Bài giảng hệ thống cung cấp điện - Trần Tấn Lợi - Chương 8

Chương VIII Tính tốn dịng ngắn ngạch 8.1 Khái niệm chung: Ngắn mạch chạm chập pha với pha với đất hay dây chung tính Mạng có trung tính khơng trực tiếp nối đất (hoặc nối đất qua TB bù) có trạm đất pha dịng điện ng.m dịng điện điện dung pha đất tạo nên Khi xuất ng.m tổng trở mạch hệ thống giảm xuống (mức độ giảm phụ thuộc vào vị trí điểm ng,m, hệ thống)  dịng ng.m nhánh riêng lẻ HT tăng lên so với dịng điện chế độ làm việc bình thường  Gây nên giảm áp HT (sự giảm nhiều gần vị trí ng.m.) Thơng thường chỗ ng.m có điện trở q độ (điện trở hồ quang, điện trở phần tử ngang theo đường dòng điện từ pha tới pha khác từ pha tới đất), Trong nhiều trường hợp điện trở có trị số nhỏ mà thực tế bỏ qua Những loại ng.m gọi ngắn mạch có tính chất kim loại (ng.m trực tiếp) Dịng ng.m có tính chất kim loại lớn có điện trở độ Vì cần tìm giá trị lớn dịng ng.m ta coi chỗ ng.m khơng có điện trở q độ 1) Phân loại dạng ngăn mach: a) Ngắn mạch ba pha: kí hiệu N(3) Xác suất chiếm 5% IN(3 ) IN(3 ) b) Ngắn mạch hai pha: kí hiệu N(2) Xác suất chiếm 10% IN(2 ) IN(2 ) c) Ngắn mạch pha: kí hiệu N Xác suất chiếm tới 65% (1) IN(1 ) d) Ngắn mach hai pha chạm đất: kí hiệu N(1,1) Xác suất chiếm 20% IN(1, 1) (1, IN 1) Nhận xét: + Ngắn mạch ba pha ng.m đối xứng + Các dạng ng.m khác không đối xứng + Ng.m ba pha xẩy với xác suất nhỏ (5%) Tuy nhiên việc nghiên cứu lại cần thiết, dạng ng.m đối xứng  Các dạng ng.m khác dùng phương pháp thành phần khơng đối xứng để đưa dạng ng.m ba pha Trong thời gian xẩy ng.m kể từ lúc xẩy cắt phần tử bị hỏng Trong mạch điện xẩy trình độ phức tạp, mang tính chất dao động điện từ, liên quan đến biến thiên điện áp, dòng điện, từ thông dao động cơ-điện, liên qua đến biến thiên công suất, mômen quay, mômem cản… Khi nghiên cứu ng.m đứng quan điểm điện từ trình độ để khảo sát tượng Ngược lại nghiên cứu ổn định người ta lại đứng quan điểm điện Việc tách thành trình để việc nghiên cứu tính tốn thực đơn giản Để có lời giải xác, sau nghiên cứu riêng rẽ cần phải tổng hợp lại nhiều lúc theo quan điểm nghiên cứu riêng rẽ mà yêu cầu vấn đề lại mâu thẫn Ví dụ muốn giảm dịng mg.m kết luận cần phải giảm dịng kích từ máy pháp Nhưng yêu cầu ổn định hệ thống điện lại không cho phép làm mà trái lại  phải làm tăng dịng điện kích từ (Hình vẽ) Biểu diễn đặc tính biến thiên dịng ng.m lúc khơng có có tự động điều chỉnh kích từ ixk ixk I t I t Máy phát khơng có TĐK Máy phát có TĐK Từ (Hình vẽ) ta thấy từ trị số lúc trước ng.m i0 tăng nhanh, khoảng 0,01 giây (sau nửa chu kỳ) đạt tới giá trị i xk Tiếp q trình q độ chuyển dần sang trạng thái xác lập I Lúc có TĐK(bộ tự động điều chỉnh kích từ) I bé so với trị số dòng điện lúc trước đó, cịn có TĐK dong xác lập có trị số lớn trí có trị số lớn trị số thời điểm trước Dịng ng.m phân thành hai thành phần Thành phần chu kỳ thành phần không chu kỳ (tắt dần) Thành phần ick giống ba pha, thành phần tắt dần itd lại khác pha biến đổi theo thời điểm bắt đầu ng.m Thông thường thành phần chu kỳ xác định theo trị số lớn Khi tính tốn ng.m người ta thường coi nguồn cung cấp cho điểm ng.m là: + Các máy phát thuỷ điện nhiệt điện + Các động máy bù đồng + Các động không đồng xét tới thời điểm ban đầu tính đến trường hợp chúng gần mắc trực tiếp điểm ng.m iN ixk ikck ikck 2I  t ick0 ick i0  ikck  ick thời điểm t=0 (HV.) trường hợp i0=0 tức ick0=ikck0 (thời điểm xẩy ngắn mạch vào lúc dòng điện qua điểm 0) Nội dung tính tốn ngắn mạch: nhằm xác định đại lượng sau: I” – Giá trị ban đầu thành phần chu kỳ, gọi dòng ngắn mạch siêu q độ ixk – Dịng điện xung kích (trị số cực đại dịng ng.m tồn phần) Giá trị cần thiết cho việc chọn TB., góp, sứ (kiểm tra ổn định động TB.) Ixk - Giá trị hiệu dụng dịng xung kích (tức giá trị hiệu dụng dịng ng.m tồn phần chu kỳ đầu) dùng vào việc kiểm tra TB điện ổn định lực điện động chu kỳ đầu I0,2 - Trị số hiệu dụng thành phần chu kỳ sau 0,2 giây  kiểm tra khả cắt máy cắt I - Trị số hiệu dụng thành phần chu kỳ lúc ổn định (lúc t=) dùng để kiểm tra ổn định nhiệt TB., cái, sứ xuyên … S0,2 - Công suất ngắn mạch thời điểm t=0,2 giây, dùng để kiểm tra khả cắt máy cắt tN - Thời gian xẩy ngắn mạch: tN = tbv + tMC đó: tbv - Thời gian tác động TB bảo vệ tMC - Thời gian làm việc máy cắt tqđ - Thời gian qui đổi Là khoảng thời gian cần thiết để dòng ng.m xác lập phát lượng nhiệt lượng nhiệt dòng ng.m thực tế gây thời gian tN tqd = tqđck + tqđkck đó: tqđck – thời gian qui đổi thành phần CK tqđkck – thời gian qui đổi thành phần KCK Xác định tqđck : + Khi tN < giây xác định theo đường cong tqđck = f(”) Trong ”=I”/I + Khi tN >5 giây tqđck = tqđck5 + (tN – 5) Xác định tqđkck : + Khi tN≥ 1,5.T + Khi tN20.T tN >20 giây giá trị tqđkck bỏ qua 2) Nguyên nhân hậu ngắng mạch: Nguyên nhân: chủ yếu cách điện bị hư hỏng, ngồi cịn số ngun nhân khác như; + Sét đánh trực tiếp +Quá điện áp nội +Cách điện bị già cỗi (dô thời gian sử dụng lớn) +Trông mon, bảo dưỡng thiết bị không chu đáo +Các nguyên nhân học trực tiếp đào đất chạm phải dây cáp, thả diều, chim đậu, đổ thao tác sai nhân viên vận hành Hậu quả: + Làm I tăng  phát nóng cục nơi có I qua + Gây hiêu ứng giới dây dẫn, ixk làm hỏng khí cụ điện, vỡ sứ + Khi có ngắn mạch U giảm xuống thấp  động ngừng quay  ngừng chệ hỏng sản phẩm, cháy động cơ, khơng khởi động + Có thể phá hoại ổn định hệ thống + Ngắn mạc hai pha pha chạm đất gây dịng thứ tự khơng làm nhiễu loạn đường dây thơng tin tín hiệu đường sắt gần + CCĐ bị giãn đoạn Biện pháp hạn chế: + Dùng sơ đồ nối dây hợp lý, đơn giản, rõ dàng gây nhầm lẫn Khi có cố có phần tử cố bị cắt, phần tử khác phải làm việc bình thường + Các TB phận có dịng ng.m qua phải chọn để có khả chịu tác dụng nhiệt dòng ng.m + Dùng biện pháp hạn chế dòng ng.m (dùng kháng điện) + Dùng TB tự động biện pháp bảo vệ ng.m điện áp 3) Ý nghĩa việc tính toán ng.m yêu cầu: + Thành lập lựa chọn phương án xây dựng sơ đồ CCĐ hợp lý + Xác định điều kiện làm việc hộ tiêu thụ chế độ cố + Chọn biện pháp hạn chế dòng ng.m + Chọn khí cụ điện, cái, sứ, cáp lực… + Xác định ảnh hưởng đường dây truyền tải điện tới đường dây thơng tin, tín hiệu khác + Thiết kế hiệu chỉnh bảo vệ rơ-le tự động hoá + Thiết kế nối đất bảo vệ + Lựa chọn đặc tính chống sét (bảo vệ điện áp khí quyển) + Đánh giá xác định tham số TB dập từ máy điện đồng + Đánh giá hệ thống kích từ máy điện đồng + Tiến hành thử nghiệm khác + Phân tích cố xẩy Việc tính tốn lựa chọn TB khí cụ điện địi hỏi độ xác khơng cao, cịn tính tốn bảo vệ rơ-le tự động hố địi hỏi độ xác cao 8.2 Những dẫn chung để thực tính tốn: 1) Những giả thiết bản: Tính tốn xác IN vấn đề khó khăn, sơ đồ phức tạp, có nhiều nguồn cung cấp  để giải tốn thực tế khơng địi hỏi độ xác cao sử dụng phương pháp tính tốn thực dụng, gần đúng, nhằm giảm bớt phức tạp đơn giản thực Trong tính tốn người ta đưa giả thiết sau: - Trong trình ng.m s.đ.đ máy điện coi trùng pha với nhau, nghĩa không xét tới dao động công suất máy phát –Không xét tới bão hoà mạch từ, nghĩa cho phép coi mạch tuyến tính sử dụng nguyên tắc xếp chồng – Bỏ qua dòng điện từ hoá máy biến áp - Coi hệ thống ba pha đối xứng - Không xét đến điện dung trừ có đường dây cao áp tải điện cực xa - Chỉ xét tới điện trỏ tác dụng r ≥0,3.x Trong trường hợp r x điện trở điện kháng đẳng trị từ nguồn đến điểm ng.m - Phụ tải xét gần thay tổng trở cố định tập trung, tập trung nút chung - Sức điện động tất nguồn xa điểm ng.m (xtt >3) coi không đổi 2) Hệ đơn vị tương đối: Khi tính tốn ng.m tất đại lượng dùng hệ đơn vị có tên hệ đơn vị tương đối Trong thực tế người ta thường dùng hệ đơn vị tương đối  tính tốn nhanh chóng, đơn giản thuận tiện Để biểu diễn tất đại lượng hệ đơn vị tương đối cần phải chọn đại lượng khác tính dựa biểu thức liên quan Các đại lượng S; U, I; x r có liên quan sau: S= 3UI x= U 3I Như chọn đại lượng làm đại lượng khác xác định theo chúng Thông thường người ta hay chọn S U làm lượng Công suất bản: Scb công suất ba pha công suất thường chọn 100, 1000 kVA, chọn công suất định mức máy phát điện tất máy phát điện tham gia hệ thống Mục đích để tính tốn đơn giản Điện áp bản: Ucb thường chọn Uđm cấp điện áp tính tốn + Dẫy điện áp định mức trung bình: 0,23; 0,4; 0,529; 0,69; 3,15; 6,3; 10,5; 22; 37; 115; 230 Nhưng có trường hợp phải lấy điện áp thực (định mức) phần tử đặt cấp Ví dụ cuộn kháng điện 10 kV làm việc cấp kV lúc lấy Uđm =10 kV lấy Utb = 6,3 Mặt khác lúc tính tốn tỉ số biến đổi máy biến áp người ta thường dùng điện áp trung bình nên tránh việc tính đổi phiền phức điện kháng, điện trở thuộc cấp điện áp khác Dòng điện bản: Icb xác định theo Scb Ucb S cb Icb= 3U cb Điện kháng bản: xcb xcb = U cb = 3I cb U cb2 S cb Các đại lượng biểu diễn hệ đơn vị tương đối theo công thức sau: E*cb= E U cb (1) U*cb = U U cb (1’) I*cb = S*cb = x*cb = I I cb  I 3U cb S cb S S cb x 3I cb xS cb x   x cb U cb U cb (2) (3) (4) Trong đó: Ucb [kV] - điện áp dây, xác định theo điện áp định mức trung bình x [] - điện kháng pha Icb [kA] - đòng điện Scb [kVA] [MVA] - công suất Điện áp ng.m máy biến áp uN%; điện kháng cuộn kháng điện xk% điện kháng độ máy phát '' '' động x d x d thường cho trước hệ đơn vị tương đối (hoặc %) hệ định mức  Để tiến hành tính tốn cần chuyển hệ đơn vị tương đối theo lượng chọn (tức chuyển vễ hệ đơn vị bản) Sức điện động điện kháng tương đối hệ định mức: E*đm = x*dm = E U dm x x dm (5) x S dm 3I dm x U dm U dm (6) Trong tính toán ng.m phải chuyển hệ tương đối bản: E*cb = x*cb = U E  E*cb dm U cb U cb x  x cb x*dm (7) U dm 3I dm  x*dm U cb U dm I cb U cb I dm (8) 3I cb x*cb = x*dm Nếu chọn Ucb=Udm S cb U dm S dm U cb (9) E*cb = E*dm x*cb = x*dm I cb S  x*dm cb I dm S dm 3) Xác định trở kháng phần tử HT-CCĐ: a) Điện kháng máy phát, máy bù đồng động không đồng bộ: Thông thường nhà chế tạo cho biết điện kháng siêu độ dọc trục Điện kháng điện kháng tương " lượng định mức x d (dm ) Ta có: x d" ( dm )  x d" x"  d x dm U dm S dm Trong hệ đơn vị có tên: x d"  x d" ( dm ) U dm S dm (10) Trong hệ đơn vị bản: " Từ (4)  x d *cb  x d" S U2 S  x d" cb2  x d" ( dm) dm cb2 xcb S dm U cb U cb " " Nếu chọn Ucb=Udm  x d *cb  x d ( dm ) S cb S dm Trong đó: Sdm [MVA]; Udm [kV] - cơng suất định mức điện áp định mức máy phát Scb [MVA]; Ucb [kV] – công suất điện áp chọn " Nếu giá trị x d *(dm ) chưa biết sử dụng giá trị trung bình điện kháng siêu độ nguồn cung cấp cho bảng (7.2) Bỏ qua điện trở tác dụng cuộng dây máy phát điện, máy bù đồng động b) Trở kháng máy biến áp: Đối với máy biến áp cuộn dây, nhà chế tạo thường cho biết trị số điện áp ngắn mạch uN% trị số điện áp tương đối tính hệ định mức Với máy biến áp lớn Sdm ≥ 630-750 kVA (một cách gần bỏ qua điện trở tác dụng)  gần ta có: u*Ndm xB*dm Từ uN% đẽ dàng tính điện kháng máy biến áp hệ đơn vị có tên tương lượng bản: Trong hệ đơn vị có tên: xB = u n % U dm 100 S dm [] Từ thí nghiện ng.m uNf = Idm ZB  UN = mà uN% = 3I dm Z B UN 100  U dm  ZB  xB = u N %.U dm 3.100.I dm 3I dm Z B 100 U dm  u N %.U dm S dm 3.100 3.U dm Trong hệ đơn vị tương đối theo x x*B(cb) = B  x cb u N %.U dm 100.S dm U cb2 S cb u % S U = N cb  dm 100 S d  U cb    Thông thường Ucb = Udm  x*B(cb) = u N % S cb 100 S dm (12) Trong đó: Sdm [MVA]; Udm [kV]; Scb [MVA]; Ucb [kV] Với máy biến áp công suất nhỏ: Sdm < 630 kVA để tính xác cần xét đến điện trở tác dụng lúc ta có: Trong hệ đơn vị có tên: rB = PN U dm 100 S dm xB = u x %.U dm 10 S dm () (13) () (14) u x %  u N %  % (15) Trong đó: PN [kW] Udm [kV] Sdm [kVA] ux % ur % - tổn thất ngắn mạch máy biến áp - điện áp định mức biến áp - dung lượng định mức máy biến áp - thành phần phản kháng điện áp ng.m - thành phần tác dụng điện áp ng.m uñ %  PN 100 S dm (16) ur %; ux%; uN % - trị số tương đối điện trở, điện kháng tổng trở biến áp với lượng định mức Trong hệ đơn vị có tên ta có: x*B (cb ) u % S U  ò cb  dm 100 S dm  U cb    r*B (cb ) u % S  r cb 100 S dm U  dm  U cb    Tính gần đúng: 2 (17) x*B ( cb)  u ò % S cb 100 S dm r*B ( cb )  u r % S cb 100 S dm Ngồi tra bảng có rB xB hệ đơn vị có tên đổi hệ bản: S cb U cb2 S  rB cb2 U cb x*B ( cb)  x B r*B ( cb) Đối với máy biến áp ba cuộn dây, nhà máy sản xuất thường cho điện áp ng.m tương đối hệ định mức cuộn dây điện áp cao_trung (C_T); cao_hạ (C_H) cuộn Trung_hạ (T_H) Zc ZH ZT uNC-H %  PNC-H uNC-T%  PNC-T uNT-H %  PNT-H uNC-H - Có để cuộn T hở mạch; cuộn H ngắn mạch Đặt u  vào cuộn cao áp nâng dần áp dòng điện cuộn T H đạt giá trị định mức Lúc ta có giá trị PNC-T Chính ta viết: uNC-H% = uNC% + uNH % PNC-H = PNC + PNH Ta có tương tự cho trường hợp khác Và từ ta xác định điện áp ngắn mạch cuộn dây CAO, TRUNG, HA máy biến áp theo đại lượng mà nhà chế tạo cho trước sau: uNC % = (uNC-H % + uNC-T % + uNT-H %) uNT % = (uNC-T% + uNT-H % + uNC-H %) uNH % = (uNC-H % + uNT-H % + uNC-T %) (21) Sau tính điện áp ng.m % cuộn dây theo hệ định mức tương tự máy biến áp cuộn dây, ta tính điện kháng cuộn dây qui điều kiện sau: Tính xác: x*B (cb )C u % S  NC cb 100 S dmC  U dmC   U cb    x* B ( cb )T u % S  NT cb 100 S dmT  U dmT   U cb    x* B ( cb ) H u % S  NH cb 100 S dmH  U dmH   U cb    Tính gần đúng: u NC % S cb 100 S dmC u % S x*B (cb)T  NT cb 100 S dmT u % S x*B ( cb) H  NH cb 100 S dmH x*B ( cb)C  Trong đó: SdmC ; SdmT ; SdmH – cơng suất định mức cảu cuộn cao, trung hạ áp biến áp Để xác định điện trở cuộn dây ta phải tính tổn thất cơng suất ngắn mạch cuộn dây theo lượng cho trước PNC-T ; PNC-H ; PNT-H PNC = 1/2 (PNC-H + PNC-T - PNT-H) PNT = 1/2 (PNC-T + PNT-H - PNC-H) PNH = 1/2 (PNC-H + PNT-H - PNC-T) Điện trở cuộn dây qui đổi điều kiện là: Tính gần đúng: S cb S dmC S r*B(cb)T = PNT cb S dmT S r*B(cb)H = PNH cb S dmH r*B(cb)C = PNC c) Điện kháng cuộn điện kháng: (cuộn kháng điện) nhà chế tạo thường cho trị số điện kháng tương đối hệ định mức xK% Qui đổi hệ có: x K % I cb U dm 100 I dm U cb x % I  K cb 100 I dm Tính xác: x K ( cb)  Tính gần đúng: x K ( cb) Cần ý điện kháng có điện áp cao cấp điện áp nơi đặt nó, lúc tính phải dùng điện áp để tính (Ví dụ đặt kháng điện 10 kV vào cấp điện áp kV Lúc tính tốn ta phải dùng Udm =10 kV điện kháng xK% cho hệ định mức với Udm = 10 kV) Trong hệ đơn vị có tên điện kháng cuộn kháng điện là: x K% = xK 100  x dm xK 100  U dm I dm d) Đường dây không cáp: xK  x K %.U dm 100 3I dm Hệ đơn vị có tên: xdd = x0.l rdd = r0.l Hệ đơn vị tương đối: S cb U cb2 S cb r*dd(cb) = r0.l U cb x*dd(cb) = x0.l x0 ; r0 – tra bảng [/km] tính: r0 =  100  [/km] F  F  [km/mm2] (=53 dây đồng; =32 dây nhôm; =10 dây thép) F [mm2] x0 – lấy gần x0  0,4 (lưới 6-10 kV) Với cáp  0,08 [/km] x0  0,3 (lưới đến kV) Với cáp 0,07 [/km] x0  0,12 (lưới 35 kV) e) Các thành phần khác: thành phần kể tính tốn ng.m mạng hạ áp phải kể tới điện trở tác dụng điện kháng số thành phần khác như: cuộn sơ cấp máy biến dòng, cuộn dòng điện Aptômát, điện trở điện kháng cảu cái, điện trở tiếp xúc cầu dao, aptomát 8.3 Quá trình độ mạch ba pha đơn giản: Ngắn mạch ba pha mạng điện: ngắn mạch đối xứng, điện trở điện cảm tập trung cung cấp từ nguồn có cơng suất vơ lớn (điện kháng nguồn không, điện áp biến đổi với tần số cố định biên độ không đổi) rN rN Nguồn r1 LN Phụ tải M M LN rN L1 N M LN r1 L1 r1 L1 Trong mạch giả thiết phần có hỗ cảm phần cịn lại khơng có Khi xẩy ngắn mạch điểm N Mạch điện phân thành phần (phần có nguồn phần khơng có nguồn) Giả thiết trước lúc ng.m ta có đồ thị véc tơ điện áp dòng điện pha (HV.) Trục tt thẳng đứng trục thời gian, ta coi thời điểm xét (tức thời điểm xẩy ng.m.) tt UC IckmC (IC- IckmC) IC UA    N IA IckmB (IB- IckmB) IB (IA- IckmA) IckmA i0A ikck0 UB tt a) Phần nguồn: Các đại lượng tức thời riêng xác định hình chiếu vectơ trục tt  - Góc lệch pha UA với trục hoành, đặc trưng cho thời điển ban đầu điện áp (góc pha đầu điện áp) Sau ng.m điểm N mạch phân thành phần (phần không nguồn & phần có nguồn) Phần có điện trở r1 điện cảm L1 Dòng điện phần trì lượng từ trường tích luỹ điện cảm L1 chưa chuyển hết thành nhiệt bị dập tắt điện trở r1 Phương trình vi phân cân điện áp pha phần có dạng: = i.r1 + L1 di dt (31) t T Giải phương trình (31) ta có dạng i  C.e td C- Hằng số tích phân xác định theo điều kiện ban đầu (khi t=0 thời điểm bắt đầu ng.m.) Lúc này: t i= i0 ; e Ttd   i0 = C t itd = i e Ttd Vì ta có: (32) Điều chứng tỏ có thành phần dịng điện tự Thành phần tắt dần theo số thời gian Ttd Ttd = L1 x  r1 .r1 (33) Nhận xét: + Giá trị ban đầu dòng điện tự pha giá trị tức thời trước dịng điện, mạch có tính chất điện cảm, khơng có thay đổi đột biến dịng + Nói chung dòng điện tự pha khác tắt dần chúng xẩy số thời gian + Dòng điện tự khơng có pha thời điểm xẩy ng.m dòng điện trước pha qua trị số khơng Khi dịng điện tự hai pha cịn lại giá trị ngược chiều tt iNA Ickm i0A A itdA i0ck0 ikck ick0 ick i0B i0B B itdB itdC C i0C tt (HV) biểu diễn giá trị tức thời pha phần không nguồn mạch xẩy ng.m thời điểm t ứng với vị trí đồ thị vectơ b) Phần có nguồn: ngồi dịng điện tự có thêm dịng điện cưỡng Giá trị dòng cưỡng lớn dịng điện lúc trước lệch pha nói chung khác trước Ta giả thiết vectơ IckA ; IckB ; IckC phù hợp với chế độ xác lập phần mạch có nguồn (khi xẩy ng.m.) Phương trình vi phân cân pha Ví dụ pha A có dạng: u A  i A rN  LN di di A di M B M C dt dt dt (34) Vì mạch đối xứng iB + iC = -iA nên ta viết (34) gọn u = i.rN + L N di dt (35) Trong đó: LN = (L – M) - điện cảm tổng pha (tức điện cảm có kể tới hỗ cảm pha cịn lại) Giả phương trình (35) ta được: i t Um sin(t     N )  Ce Tkck ZN (36) ZN - Tổng trở phần mạch có nguồn (gọi tổng trở ngắn mạch) N - Là góc pha điện áp dịng ngắn mạch Tkck – Là số thời gian mạch ng.m xác định sau: Tkck = LN x  N rN rN [giây] Vết đầu (36) thành phần dịng điện chu kỳ, dịng điện dịng điện cưỡng với biên độ khơng đổi: I ckm  Um ZN Vết thứ hai (36) thành phần dòng điện tự (tắt dần), người ta gọi thành phần dịng điện khơng chu kỳ Hằng số tích phân C xác định theo điều kiện ban đầu t=0  i(t=0) = i0 = ick0 + C = Ickmsin(-N) +C Mặt khác trước lúc ngắn mạch i0 = Im sin(-) Cho nên ta viết: C= i0 – ick0 = Im sin(-) – Ickmsin(-N) = ikck0 Vậy t=0 i0 = ick0 + ikck0 i0 –trị số tức thời i t=0 ick0 – trị số tức thời ick t=0 ikck0 – thành phần không ck t=0 t i  ick  i kck  I ckm sin(t     N )  ikck e Tkck Nhận xét: +Do dịng ick0 ; i0 hình chiếu vectơ Ickm & Im trục thời gian nên dịng ikck0 coi hình chiếu (Im – Ickm) trục (HV.)  Giá trị ban đầu thành phần tự (tắt dần) thay đổi từ giá trị lớn vectơ (Im – Ickm) song song với trục thời gian tt Và khơng vng góc với trục tt + Giá trị lớn thành phần khơng chu kỳ lớn dich chuyển đường cong dịng điện tồn phần so với trục thời gian lại lớn + Giá trị lớn thành phần không chu kỳ (ikck0) xác định khơng phụ thuộc vào góc pha xẩy ng.m mà phụ thuộc vào chế độphụ tải trước lúc ng.m Ví dụ trước (lúc ng.m.) mạch khơng có dịng điện giá trị ikck0 đạt tới giá trị thành phần chu kỳ Hoặc giá trị ikck0 có giá trị cực đại mạch điện trước có tính chất điện dung, đến mạch khơng có tải bé mạch có tính điện cảm + Trong tính tốn thường coi mạch điện ngắn mạch khơng có tải ikck0 đạt tới giá trị cực đại (HV) Xong t=0 cịn phụ thuộc vào  Khi khơng có tải tức Im = ikck0 = -Ickm sin(-N) Vì ta viết iN theo  t t iN = Ickm [sin(t + - N) – sin( - N ) e Tkck ] = f(; t) Để khảo sát iN cực đại ta lây đạo hàm cho không t i N   cos(t     N )  sin(   N ).e Tkck  t Tkck t i N  cos(t     N )  cos(   N ).e Tkck   Giải hệ phương trình ta được: tg (   N )   Tkck   Ta lại có  xN rN xN  tg ( N )   - N = N   = rN + Như mạch có r L Cực đại giá trị dịng điện tồn phần tức thời sẩy  = (tức ng.m trị số điện áp nguồn qua trị số không) Thực tế tính tốn người ta cần phải xác định giá trị tức thời cực đại dịng ng.m tồn phần Giá trị gọi làdòng ngắn mạch xung kích ixk ường tìm giá trị thành phần khơng chu kỳ lớn (HV) coi xẩy gần nửa chu kỳ đầu (tức quãng chừng 0,001 giây sau xuất ng.m với f=50Hz) iN ixk ikck ikck 2I  t ick0 ick Dịng điện xung kích biểu thị dạng: 0 , 01 i xk  I ckm  I ckm e Tkck 0, 01    1  e Tkck .I ckm   ixk = kxk Ikck kxk – gọi hệ số xung kích (trị số thường tính sẵn theo Tkck = LN /rN = xN /rN Trị số kxk nằm khoảng 1< kxk (63) Coi ngắn mạch xẩy xa nguồn nên để xác định thành phần dòng ng.m chu kỳ đồi với thời điểm ta sử dụng công thức: IN  I dm  x*tt (64) 2- Khi xác định giá trị hiệu dụng nửa chu kỳ thành phần dòng ng.m chu kỳ máy phát tuốc bin việc tính tốn tiến hành theo cơng thức (với giá trị x*tt ) I N"  I dm  x*tt (65) Với tuốc bin nước khơng sử dụng (65) cho kết khơng xác Giá trị tức thời cực đại dịng ng.m tồn phần = dịng xung kích i xk  k xk I N" (66) Giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch toàn phần It thời điểm 2 I t  I ckt  I kckt (67) Ickt – giá trị hiệudụng thành phần chu kỳ (tra đường cong) Ikckt - giá trị hiệu dụng thành phần không chu kỳ thời điểm Ikckt = Tkck = I N" e t Tkck (68) x - hắng số thời gian tắt dần [giây] 314.r Khi t 2Tkck  coi It = Ickt Giá trị hiệu dụng dịng ng.m xung kích sau chu kỳ kể từ đầu trình xác định theo công thức: Ixk = I N"  2(k xk  1)  q.I N" kxk – hệ số xung kích xác định theo đường cong: kxk = f( x Tkck) x Đối với truờng hợp cụ thể khác giá trị kxk q lấy theo bảng (7-3) Công suất ng.m thời điểm (để kiểm tra khẳ cắt máy cắt S N  3U dmtb I t Udmtb - điện áp định mức trung bình mạng thời điểm t ng.m b) Sơ đồ tính tốn: Để tính tốn theo phương pháp đường cong cần phải thành lập sơ đồ tính tốn biến đổi dạng đơn giản Việc tính tốn xác định dòng ng.m tiến hành theo thư tự sau:  Thành lập sơ đồ tính tốn, đưa vào sơ đồ tất phần tử hệ thống ccđ, với tất tham số định mức chúng  Chọn điểm tính tốn ng.m sơ đồ  Chọn lượng bản, công suất điện áp  Biểu diễn tất điện kháng phần tử sơ đồ hệ đơn vị tương đối theo lượng chọn  Làm đơn giản sơ đồ: thay điện kháng mắc song song, nối tiếp hỗn hợp điện kháng đẳng trị Biến đổi  - Y đẳng trị ngược lại (các cơng thức tính tốn cho bảng (7-2) Thay nguồn cc nguồn vài nguồn đẳng trị, tuỳ theo vị trí nguồn cc vời điểm ng.m  Xác định điện kháng tổng đến điểm ngắn mạch  Xác định điện kháng tính tốn đến điểm ng.m  Tra đường cong tính tốn tìm bội số dịng ng.m thời điểm  Tính dịng cơng suất ng.m thực tế c) Phương pháp tính tốn theo biến đổi: Khi khoảng cách máy phát điện đến điểm ngắn mạch gần trình tắt dần thành phần tự dòng ng.m máy phát điện gần giống Nên nhập chung tất máy phát điện thành máy phát đẳng trị có cơng suất tổng cơng suất định mức Trình tự tính tốn sau:  Vẽ mạng đẳng trị hệ thống: tính gần nên lấy Ucb = Utb Scb chọn tuỳ ý Tính đổi tất điện kháng hệ đơn vị tương đối theo lượng chọn Điện kháng máy phát điện lấy "   x d Phụ tải bỏ qua trừ động cơ; máy bù đồng công suất lớn nối trực tiếp tới điểm ng.m tính máy phát điện cơng suất (những TB có ảnh hưởng q trình q dộ) Làm đơn giản sơ đồ đẳng trị tìm điện kháng tổng x*cb với điểm ng.m (coi sđđ nguồn phát nhau) Tính điện kháng tính tốn: xtt  x*cb  S dm  S cb Trong đó: Sdm - tổng cơng suất định mức máy phát x - tính [] thì: xtt  x   S cb2 Từ xtt tra đường cong tính tốn tìm số thành phần dịng ng.m chu kỳ thời điểm cần tìm (I*ck ) Khi xtt >3 trị số tương đối dòng điện thời điểm bằng: xtt I *ck   S dm  Tìm thành phần chu kỳ dịng ng.m hệ đơn vị có tên Ickt = I*ckt Idm Trong đó: I dm   S dm  3U tb - đòng định mức tổng tất máy phát điện qui điện áp Utb cấp ta cần tính tốn ng.m Khi xtt > ta có: I ck  Tdm  I  cb xtt x*cb  Trường hợp r > 1/3 x (ví dụ ng.m mạng hạ áp) khơng cho phép bỏ qua điện trở Trong công thức ta thay x*cb bằng: z*cb   r*2cb   x*2cb   ztt tương tự d) Phương pháp nhiều biến đổi: khoảng cách máy phát điện khác nhiều Thì trình tắt dần thành phần tự dòng ng.m máy phát khác Nếu dùng phương pháp biến đổi ghép tất nguồn lại nguồn công suất đẳng trị cho sai số lớn trường hợp phải sử dụng phương pháp nhiều biến đổi Trình tự: Vẽ sơ đồ đẳng trị hệ thống Lấy Ucb = Utb ; chon Scb ; tính phần tử sơ đồ qui Dựa vào khoảng cách từ điểm ng.m đến nguồn xa gần khác nhau, ta tiến hành sát nhập nguồn nhập chung với nguồn (phải để riêng) + Hai nguồn nhập chung với thoả mãn điều kiện sau:   S1 x1  0,4  4,5 S x x1 S1 N x2 S2 Trong đó: S1 ; S2 - công suất nguồn điện x1; x2 - điện kháng nhánh nối từ nguồn 1; tới điểm ngm hệ đơn vị tương đối + Nếu điện kháng tính tốn tất nhánh có nguồn x *tt > cho phép nhập tất nguồn với trường hợp + Không nên nhập chung nguồn có sđđ khơng đổi với nhánh có nguồn x*tt