Cung Cấp điện - Tính toán ngắn mạch trong mạch điện xí nghiệp pps

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 1 Chương I TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP I. KHÁI QUÁT CHUNG 1. Ngắn mạch là gì ? - Ngắn mạch là hiện tượng mạch điện bị khép kín qua một điện trở(tổng trở) rất nhỏ có thể bằng không. - Là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường. - Ngắn mạch có thể xảy ra giữa ba pha, hai pha , và một pha chạm đất. Ngoài ra còn có ngắn mạch hai pha chạm đất , ba pha chạm đất nhưng trong thực tế ít xảy ra. - Khi xảy ra ngắn mạch thì dòng điện tại điểm ngắn mạch tăng lên rất lớn , điện áp giảm mạnh. - Hậu quả : + Hỏng ,già các thiết bị điện. + Sinh lực điện động làm cho các thanh cái bị đẩy văng ảnh hưởng đến hệ thống điện + Điện áp giảm và mất đối xứng: làm ảnh hưởng đến phụ tải, điện áp giảm 30 đến 40% trong vòng một giây làm động cơ điện có thể ngừng quay, sản xuất đình trệ, có thể làm hỏng sản phẩm. + Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dòng thứ tự không sinh ra khi ngắn mạch chạm đất. + Gây mất ổn định: khi không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống có thể mất ổn định và tan rã, đây là hậu quả trầm trọng nhất. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 2 2. Các dạng ngắn mạch + Trong các loại ngắn mạch thì : - Ngắn mạch 1 pha : 65% - Ngắn mạch hai pha : 10% - Ngắn mạch hai pha chạm đất : 20% - Ngắn mạch ba pha : 5% 3. Nguyên nhân và hậu quả * Nguyên nhân - Do hư hỏng các thiết bị cách điện - Do quá điện áp - Do xà sứ bị gãy - Do cành cây , chim , chuột… * Hậu quả - Gây ra lực điện động làm hư hỏng các thanh cái trong hệ thống điện… - Gây hậu quả hư hỏng cách điện. - Điện áp sụt mạnh dẫn đến trạng thái làm việc bình thường bị phá vỡ… - Gây cháy nổ , ảnh hưởng đến sinh hoạt con người… E A E A E A phụ tải N (3) N (1) N (2) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 3 4. Mục đích , ý nghĩa của việcj tính toán ngắn mạch - Lựa chọn các thiết bị bảo vệ một cách phù hợp - Lựa chọn các thông số rơle nhằm đóng cắt tự động các thông số mạch điện. - Chọn sơ đồ thích hợp để giảm ngắn mạch. - Lựa chọn các thiết bị phù hợp để giảm ngắn mạch. II. QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ KHI NGẮN MẠCH BA PHA VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG NGẮN MẠCH 1. Khái quát về quá trình quá độ. - Quá trình quá độ là quá trình chuyển từ chế độ xác lậpp này sang chế độ xác lập khác. - Xét mạng điện như sau : + Giả thiết : tải đối xứng , nguồn : vô cùng * Trước khi ngắn mạch : - Điện áp : + )(sin   tUU mA + )120(sin o mB tUU   + )240(sin o mC tUU   U A U B U C tải ÐX R L R' L' M M M M M’ M’ M’ M’ Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 4 - Dòng điện : + )(sin   tIi mA + )120(sin   o mB tIi + )240(sin   o mC tIi * Do mạch điện đối xứng nên áp dụng cho một pha : * Phương trình KF cho mạch vòng phía không nguồn : dt di M dt di M dt di LRi CBA AA ''''0  )(')'('0 dt di dt di dt di M dt di MLRi CBAA A  + Vì mạch đối xứng nên : 0 dt di dt di dt di CBA + Vậy : 0)'('  dt di MLRi A A Hay : T t A t ML R AA eieii     0 '' ' )0( (*) + Trong đó : ' '' ' R ML T   là hằng số thời gian tắt dần của mạch vòng ngắn mạch phía không nguồn. + Từ công thức (*) ta thấy : dòng điện trong mạng điện chỉ phụ thuộc vào thành phần tự do mà không phụ thuộc vào thành phần của nguồn…thàng phần tự do sẽ tắt dần. Kết luận : Khi xảy ra hiện tương ngắn mạch trong mạng điện vì một lý do nào đó thì hệ thống điện kể từ điểm ngắn mạch về sau thì không ảnh hưởng gì. U A R L R' L' M M M’ M’ Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 5 * Tính toán phía có nguồn )(sin  tU m dt di M dt di M dt di LRi CBA A  dt di MLRi A A )(  )(sin   tU m dt di MLRi A A )(  T t N N m A eCt Z U i   .)(sin  + Trong đó : R ML T   là hằng số thời gian tắt dần 222 )(  MLRZ N  là tổng trở ngắn mạch phía có nguồn +Hay tdckA iii  - Trong đó : i ck Dòng điện ngắn mạch chu kỳ I td : Dòng điện ngắn mạch tắt dần N m N Z U I  là biên đọ dòng ngắn mạch chu kỳ Vậy dòng ngắn mạch là : T t NmA eCtIi   .)(sin  + Xét thời điểm trước quá độ : )sin( )0(    mA Ii + Thời điểm sau quá độ : CIi NmA   )sin( )0(  + Mà : )0()0(   AA ii )sin()sin( Nmm IIC   + Vậy dòng ngắn mạch tổng trước điểm ngắn mạch là : )(sin NmA tIi   T t Nmm eII   ))sin()sin((  + tại thời điểm không : 0)sin( )0(   mA Ii )(sin NmA tIi   T t Nm eI   ))sin((  Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 6 * Để tìm giá trị cực đại của dòng ngắn mạch ta tính đạo hàm của dòng điện theo t và α. + Ta có : + ))cos()(cos(0 N T t NN A etI i       (1) + ))sin( 1 )cos((0 N T t NN A e T tI t i      (2) + Nhân (1) với ω và lấy (1) – (2) ta được : )()( )( )cos( )sin( 0)sin( 1 )cos(. NN N N N N T t N T t tgtg R X tgT e T e              - Suy ra : dòng điện ngắn mạch đạt cực đại khi : α = 0 + Kết luận : Dòng điện ngắn mạch khi đi qua thời điểm không(gốc toạ độ) thì đạt cực đại.(α = 0) * Giá trị dòng điện xung kích + Từ đồ thị ta thấy : I N đạt cực đại sau 1/c chu kỳ , giá trị đó gọi là dòng xung kích Nmxk T Nm T NmNmxk IkeIeIIi .)1( 01,001,0   i(t) i ck i xk I I N td 1/T t I N I N 0 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 7 - Trong đó : R ML T   ; 1 < k xk < 2 Chú ý : + k xk = 1,9 Nếu ngắn mạch trên thanh cái và lấy điện trực tiếp từ máy phát + k xk = 1,8 Nếu ngắn mạch trong mạng cao áp (1000V) + k xk = 1,3 Nếu ngắn mạch thứ cấp máy biến áp(giảm công suất đến 1000kVA) * Giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch     2 2 1 )( T t T t NN dti T tI * Dòng điện ngắn mạch toàn phần 22 )( NtdNckN IItI  + Trong đó : I Nck : Dòng điện hiệu dụng chu kỳ I Ntd : Dòng điện hiệu dụng tắt dần(tự do) * Đối với mạng điện có công suất vô cùng lớn : 2 (max) )( N ckN I I  ( Có thể xem như đó là thành phần chu kỳ) xkNN IIII  22 )01,0( '' Là dòng ngắn mạch trong chu kỳ đầu tiên + I’’ là dòng quá độ(trị hiệu dụng của thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch) III. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 1. Các giả thiết + Trong quá trình ngắn mạch xem như suất điện động của các máy phát không đổi. + Phụ tải dự tính gần đúng và được thay thể bằng các tổng trở cố định tập trung tại một điểm. Đối với động cơ cỡ lớn khi ngắn mạch thì xem như máy phát. + Mạch từ không bão hoà(điện cảm không đổi) + Bỏ qua quá trình quá độ điện từ trong máy biến áp Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 8 + Bỏ qua điện trở nếu tổng trở nhỏ hơn 1/3 điện kháng + Bỏ qua điện dung đường dây + Bỏ qua dòng từ hoá của máy biến áp + Bỏ qua điện trở quá độ ở vị trí sự cố * Ý nghĩa : 1. Mạch từ không bão hòa: giả thiết này sẽ làm cho phương pháp phân tích và tính toán ngắn mạch đơn giản rất nhiều, vì mạch điện trở thành tuyến tính và có thể dùng nguyên lý xếp chồng để phân tích quá trình. 2. Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp: ngoại trừ trường hợp máy biến áp 3 pha 3 trụ nối Yo/Yo. 3. Hệ thống điện 3 pha là đối xứng: sự mất đối xứng chỉ xảy ra đối với từng phần tử riêng biệt khi nó bị hư hỏng hoặc do cố ý có dự tính. 4. Bỏ qua dung dẫn của đường dây: giả thiết này không gây sai số lớn, ngoại trừ trường hợp tính toán đường dây cao áp tải điện đi cực xa thì mới xét đến dung dẫn của đường dây. 5. Bỏ qua điện trở tác dụng: nghĩa là sơ đồ tính toán có tính chất thuần kháng. Giả thiết này dùng được khi ngắn mạch xảy ra ở các bộ phận điện áp cao, ngoại trừ khi bắt buộc phải xét đến điện trở của hồ quang điện tại chỗ ngắn mạch hoặc khi tính toán ngắn mạch trên đường dây cáp dài hay đường dây trên không tiết diện bé. Ngoài ra lúc tính hằng số thời gian tắt dần của dòng điện không chu kỳ cũng cần phải tính đến điện trở tác dụng. 6. Xét đến phụ tải một cách gần đúng: tùy thuộc giai đoạn cần xét trong quá trình quá độ có thể xem gần đúng tất cả phụ tải như là một tổng trở không đổi tập trung tại một nút chung. 7. Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất: nghĩa là góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát điện giữ nguyên không đổi trong quá trình ngắn mạch. Nếu góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát điện tăng lên thì dòng trong nhánh sự cố giảm xuống, sử dụng giả thiết này sẽ làm cho việc tính toán đơn giản hơn và trị số dòng điện tại chỗ ngắn mạch là lớn nhất. Giả thiết này không gây sai số lớn, nhất là khi tính toán trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ (0,1 ÷ 0,2s). Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 9 2. Khái quát chung về hệ đơn vị tương đối (đơn vị không tên) trong tính toán VD : Các đơn vị có tên : U dm (kV) , I dm (kA) , S dm (MVA) , Z(Ω) + Các công thức cơ bản : )(.3 MVAUIS dmdmdm  dm dm I U Z 3  + Nếu thực tế ta đo được các công suất là : U(kV) , I(kA) , S(MVA) , Z(Ω) Thì đơn vị tương đối (đơn vị không tên) là: dm dm U U U  * ; dm dm S S S  * ; dm dm I I I  * ; dm dm Z Z Z  * )(.3 MVAUIS  ; I U Z 3  ; )(.3 kVZIU  + Trong tính toán có hai đơn vị cơ bản là : S và U * Công suất cơ bản thường lấy : S cb = 1,10,100,1000…MVA * Điện áp cơ bản thường lấy : U dm 500 220 110 35 22 10 6 0,38 U tbcb 500 220 115 37 22 10,5 6,3 0,4 + Các đại lượng khác : cb cb cb U S I 3  ; cb cb cb S U Z 2  ; cb cb I I I  * ; cb cb U U U  * ; cb cb S S S  * cb cb Z Z Z  * Chú ý : + )(. *** MVAUIS cbcbcb  khi U = U cb thì S *cb = I *cb + Nếu chọ đại lượng cơ bản khác dại lượng định mức thì phải quy đổi nhưng tham số tương đối định mức về giá tị tương đối cơ bản . cụ thể như sau : Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 10 2 2 *** . 3 . 3 cb dm dm cb dm cb cb dm dm dmcb U U S S Z U I I U ZZ  Với : U dm = U cb thì : . ** dm cb dmcb S S ZZ  3. Thành lập sơ đồ thay thế - Sơ đồ thay thế như sau : + Do đường dây cao thế nên bỏ qua điện trở đưòng dây.(R = 0) + 4 3 2 1 42141 U U U U UkkUU cbcbcb  + 4 34 23 1 41 . tbdm tbdm tbdm tbdm tbdmcb U U U U UU  * Điện kháng của máy phát 2'' ** ).( cb dm dm cb dcb U U S S XX  ; U dm = U tbdm = U cb + Trong đó : X *d ’’ là điện kháng siêu quá độ dọc trục U tbdm1 BA 1 U tbdm23 BA 2 U tbdm4 U 1 U 2 U 3 U 4 U tbdm12 X F X BA1 X dd X BA2 U tbdm4 E Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) [...]... NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÔNG ĐỐI XỨNG 1 Khái quát chung + Trong hệ thống điện gồm các loại ngắn mạch : - Ngắn mạch ba pha - Ngắn mạch hai pha - Ngắn mạch một pha chạm đất - Ngắn mạch hai pha chạm đất - Ngắn mạch ba pha chạm đất + Trong các loại trên thì : ngắn mạch ba pha là ngắn mạch đối xứng, còn các loại ngắn mạch còn lại thì không đối xứng 2 Áp dụng phương pháp tính toán các thàn phần đối... giảng Cung Cấp Điện * Dòng điện tổng tại điểm ngắn mạch IN  E*' U cb 3x I cb ; Áp dụng ta được :  + Dòng điện từ hệ thống và máy phát 1,2 : I N (0)1  + Dòng điện từ máy phát 3 : I N (0) 2  E*' U cb 3x   E*' U cb 3x 1,1.10,5 3.0,171   10,5 3.0,139  43,613kA  38,996kA + Vậy dòng điện ngắn mạch tổng là : I N ( 0)  I N ( 0)1  I N ( 0) 2  43,613  38,996  82,609 kA IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG. .. khi ngắn mạch hai pha thì điện áp trên pha còn lại bằng tổng điện áp hai pha bị ngắn mạch, Dòng điện trên pha không bị ngắn mạch bằng không , dòng điện trên hai pha bị ngắn mạch rất lớn và ngược chiều nhau GVGD: Lương Thanh Bình Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Trang : 35 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện * Khi ngắn. ..    Bài giảng Cung Cấp Điện x dd2 x T0 I NM2 x dd0 I NM0 Uk2 Uk0 + Trong thực tế thương thì : x1 = x2 ; x1Σ = x2Σ 5 Dòng điện và điện áp tại các vị trí ngắn mạch không đối xứng C A B B A UNC INC UNB C UNA UNA INA INA INB UNC UNB INB INC * Khi ngắn mạch hai pha (B,C) ( 2) + I NM ( A)  0 (2) (2) (2) ( 2) I NM ( B )   I NM (C ) ; U NM ( B )  U NM ( C ) ; ( 2) ( 2) + Do ngắn mạch không chạm đất...   Bài giảng Cung Cấp Điện + A = A1 + A2 + A0 + B = a2A1 + a.A2 + A0 + C = a.A1 + a2A2 + A0 - Giải hệ phương trình trên ta được : 1  2  A1  3 ( A  aB  a C )  1  2  A2  ( A  a B  aC ) 3  1   A0  3 ( A  B  C )  + Chú ý : A0 + B0 + C0 = 3A0 (Chú ý: A,B,C dặc trưng cho các đại lượng trong mạch điện U,I) * Thành lập sơ đồ thay thế mạng điện không đối xứng : + Gọi các điện kháng các thành... (http://www.novapdf.com) Trang : 32 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện 3 Điện trở các thành phần thứ tự thuận , thứ tự nghịch , tứ tự không * Thứ tự thuận : x1 ; Z1 ; r1  x 2  x1 * Thứ tự nghịch : Z 2  Z1  r  r 2 1 * Thứ tự không phụ thuộc vào : - Máy điện quay : x0 = (0,1 5-0 ,16)xd’’ - Cuộn kháng : x0 = x1 - Đường dây : x0 = 3,5x1 nếu đường dây có một lỗ đơn và không có dây chống... cầu : Tính các thành phần ngắn mạch tại các vị trí N1,N2,N3 HT 115kV l2 32km BA4 l1 BA5 50km l3 115kV BA1 BA2 23km N1 BA3 N2 F1 F2 N3 10,5kV F3 GVGD: Lương Thanh Bình Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Trang : 12 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện GIẢI * Xét tại điểm N1 + Ta lấy Scb = 1000MVA , Ucb = 115kV * Tính trong. .. 3  E*' U cb E*' U cb 3x Bài giảng Cung Cấp Điện 3x     1,1.115 3.30,23 1,1.115 3.31,62  2,42kA  2,31kA + Vậy dòng điện ngắn mạch tổng là : I N (0)  I N (0 )1  I N (0) 2  I N ( 0)3  9,675  2, 42  2,31  14,405kA * Xét tại điểm N2 + Điện kháng trên máy phát : x1  x2  X *''d x3  X *''d S cb 100  0,146  1,95 S dm 75 S cb 1000  0,183  1,55 S dm 118 + điện kháng trên máy biến áp : x 5... 0)3  3x  E*' U cb 3x    Bài giảng Cung Cấp Điện 1,1.10,5 3.0,714 1,1.10,5 3.0,215  9,339kA  27,44kA + Vậy dòng điện ngắn mạch tổng là : I N (0)  I N (0 )1  I N (0) 2  I N ( 0)3  2,352  9,339  31,016  42,707kA * Xét tại điểm N3 + Điện kháng trên máy phát : x1  x2  X *''d x3  X *''d S cb 1000  0,146  1,95 S dm 75 S cb 1000  0,183  1,55 S dm 118 + điện kháng trên máy biến áp : x 5 ... Kỹ Thuật Vinh    Bài giảng Cung Cấp Điện * Tính trong đơn vị có tên * Điện kháng máy phát : '' + x1  x2  X *d '' + x3  X *d 2 U cb 10,5 2  0,146  0,215 S dm 75 2 U cb 10,5 2  0,183  0,171 S dm 118 * Điện kháng trên máy biến áp : 2 U N % U cb 10,5 10,5 2   0,289 + x 5  x6  100 S dm 100 40 + x7  2 U N % U cb 10,5 10,5 2   0,093 100 S dm 100 125 * Điện kháng trên đường dây : + x8 . giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 1 Chương I TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP I. KHÁI QUÁT CHUNG 1. Ngắn mạch là gì ? - Ngắn mạch là hiện tượng mạch điện. Bài giảng Cung Cấp Điện GVGD: Lương Thanh Bình Trang : 2 2. Các dạng ngắn mạch + Trong các loại ngắn mạch thì : - Ngắn mạch 1 pha : 65% - Ngắn mạch hai pha : 10% - Ngắn mạch hai. số mạch điện. - Chọn sơ đồ thích hợp để giảm ngắn mạch. - Lựa chọn các thiết bị phù hợp để giảm ngắn mạch. II. QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ KHI NGẮN MẠCH BA PHA VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG NGẮN MẠCH