-1
X
0DA-1

N
2
H×nh 20
U
N0
X
0B5
X
0B1
X
X
5
Hình 22
X
6
X
0DB-5
X
8
N
2
U
N0
X
0B5
Hình 23
X
6
X
9

N
2
U
N0
Hình 21
X
6
X
0DB-5
X
0D5-1
X
7
N
2
U
N0
X
0B5
X
0B1
Trong đó:
X
1
= X
0B4
nt X
0DB-4
= 27,24 + 51,653 = 78,893 .
X

2
= X
0B6
nt X
0DB-6
= 27,24 + 51,653 = 78,893 .
X
3
= X
0B2
nt X
0D3-2
= 27,24 + 51,653 = 78,893 .
X
4
= X
1
// X
2
=
22
21
XX
=
=
2
78,893
= 39,447 .
X
5

= X
0DA-3
nt (X
0B3
// X
3
) = 52,217 +
78,89327,24
9327,24.78,8
+
= 72,466 .
X
6
= X
1
// X
B
Btd0
=
2,12447,39
2,12.447,39
+
= 9,271 .
X
7
= X
0DA-1
nt (X
A
Btd0

// X
5
) = 69,45 +
466,72811,12
466,72.811,12
+
= 80,302 .
X
8
= X
0D1-5
nt (X
0B1
// X
7
) = 77,43 +
302,8024,27
302,80.24,27
+
= 97,77 .
X
9
= X
0DB-5
nt (X
0B5
// X
8
) = 89,34 +
77,9748,54

77,97.48,54
+
= 124,325 .
X
td
= X
9
// X
6
=
271,9325,124
271,9.325,124
+
= 8,628 .
Từ sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch:
X
1

= X
2

= X
5(TTT)
= 21,59 .
Trang 141
Hình 24
X
td
N
2

U
N0
Từ sơ đồ thứ tự không:
X
0

= X
td
= 8,628 .
X
)1(

= X
2

+ X
0

= 21,59 + 8,628 = 30,218 .
Dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất:
I
)1(
21N
=
).(3
)1(
1

+
XX

E
td
=
)218,3059,21.(3
71,134
+
= 1,501 KA = 1501 A.
I
)1(
21N
= I
)1(
22 N
= 1501 A.
I
)1(
2N
=m
(1)
.I
)1(
21N
= 3.1501 = 4503 A. (với m
(1)
= 1)
So sánh các kết quả tính toán trên ta chọn:
I
)2(
2N
= 1467 A (giá trị nhỏ nhất) làm giá trị tính toán.

II.3. Tính toán dòng ngắn mạch để chọn dòng thứ tự không chống ngắn mạch phía
điện áp cao máy biến áp.
II.3.1. Tính ngắn mạch tại N
3
cuối đờng dây B-5:
Khi phụ tải cực đại:
Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:
Trong đó:
X
1
= X
B
Ftd
nt X
B
BAtd
nt X
DB-5
= 14,285 + 12,2 + 29,78 = 56,215 .
X
2
= X
D5-1
nt X
DA-1
nt X
A
BAtd
nt X
A

Ftd
= 25,81 + 23,15 + 12,811 + 25,348 = 87,119 .
X
3
= X
1
// X
2
=
119,87215,56
119,87.215,56
+
= 34,168 .
E
Ftđ
=
21
12

XX
XEXE
A
F
B
F
+
+
=
119,87215,56
119,87.113,135215,56.619,134

+
+
= 134,915
KV
Sơ đồ thay thế thứ tự không tơng tự nh sơ đồ ở mục II.2.4 nhng chỉ khác điểm
ngắn mạch.
Tính toán và biến đổi giống mục II.2.4 ta đợc sơ đồ tính toán nh sau:
Trang 142
X X X
DB-5
X
D5-1
X
DA-1
E XX E
Hình 25
X
1
X
2
E E
Hình 26
N
3
X
3
E
Ftd
Hình 27
N

3
N
3
Hình 29
X
9
X
10
N
2
U
N0
Hình 28
X
6
X
0DB-5
X
8
N
2
U
N0
X
0B5

Trong đó:
X
9
= X

6
nt X
0DB-5
= 9,271 + 89,34 = 98,611 .
X
10
= X
0B5
// X
8
=
48,5477,97
48,54.77,97
+
= 34,985 .
X
td
= X
9
// X
10
=
985,34611,98
985,34.611,98
+
= 25,823 .
Từ sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch:
X
1

= X
2

= X
3(TTT)
= 34,168 .
Từ sơ đồ thứ tự không:
X
0

= X
td
= 25,823 .
X
)1(

= X
2

+ X
0

= 34,168 + 25,823 = 59,991 .
I
)1(
31N
=
).(3
)1(
1

+
XX
E
td
=
)823,25168,34.(3
915,134
+
= 1,298 KA = 1298
A.
I
)1(
31N
= I
)1(
30 N
= 1298 A.
I
)1,1(
31N
=
).(3
)1,1(
2

+
XX
E
td

Với X
)1,1(

=


+
02
02
.
XX
XX
=
823,25168,34
823,25.168,34
+
= 14,708 .
I
)1,1(
31N
=
)708,14168,34(3
915,134
+
= 1,594 KA = 1594 A.
I
)1,1(
30 N
= I
)1,1(

31N
.


+
02
2
XX
X
= 1594.
823,25168,34
168,34
+
= 908 A.
Vậy dòng thứ tự không lớn nhất khi ngắn mạch hai pha chạm đất:
I
)1,1(
30 N
= 908 A.
Trang 143
Hình 30
X
td
N
2
Để xác định dòng thứ tự không qua bảo vệ ta tách riêng nhánh MF-MBA cần
bảo vệ ra, còn các nhánh khác ghép lại song song:
Sơ đồ thay thế tính toán giống nh mục II.3.1 nhng tách 1 máy phát ra riêng lẻ:
Trong đó:
X

9
= X
4
// X
B
B0
=
447,394,24
447,39.4,24
+
= 15,075 .
X
10
= X
0B5
// X
8
=
48,5477,97
48,54.77,97
+
= 34,985 .
X
11
= (X
9
// X
B
B0
) nt X

0B5
=
075,154,24
075,15.4,24
+
+ 89,34 = 98,611 .
X
td
= X
10
// X
11
=
611,98985,34
611,98.985,34
+
= 25,823 .
Giả sử gọi dòng I
'
0 N
đi qua X
11
ta có:
I
'
0 N
.X
11
= I
)1,1(

30 N
.X
tđ

I
'
0 N
=
11
X
X
td
.I
)1,1(
30 N
=
611,98
823,25
.908 = 238 A.
Gọi X = X
11
// X
8
=
77,97611,98
77,97.611,98
+
= 49,094 .
Trang 144
Hình 31

X
X
0DB-5
X
8
N
2
U
N0
X
0B5
X
4
X
Hình 34
X
td
N
2
U
N0
Hình 33
X
11
X
10
N
2
Hình 32
X

9
X
0DB-5
X
10
N
2
U
N0
X