tính toán phân tích ngắn mạch trong hệ thống điện sử dụng phần mềm etap

Còn động cơ chạy ở chế độ Spare không tải thì không tham gia vào ngắn mạch của hệ thống, Loading Category: dòng điện ngắn mạch của hệ Tinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su

Trang 1

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN

MỀM ETAP

SINH VIÊN: LÊ VĂN ĐẠI MSSV : 16036891 LỚP : DHDI12B

GVHD : TS DƯƠNG THANH LONG

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020

1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM

Tinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAP

Tinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAP

114Monday, June 10, 20248:56:11 PM8:56:11 PM114Monday, June 10, 20248:56:11 PM8:56:11 PM114Monday, June 10, 20248:56:11 PM8:56:11 PM

Tinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAP

114Tinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPMonday, June 10, 2024

Trang 2

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

(1): Lê Văn Đại, MSSV: 16036891

2 Tên đề tài

TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP

3 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)

- Giới thiệu phần mềm Etap

- Cơ sở lý thuyết về ngắn mạch trong hệ thống điện

- Mô phỏng trên hệ thống điện 5 nút (cấp nguồn đơn ) và hệ thống điện kiểm tra

phân phối thanh cái IEEE 30 nút sử dụng phần mềm Etap - Kết luận và đưa ra giải pháp

- Bảng thông số và hình ảnh về tính toán ngắn mạch cho lưới điện thực tế - Tài liệu hướng dẫn tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909

- Toàn văn báo cáo hướng dẫn sử dụng phần mềm Etap tính toán ngắn mạch

Sinh viên

Trưởng bộ môn

1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM

Trang 3

Trang 4

iii

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

1.2 Giới thiệu Etap 1

1.2.1 Xây dựng sơ đồ tính toán: 2

1.2.2 Các thành phần chính 4

1.2.3 Thanh công cụ IEC Short Circuit 8

1.2.4 Hộp thoại Short Circuit Stuty Case 9

CHƯƠNG 2 NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 13

2.4.2 Nguồn hệ thống (network feeder) 20

2.4.3 Máy biến áp (transformers) 22

1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM

Trang 5

3.2 Tính toán ngắn mạch hệ thống điện 5 nút (cấp nguồn đơn) 42

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG KIỂM TRA PHÂN PHỐI THANH CÁI IEEE 75

4.1 Phương pháp ngắn mạch theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE 75

4.2 Tiêu chuẩn ANSI/IEEE so với tiêu chuẩn IEC 75

4.3 Hệ thống kiểm tra phân phối thanh cái IEEE 30 77

4.4 So sánh giữa kết quả mô phỏng ANSI và IEC 89

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91

5.1 Ảnh hưởng của dòng ngắn mạch đối với hệ thống điện 91

5.2 Hướng phát triển của đề tài 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 93

LỜI CÁM ƠN 105123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com 1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM

Trang 6

v

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Tạo dự án mới 2

Hình 1 2 Thông tin người dùng 2

Hình 1 3 Giao diện chính của etap 3

Hình 1 4 Các chức năng tính toán 3

Hình 1 5 Các phần tử AC 4

Hình 1 6 Các thiết bị đo lường, bảo vệ 4

Hình 1 7 Thiết lập các tiêu chuẩn dự án 5

Hình 1 8 Thao tác xoay các phân tử 5

Hình 1 9 Thay đổi màu các phần tử 6

Hình 1 10 Thay đổi thông tin hiển thị 7

Hình 1 11 Thư viện dây dẫn 8

Hình 1 12 Các chức năng trên thanh công cụ IEC Short Circuit 9

Hình 1 13 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case 10

Hình 1 14 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case 12

Hình 2 1 Dạng sóng dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra ở xa máy phát 16

Hình 2 2 Dạng sóng dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra gần máy phát 16

Hình 2 3 Sơ đồ hệ thống 17

Hình 2 4 Sơ đồ thay thế (tương đương) hệ thứ tự thuận tại vị trí ngắn mạch 18

Hình 2 5 Trường hợp hệ thống không có máy biến áp 21

Hình 2 6 Trường hợp hệ thống có máy biến áp 21

Hình 2 7 Hệ thống thứ tự không theo tổ đấu dây của máy biến áp 23

Hình 2 8 Dòng ngắn mạch riêng phần của 1 máy phát điện nối trực tiếp vào 1 lưới điện 27

Hình 2 9 Sơ đồ véc tơ của máy phát đồng bộ ở điều kiện định mức 28

Hình 3 1 Ngắn mạch cấp từ nguồn hệ thống nối với một máy biến áp 31

Hình 3 2 Ngắn mạch cấp từ một máy phát (không có máy biến áp) 31

Hình 3 3 Ngắn mạch cấp điện từ một trạm đơn vị (bao gồm một máy phát và một máy biến áp) 31

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com 1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM

Trang 7

vi

Hình 3 5 Hệ số dùng để tính toán dòng cắt ngắn mạch đối xứng 39

Hình 3 6 a,b Hệ số và cho máy phát kiểu tua bin 40

Hình 3 7 a,b Hệ số và cho máy phát cực lồi 41

Hình 3 8 Sơ đồ hệ thống điện 5 nút 42

Hình 3 9 Thông số nguồn lưới 43

Hình 3 10 Thông số tải tĩnh 44

Hình 3 14 Thông số máy biến áp 45

Hình 3 12 Thông số đường dây cáp 46

Hình 3 13 Thông số động cơ 47

Hình 3 14 Sơ đồ đơn tuyến 5 Bus 48

Hình 3 15 Cài đặt thông số cho trang Info của hộp thoại Study Case 49

Hình 3 16 Kết quả sơ đồ mô phỏng đơn tuyến 5 Bus 50

Hình 3 17 Kết quả dòng ngắn mạch theo từng sự cố tai 5 Bus khi mô phỏng qua phần mềm ETAP 50

Hình 3 23 Biên độ thành phần xoay chiều ngắn mạch ba pha tại 5 nút 71

Hình 3 24 Đường bao trên dạng sóng dòng ngắn mạch ba pha tại 5 nút 72

Hình 3 25 Thành phần một chiều sự cố ngắn mạch ba pha tại 5 nút 72

Hình 4 1 Sơ đồ một dòng của Hệ thống thanh cái IEEE 30 Bus 77

Hình 4 2 Tải dữ liệu 79

Hình 4 3 Máy phát dữ liệu 80

Hình 4 4 Dữ liệu máy biến áp 81

Hình 4 5 Dòng dữ liệu 83

Hình 4 6 Kết quả mô phỏng trên phần mềm etap 85

Hình 4 7 Kết quả mô phỏng cho tính toán IEC 86

Hình 4 8 Trang Rating của máy phát 93

1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM

Trang 8

vii

Hình 4 10 Trang Info của bus 95

Hình 4 11 Trang Info của đường dây 96

Hình 4 12 Trang Parameter của đường dây 96

Hình 4 13 Trang Configuration của đường dây 97

Hình 4 14 Trang Impedance của đường dây 98

Hình 4 15 Trang Sag & Tension của đường dây 99

Hình 4 16 Trang Info của máy biến áp hai cuộn dây 100

Hình 4 17 Trang Rating của máy biến áp hai cuộn dây 101

Hình 4 18 Trang Grouding của máy biến áp 102

Hình 4 19 Trang Info của tải áp 102

Hình 4 20 Trang Nameplate của tải 103

Hình 4 21 Trang Short Circuit của tải 104

DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2 1 Các dạng ngắn mạch 15

Bảng 3 4 Thông số máy biến áp 44

Bảng 3 5 Thông số thứ tự thuận các đường dây cáp 45

Bảng 3 6 Thông số thứ tự không các đường dây cáp 45

Trang 9

viii

Bảng 4 5 Dữ liệu dòng 83 Bảng 4 6 Cấp điện áp của mỗi thanh cái 84 Bảng 4 7 Kết quả mô phỏng tính toán ANSI 88 Bảng 4 8 Kết quả trước và sau khi lắp cuộn kháng ngắn mạch tại Bus Claytor 13_2 và Bus Fieldale 13_5 theo tiêu chuẩn ANSI 90

Bảng 4 9 Kết quả trước và sau khi lắp cuộn kháng ngắn mạch tại Bus Claytor 13_2 và Bus Fieldale 13_5 theo tiêu chuẩn IEC 90

1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM

Trang 10

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ETAP

1.1 Mở đầu

OTI được thành lập từ năm 1986, chuyên cung cấp các giải pháp để phân tích hệ thống điện, mô phỏng, thiết kế, vận hành, kiểm soát, tối ưu hóa, và tự động hóa

Phiên bản mới nhất hiện nay là Etap 19.0

Điểm nổi bật nhất của Etap là Real-Time: kiểm soát và điều khiển hệ thống trực tiếp theo thời gian thực nhằm tăng cường độ tin cậy, và vận hành hệ thống một

cách tối ưu và tiết kiệm

Etap là một phần mềm có khả năng tính toán và phân tích hệ thống điện tại bus thanh cái của sơ đồ đơn tuyến, ngoài ra phần mềm còn cho biết dòng và áp tại bus hệ thống và tại thanh cái, nhờ đó mà ta có thể kiểm soát, điều chỉnh hay sửa chữa hệ thống kịp thời tránh những trường hợp đáng tiếc xảy ra

OTI sở hữu một đội ngũ kỹ sư, chuyên gia giàu kinh nghiệm hàng đầu thế giới luôn tiếp cận những tiến bộ công nghệ mới nhất

1.2 Giới thiệu Etap

Các khả năng tính toán của Etap 12.6.0

Phần mềm Etap được sử dụng trong các tính toán liên quan tới các bài toán hệ thống điện chủ yếu như sau:

- Bài toán phân bố công suất (Load Flow Analysis)

- Bài toán phân bố công suất tải không cân bằng (Unbalanced Load Flow

Analysis)

- Bài toán ngắn mạch (Short-Circuit Analysis)

- Bài toán khởi động động cơ (Motor Acceleration Analysis)

- Bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis)

- Bài toán phân tích ổn định quá độ (Transient Stability Analysis)

- Bài toán phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star-Protective Device

Coordination)

- Bài toán độ tin cậy trên lưới điện (Reliability Assessment)

- Bài toán đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement)

Tinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAP1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM

Trang 11

1.2.1 Xây dựng sơ đồ tính toán:

 Sau khi khởi động ETAP, chọn New để tạo 1 project mới:

Hình 1 1 Tạo dự án mới

Hình 1 2 Thông tin người dùng

 Cửa sổ chính xuất hiện:

Trang 12

Hình 1 3 Giao diện chính của etap

Muốn mô phỏng phần tử nào ta chỉ cần kéo thả vào cửa sổ thiết kế (Edit Mode)

Khi kết nối các phần tử lại với nhau, ta nhấp vào đầu kết nối và kéo chuột đến phần tử còn lại muốn kết nối

 Các chức năng tính toán trong etap:

Hình 1 4 Các chức năng tính toán

 Một số phần tử AC hay dùng:

Trang 13

Hình 1 5 Các phần tử AC

 Các thiết bị đo lường, bảo vệ:

Hình 1 6 Các thiết bị đo lường, bảo vệ

1.2.2 Các thành phần chính

Các thành phần chính sẽ được trình bày chi tiết hơn trong phần phụ lục

Trước khi xây dựng sơ đồ tính toán, ta cần thiết lập các tiêu chuẩn dự án:

Vào Project, chọn Standards

Trang 14

Hình 1 7 Thiết lập các tiêu chuẩn dự án

+Standard: Chọn tiêu chuẩn chung cho thư viện Có thể chọn IEC hoặc ANSI +Frequency: Chọn tần số cho hệ thống Chọn 50 theo tần số điện Việt Nam +Unit System: Chọn tiêu chuẩn đơn vị, Chọn Metric

+Date format: Chọn định dạng ngày tháng

Xây dựng sơ đồ tính toán:

+Muốn chọn phần tử nào ta nhấp phần tử đó rồi kéo thả vào cửa sổ chính + Mỗi phần tử có đầu để kết nối, ta nhấp vào đầu kết nối đó và rê chuột đến phần tử muốn kết nối với nó

+ Xoay các phần tử: chọn phần tử muốn xoay vào Tools trên thanh Menu, chọn Rotate và góc cần xoay, hoặc nhấn tổ hợp phím ctrl +r:

Hình 1 8 Thao tác xoay các phân tử

Trang 15

+Thay đổi màu các phần tử: vào Theme Editor trên thanh Toolbars 1 số tùy chọn xuất hiện, ta có thể đổi màu sắc từng phần tử theo 1pha-3 pha, AC-DC, cấp điện áp

Hình 1 9 Thay đổi màu các phần tử

+Tùy chỉnh các thông số của phần tử hiển thị trên sơ đồ: vào Default, chọn

Display Options để thay đổi các thông tin muốn hiển thị trên sơ đồ bằng cách check

vào thông tin muốn hiển thị

Trang 16

Hình 1 10 Thay đổi thông tin hiển thị

+Thư viện của Etap gồm các thiết bị như cáp, dây dẫn, dây chống sét, thiết bị đóng cắt, relay… thư viện này cho phép người dùng thay đổi và mở rộng không

giới hạn Từ thanh menu chọn mục library, chọn thiết bị cần thay đổi (mở rộng), thay

đổi thông số theo mục đích sử dụng

Trang 17

Hình 1 11 Thư viện dây dẫn

1.2.3 Thanh công cụ IEC Short Circuit

Thanh công cụ này cung cấp cho ta những tùy chọn khi phân tích ngắn mạch, phân tích sóng hài …, và các tùy chọn khác để theo dõi kết quả của quá trình phân tích

Trang 18

Hình 1 12 Các chức năng trên thanh công cụ IEC Short Circuit

Khi nhấn chức năng tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC-60909, ETAP sẽ tính toán hết các trường hợp ngắn mạch ETAP mặc định sẽ hiển thị dòng ngắn mạch 3 pha trên màn hình

Nếu muốn xem thêm kết quả các sự cố ngắn mạch khác, ta cần tùy chỉnh kết quả tại thanh công cụ IEC Short Circuit

1.2.4 Hộp thoại Short Circuit Stuty Case

Trang info của hộp thoại này cung cấp cho ta thông tin về cách tính dòng ngắn mạch và chọn phân tích các điểm ngắn mạch

Trang 19

Hình 1 13 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case

- Transformer Tab: tùy chọn cách sử dụng điện áp cho quá trình tính toán ngắn mạch

 Adjust Base kV: sử dụng tỷ số biến thế của máy biến áp

 Use Nominal Tab: tính toán điện áp khi sử dụng đầu phân áp của máy

biến áp

- Report: chọn hiển thị báo cáo

 Contribution Level: tùy chọn cách đóng góp và dòng điện ngắn mạch mạch theo khoảng cách của bus Mặc định là 1 không nên đặt quá 3 trừ khi được yêu cầu Vì những dòng này ở các bus xa và không có đóng góp nhiều vào dòng ngắn mạch

- Motor Contribution Based on: tùy chọn cách đóng góp vào dòng ngắn mạch của các động cơ có trong hệ thống

 Motor Status: các động cơ chạy ở chế độ Continuous (liên tục) hoặc Intermittent (gián đoạn) thì sẽ kết với dòng điện ngắn mạch của hệ thống Còn động cơ chạy ở chế độ Spare (không tải) thì không tham gia vào ngắn mạch của hệ thống, Loading Category: dòng điện ngắn mạch của hệ

Trang 20

thống khi các tải khác không, khi các tải bằng không thì không tham gia vào dòng ngắn mạch, Both: là kết hợp của hai trường hợp trên

- Bus Selection: chọn bus có sự cố để đưa vào phân tích Chọn bus muốn phân tích ngắn mạch rồi ấn Fault để đưa vào phân tích ngắn mạch

Trang Standard của hộp thoại này cung cấp thông tin về cách tính toán dòng ngắn mạch của Etap:

 Standard: tùy chọn cách tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn nào, gồm

có 3 tiêu chuẩn IEC, ANSI, GOST

 Short –Circuit Current: Etap cho ta chọn hằng số C để tính toán dòng

ngắn mạch Ta có thể để Etap tự nhập hoặc nhập theo như bảng hệ số C

 Cmax for Z Adustment (<1001V): giá trị lớn nhất khi hiệu chỉnh trở kháng của máy biến áp, máy phát điện (Kt, KG) Các hệ số Kt và KG cách

tính xem trong tiêu chuẩn IEC 60909

 Calculation Method: chọn phương pháp tính toán dòng ngắn mạch Sử dụng tỷ số X/R trong ba phương pháp để tính giá trị biên độ dòng ngắn mạch nhằm kiểm tra thiết bị cắt ngắn mạch Etap mặc định chọn phương pháp C vì phương pháp này có độ chính xác cao nhất (xem tiêu

chuẩn IEC 60909)

Trang 21

Hình 1 14 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case

Trang 22

CHƯƠNG 2 NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 Tổng quan

Trong quá trình vận hành, không thể tránh khỏi những hư hỏng trên các phần tử lưới điện trong hệ thống điện Hư hỏng thường xảy ra nhất trên các đường dây truyền tải điện và trong số các hư hỏng này, thường gặp nhất là hư hỏng do sét đánh

Ngoài ra các đường dây trên không và thiết bị cột đỡ có thể hư hỏng do gió bão, cây đổ … Hầu hết các sự cố này dẫn đến ngắn mạch trong lưới điện Ngay cả trong chế độ của hệ thống điện thay đổi đột ngột sẽ phát sinh quá trình quá độ điện từ, trong đó quá trình phát sinh do ngắn mạch là nguy hiểm nhất

Dòng điện ngắn mạch lớn nhất sẽ xảy ra ngay sau thời điểm sự cố (hay còn gọi

là dòng ngắn mạch siêu quá độ), điện áp giảm xuống (gần bằng không)

Nếu không kịp thời thao tác, xử lý và nhanh chóng cô lập điểm ngắn mạch thì hệ thống sẽ chuyển sang chế độ ngắn mạch duy trì

Hậu quả của việc ngắn mạch:

-Sự nguy hiểm do dòng ngắn mạch rất lớn chạy trong lưới điện, dòng này lớn hơn nhiều so với dòng của các phụ tải và gây hư hỏng đến các thiết bị điện khi nó đi

qua

-Điện áp giảm và mất đối xứng: làm ảnh hưởng đến các phụ tải

-Gây mất ổn định: khi không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống

sẽ mất ổn định làm ảnh hưởng đến tính liên tục về cung cấp điện

Mục đích tính toán ngắn mạch, tính toán dòng ngắn mạch nhằm mục đích sau: -Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng điện trong thời gian tồn tại ngắn mạch

-Tính toán hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ rơ-le, tự động cắt phần tử bị sự cố ngắn mạch ra khỏi hệ thống

Trang 23

 Các trường hợp ngắn mạch

Stt Dạng ngắn mạch Hình vẽ quy ước Kí hiệu

Xác suất ngắn mạch

Trang 24

Phần mềm Etap tính toán ngắn mạch theo hai tiêu chuẩn ANSI/IEEE và IEC 60909, phần mềm cho phép người dùng tính toán các dạng ngắn mạch khác nhau (một pha trạm đất, 2 pha trạm nhau, 2 pha trạm nhau trạm đất, 3 pha trạm nhau) theo tiêu chuẩn IEC 60909, IEC 61363, ANSI/IEEE.Trong chương này, chỉ giới thiệu kỹ thuật khái niệm và mô hình chi tiết của tiêu chuẩn IEC cho tính toán ngắn mạch

2.2.2 Tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC

Tiêu chuẩn IEC 60909 được giới thiệu nhằm cung cấp những hướng dẫn và thông tin cần thiết cho công tác kiểm tra các thiết bị, khả năng bảo vệ bảo đảm an toàn cho hệ thống

Tiêu chuẩn IEC giải quyết việc tính toán dòng ngắn mạch cân bằng và không

cân bằng Nhìn chung, dòng ngắn mạch được tính như sau:

- Chọn dòng ngắn mạch cực đại để chọn thiết bị bảo vệ

- Dòng ngắn mạch cực tiểu để lựa chọn cầu chì, cài đặt thiết bị bảo vệ

Trang 25

Dòng ngắn mạch là một hàm số theo thời gian từ lúc ngắn mạch cho đến khi dòng ngắn mạch bị loại trừ, nó cũng biến thiên theo giá trị tức thời của điện áp tại thời điểm bắt đầu ngắn mạch

Hình 2 1 Dạng sóng dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra ở xa máy phát

Hình 2 2 Dạng sóng dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra gần máy phát

Giá trị ban đầu của thành phần d.c

Trang 26

2.3 Phương pháp tính toán

Tính toán ngắn mạch được thực hiện lần lượt qua hai phương pháp:

2.3.1Nguồn điện áp tương đương tại điểm ngắn mạch

Trong tất cả các trường hợp được mô tả ở hình 2.1 và 2.2 chúng ta có thể xác định được dòng ngắn mạch tại điểm ngắn mạch F nhờ một nguồn điện áp tương đương Các số liệu vận hành về phụ tải của người tiêu thụ, về vị trí bộ đổi nối nấc phân áp của các máy biến áp, dòng kích từ của máy phát v.v đều không cần thiết, các tính toán thêm về những phụ tải khác nhau có thể phát sinh tại thời điểm ngắn mạch là không cần kể đến

Ở đây nguồn điện áp tương đương là nguồn chủ động (tích cực) duy nhất Tất cả những nguồn cung cấp của lưới điện, các máy đồng bộ và không đồng bộ đều được thay thế bằng tổng trở bên trong của chúng

Hình 2.3 nêu lên một ví dụ về nguồn điện áp tương đương tại điểm ngắn mạch F, nguồn điện áp này được xem như là điện áp tích cực duy nhất của hệ thống trong trường hợp hệ thống hạ áp được cấp bởi một máy biến áp duy nhất Tất cả những điện áp tích cực khác trong hệ thống được xem như bằng không Như vậy nguồn cung cấp của lưới điện trong hình 2.3 được biểu thị bằng tổng trở trong ZQt của nó mà thôi

Các tổng dẫn song song (có nghĩa là các điện dung đường dây và các phụ tải bị động) không cần xem xét đến khi tính toán các dòng ngắn mạch ở hình 2.4

Hình 2 3 Sơ đồ hệ thống

Trang 27

Hình 2 4 Sơ đồ thay thế (tương đương) hệ thứ tự thuận tại vị trí ngắn mạch

Nguồn điện áp tương đương ⁄√ tại điểm ngắn mạch F được cấp bởi hệ số điện áp c, điện áp danh định của hệ thống và hằng số √ Hệ số điện áp c có giá trị khác nhau khi tính các dòng ngắn mạch cực đại hoặc cực tiểu

Hình 2.3 và 2.4 minh họa cách tính toán dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu theo phương pháp nguồn điện áp tương đương

Hạ áp : 100V đến 1000V

(IEC 60038, bảng 1)

1,053 1,104

0,95

Trung áp : >1kV đến 35kV

(IEC 60038, bảng 3)

Cao áp 2) >35kV

(IEC 60038, bảng 4)

1 cmax Un không vượt quá điện áp cao nhất Um cho thiết bị hệ thống điện

2 Nếu điện áp danh định không được xác định, cmax Un= Um hoặc cmin Un= Umnên được áp dụng

3 Cho hệ thống hạ áp có độ lệch điện áp +6%, ví dụ hệ thống thay tên từ 380V

Trang 28

Trong lúc tính toán dòng ngắn mạch ta chỉ cần xét đến tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận ( ) nhìn từ điểm ngắn mạch mà thôi

Trong các hệ thống ba pha, việc tính toán trị số dòng ngắn mạch phát sinh khi ngắn mạch không cân bằng được đơn giản hóa bằng phương pháp thành phần đối xứng Phương pháp này yêu cầu xác định ba thành phần độc lập hệ thống, tránh sự móc vòng của các tổng trở tương hỗ

Dùng phương pháp này, dòng điện trong mỗi pha được xác định bằng cách xếp chồng các dòng điện của ba hệ thống thành phần đối xứng:

Trang 29

Lấy pha L1 làm hệ tham chiếu, các dòng , , được tính theo công thức: IL1 = I(1) + I(2) + I(0)

IL2 = a2 I(1) + a I(2) + I(0)IL3 = a I(1) + a2 I(2) + I(0) Trong đó :

Tổng trở ngắn mạch thứ tự không được xác định của một đường dây, ( )

( ) ( ) được xác định với giả thiết là có một nguồn điện áp xoay chiều đặt vào giữa các dây dẫn song song và đường dây tải điện về (ví dụ: cơ cấu nối đất, dây trung tính, vỏ cáp và đai thép bọc cáp) Trong trường hợp này dòng thứ tự không chập ba sẽ chạy trong đường về

Khi tính dòng ngắn mạch trong các hệ thông có nhiều mức điện áp khác nhau ta cần phải quy đổi tổng trở, dòng điện và điện áp từ mức này sang mức khác

Tổng trở của các thiết bị trong các lưới điện xếp chồng hoặc lưới tọa độ cần phải chia cho hoặc nhân bình phương của tỉ số biến đổi định mức

2.4.2 Nguồn hệ thống (network feeder)

Nếu hiện tượng ngắn mạch xảy ra như hình 2.5, được cấp điện từ lưới mà lưới đó ta chỉ biết được công suất ngắn mạch đối xứng ban đầu hoặc dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu tại điểm đấu nối tuyến dây Q, thì tổng trở tương đương của lưới điện (tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận) tại điểm đấu nối tuyến dây Q sẽ được xác định bằng:

√

Trang 30

Nếu tỷ số RQ/XQ được biết, XQ được tính bằng cách dưới đây : √ ( )

Hình 2 5 Trường hợp hệ thống không có máy biến áp

Hình 2 6 Trường hợp hệ thống có máy biến áp

Nếu hiện tượng ngắn mạch như trên hình 2.6, được cấp điện từ một máy biến áp trong lưới trung áp hay cao áp mà ở lưới đó ta chỉ biết được công suất ngắn mạch đối xứng ban đầu hoặc dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu tại điểm đấu nối tuyến dây Q, thì tổng trở tương đương về phía hạ áp của máy biến áp có thể được xác định bởi công thức:

Trang 31

√ Trong đó:

: điện áp danh định của hệ thống ngay ở điểm nối Q của tuyến dây

: dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu ngay vị trí điểm nối Q của tuyến

dây

: hệ số điện áp theo điện áp danh định

tr : tỷ số biến đổi định mức ứng với vị trí chính của bộ điều áp

Trong trường hợp nguồn cấp điện áp cao có điện áp danh định trên 35 kV được cung cấp từ các đường dây trên không, tổng trở tương đương trong một số trường hợp có thể xem như một điện kháng ( = 0 + jXQ)

Trị số của công suất ngắn mạch đối xứng ban đầu hoặc dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu về phía cao áp của máy biến áp cung cấp được cho bởi công ty sản xuất

Tổng trở ngắn mạch thứ tự không tương đương của các tuyến dây trên lưới đều không cần thiết phải tính toán Tuy nhiên trong một vài trường hợp đặc biệt cũng dùng đến tổng trở này

2.4.3 Máy biến áp (transformers) Máy biến áp hai cuộn dây:

√ Trong đó:

: điện áp định mức của máy biến áp ở phía cao áp hay về phía hạ áp

: dòng điện định mức của máy biến áp ở phía cao áp hay về phía hạ áp

Trang 32

: công suất biểu kiến định mức của máy biến áp

: tổn thất tổng trong cuộn dây của máy biến áp ở dòng định mức ;

: điện áp ngắn mạch định mức, tính theo %

: điện áp thuần trở định mức, tính theo %

Thành phần điện trở có thể được tính từ tổng tổn thất trong cuộn dây ở dòng điện định mức , cả 2 đều được xem như cùng một phía máy biến áp

Tổng trở thứ tự không Z(0)T = R(0)T +jX(0)T có thể thu được thông số từ nhà sản xuất

Hình 2 7 Hệ thống thứ tự không theo tổ đấu dây của máy biến áp

Máy biến áp hệ thống là máy biến áp kết nối hai hoặc nhiều mạng với điện áp khác nhau Với máy biến áp hai cuộn dây có hay không có bộ điều chỉnh nấc phân áp, hệ số điều chỉnh trở kháng KT sẽ được giới thiệu bên cạnh giá trị tổng trở theo công

thức :

ZTK =KT ZT với ZT =RT +jXT

Trang 33

ớ là điện kháng tương đối của máy biến áp ( ) và được liên quan đến điện áp danh định của hệ thống được nối đến phía sơ cấp máy biến áp

Hệ số hiệu chỉnh tổng trở được áp dụng đối với tổng trở thứ tự thuận và nghịch của máy biến áp khi tính toán dòng ngắn mạch không cân bằng Tổng trở ZN giữa điểm đấu sao của máy biến áp và đất sẽ được xem là 3 ZN vào hệ thống thứ tự không mà không có hệ số hiệu chỉnh

2.4.4 Đường dây trên không và cáp (overheat line & cable)

đối với đồng

đối với nhôm

đối với hợp kim nhôm

Trở kháng trên mỗi đơn vị chiều dài XL ’ của dây dẫn, giả thiết là đã đảo pha, có thể tính từ công thức:

( ) (

) Trong đó :

√ khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn

Trang 34

: là bán kính của một dây dẫn Trong trường hợp dùng cáp bện xoắn, trị số r được thay thế bằng √ , R là bán kính bó cáp

: số lượng các bó dây dẫn (số dây trong bó) Đối với dây dẫn đơn, n=1

Lấy = là độ từ thẩm của chân không, công thức trên có thể giản lược như sau:

Với = 50 Hz, (

) Với = 60 Hz, (

cho máy phát với S

cho máy phát với

Ngoài hiện tượng suy giảm của thành phần một chiều, các hệ số 0,05 , 0,07 và 0,15 còn tính đến cả hiện tượng suy giảm của thành phần xoay chiều trong dòng điện ngắn mạch ở nửa chu kỳ đầu, sau lúc ngắn mạch xảy ra Ảnh hưởng của sự sai lệch nhiệt độ giữa các vòng dây đến không xét ở đây

( ) ( ( ) )

Trang 35

Trong đó :

- Máy phát điện đồng bộ có cuộn cản, khi đó:

Nếu máy phát đấu qua tổng trở nối đất, không được áp dụng

Hệ số hiệu chỉnh tổng trở KG được dùng đối với tổng trở ( ) của một máy phát điện được nối trực tiếp vào lưới điện trung áp và hạ áp (không có máy biến áp tổ hợp với máy phát)

Trang 36

Hình 2 8 Dòng ngắn mạch riêng phần của máy phát điện nối trực tiếp vào lưới điện

Hệ số hiệu chỉnh tính theo công thức:

: điện áp danh định của hệ thống

: điện áp định mức của máy phát

: tổng trở hiệu chỉnh siêu quá độ của máy phát

: tổng trở siêu quá độ của máy phát trong hệ thứ tự thuận được tính theo công thức :

Hệ số hiệu chỉnh được dùng cho công thức tính tổng trở siêu quá độ và điện áp nguồn tương đương √ được dùng thay cho điện áp siêu quá độ phía

sau trở kháng siêu quá độ của máy phát đồng bộ

Trang 37

Hình 2 9 Sơ đồ véc tơ của máy phát đồng bộ ở điều kiện định mức

Không cần phải quan tâm đến các động cơ không đồng bộ hoặc một nhóm các động cơ không đồng bộ nếu chúng dòng định mức nhỏ hơn 1 dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu tính với điều kiện không có động cơ Lượng gia tăng của các dòng ngắn mạch do các động cơ không đồng bộ có thể bỏ qua nếu như:

∑ Trong đó :

∑ : tổng dòng điện định mức của các động cơ trong phạm vi kề cận với điểm ngắn mạch

: dòng ngắn mạch tại điểm ngắn mạch không bị ảnh hưởng của động cơ

Trong đó:

Trang 38

: điện áp định mức của động cơ

: dòng điện định mức của động cơ

: công suất biểu kiến định mức của động cơ : ( )

: thông số khóa dòng định mức của động cơ Nếu tỷ số được cho trước:

√ ( )

Các số sau đây có thể dùng với độ chính xác tương đối:

= 0,10 với đối với các động cơ cao áp có công suất của các đôi cực

= 0,15 với đối với động cơ cao áp có công suất của các đôi cực

= 0,42 với đối với nhóm động cơ hạ áp có các cáp nối

Trang 39

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP

3.1 Tính toán dòng ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909 3.1.1 Vấn đề chung

Trong trường hợp ngắn mạch xa máy phát, dòng ngắn mạch có thể xem như tổng của hai thành phần sau:

- Thành phần xoay chiều có biên độ không đổi trong suốt quá trình ngắn mạch

- Thành phần không chu kỳ, bắt đầu từ một giá trị nhất định nào đấy và suy giảm về 0

Hình 2.1 biểu thị tiến trình tổng thể của dòng ngắn mạch trong một trường hợp ngắn mạch xa máy phát Các thành phần xoay chiều đối xứng và hầu như bằng nhau về biên độ

Giả định này thường thỏa mãn đối với các hệ thống được cấp điện từ một hệ thống cao áp mở rộng thông qua máy biến áp, đó là trường hợp ngắn mạch xa máy phát

Trong trường hợp ngắn mạch gần máy phát, dòng ngắn mạch có thể xem như tổng của hai thành phần sau:

- Thành phần xoay chiều có biên độ giảm dần trong suốt quá trình ngắn mạch

- Thành phần không chu kỳ, bắt đầu với giá trị ban đầu là A và sau đó giảm về 0

Hình 2.2 biểu thị tiến trình tổng thể của dòng ngắn mạch trong một trường hợp ngắn mạch gần máy phát Các thành phần xoay chiều đối xứng và không còn bằng nhau về biên độ nữa

Loại ngắn mạch dẫn đến dòng ngắn mạch cao nhất phụ thuộc vào các giá trị tổng trở thứ tự thuận, nghịch và không

Trang 40

3.1.2 Dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu 3.1.2.1 Ngắn mạch ba pha

Dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu được tính bằng cách sử dụng nguồn điện áp tương đương √ tại điểm ngắn mạch và tổng trở ngắn mạch tương đương

( )

√

√ √

Nguồn điện áp tương đương √ được sử dụng tại vị trí ngắn mạch với hệ số c trong bảng 2

Hình 3 1 Ngắn mạch cấp từ nguồn hệ thống nối với một máy biến áp

Hình 3 2 Ngắn mạch cấp từ một máy phát (không có máy biến áp)

Hình 3 3 Ngắn mạch cấp điện từ một trạm đơn vị (bao gồm một máy phát và một máy biến áp) Tinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAPTinh toan phan tich ngan mach trong he thong dien su dung phan mem ETAP

1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM1142410068:56:10 PM8:56:10 PM