Chương 7 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH và lựa CHỌN THIẾT bị điện

CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG 7.2 TÍNH TỐN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 7.3 NHỮNG LỰA CHỌN CHUNG ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7.4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT 7.5 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA DAO CÁCH LY, CẦU CHÌ CAO ÁP 7.6 LỰA CHỌN CẦU DAO, CẦU CHÌ HẠ ÁP 7.7 LỰA CHỌN KIỂM TRA APTOMAT 7.8 LỰA CHỌN KIỂM TRA SỨ CÁCH ĐIỆN 7.9 LỰA CHỌN KIỂM TRA THANH DẪN 7.10 LỰA CHỌN KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG 7.11 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CÓ ĐIỆN ÁP ĐẾN 1000V §7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Ngắn mạch tình trạng cố nghiêm trọng thường xảy hệ thống cung cấp điện Vì vậy, phần tử hệ thống điện phải tính tốn lựa chọn cho làm việc tốt trạng thái bình thường mà chịu đựng trạng thái cố giới hạn qui định cho phép Để lựa chọn tốt phần tử hệ thống cung cấp điện, phải dự đoán tình trạng ngắn mạch, xảy tính tốn số liệu tình trạng ngắn mạch như: dòng điện ngắn mạch cơng suất ngắn mạch Các số liệu quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le, định phương thức vận hành hệ thống cung cấp điện… Vì vậy, tính tốn ngắn mạch phần khơng thể thiếu thiết kế hệ thống cung cấp điện 2 §7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Chúng ta phải tính trị số dòng ngắn mạch để nhằm hai mục đích: - Lựa chọn thiết bị có khả cắt dòng ngắn mạch (máy cắt, cầu chì, aptomat) - Kiểm tra thiết bị điện khả không bị hư hỏng lực điện động không bị phá hủy nhiệt khoảng thời gian kể từ thời điểm xảy ngắn mạch đến thời điểm cắt dòng ngắn mạch Ngắn mạch tượng pha chập nhau: - Ngắn mạch trực tiếp: Phần dẫn điện dây dẫn chạm chập trực tiếp với (ngắn mạch có thuộc tính kim loại) - Ngắn mạch gián tiếp: Ngắn mạch thông qua tổng trở trung gian (hồ quang điện) cách điện bị đứt giãn chứa nước ẩm qua vật thể hữu cơ: cành cây, chim, chuột…) 3 §7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Phân loại dòng ngắn mạch - Ngắn mạch ba pha, tức ba pha chập nhau, ký hiệu N (3) - Ngắn mạch hai pha, tức hai pha chập nhau, ký hiệu N (2) - Ngắn mạch pha, tức pha chạm đất chập dây trung tính, ký hiệu N (1) - Ngắn mạch hai pha nối đất, tức hai pha chập đồng thời chập đất, ký hiệu N (1,1) Xác suất xảy lớn ngắn mạch pha (65%), ngắn mạch pha (5%) Ngắn mạch pha xảy lại quan tâm nhiều nhất, ngắn mạch pha thường nặng nề nhất, ảnh hưởng nhiều đến chế độ hệ thống Do ngắn mạch pha loại ngắn mạch đơn giản (có tính đối xứng), dạng ngắn mạch sở Tính tốn dạng ngắn mạch khác dựa sở đưa cách tính ngắn mạch pha 4 §7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Phân loại dòng ngắn mạch Dòng ngắn mạch bao gồm thành phần: thành phần chu kỳ thành phần không chu kỳ (tắt dần) Thành phần ick giống ba pha, thành phần tắt dần i td lại khác pha biến đổi theo thời điểm bắt đầu dòng ngắn mạch Thơng thường thành phần chu kỳ xác định theo trị số lớn i0 = ick0+ikck0 (i0 thời điểm 0) Trường hợp i0=0 tức thời điểm xảy ngắn mạch lúc i=0 5 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Phân loại dòng ngắn mạch Nội dung tính tốn ngắn mạch nhằm xác định đại lượng: I” Dòng ngắn mạch siêu q độ ixk Dòng điện xung kích I0,2 Trị số hiệu dụng thành phần chu kỳ I∞ Trị số hiệu dụng thành phần sau 0,2 giây chu kỳ lúc ổn định (lúc t=∞) tN Thời gian xảy ngắn mạch tN = tbv+tMC tqđ Thời gian qui đổi; tqđ = tqđck + tqđkck S0,2 Công suất ngắn mạch thời điểm tqđkck Thời gian qui đổi thành phần t=0,2 giây không chu kỳ Xác định tqđck + Khi tN < giây xác định theo đường cong tqđck=f(β”) Trong β”=I”/I∞ + Khi tN > giây tqđck= tqđkck+(tN-5) Xác định tqđkck + Khi tN ≥ 1,5.T, ta có tqđkck≈0,005.( β”) 2 -2t/T + Khi tN < 1,5.T, ta có tqđkck≈T.(õ”) (1-e ) Trong : T số thời gian, T=X/314.R 6 §7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Nguyên nhân hậu ngắn mạch Nguyên nhân Chủ yếu cách điện bị hư hỏng, ngồi số ngun nhân khác như: + Sét đánh trực tiếp; + Quá điện áp nội bộ; + Cách điện bị già cỗi (do thời gian sử dụng lớn); + Trông nom, bảo dưỡng thiết bị không chu đáo; + Các nguyên nhân học trực tiếp đào đất chạm phải dây cáp, thả diều, chim đậu, đổ…hoặc thao tác sai nhân viên vận hành 7 §7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Nguyên nhân hậu ngắn mạch Hậu + Làm I tăng, gây phát nóng cục nơi có I qua + Gây hiệu ứng giới dây dẫn, i xk làm hỏng khí cụ điện, vỡ sứ; + Khi có ngắn mạch U giảm xuống thấp, động ngừng quay, ngừng trệ hỏng sản phẩm, cháy động cơ, khơng khởi động được; + Có thể phá hoại ổn định hệ thống; + Ngắn mạch hai pha pha chạm đất gây dòng thứ tự khơng làm nhiễu loạn đường dây thơng tin tín hiệu đường sắt gần; + Cung cấp điện bị gián đoạn 8 §7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Nguyên nhân hậu ngắn mạch Biện pháp hạn chế: + Dùng sơ đồ nối dây hợp lý, đơn giản, rõ ràng, gây nhầm lẫn Khi có cố có phần tử bị cố bị cắt, phần tử khác phải làm việc bình thường; + Các thiết bị phận có dòng ngắn mạch qua phải chọn cho có khả chịu tác dụng nhiệt dòng ngắn mạch; + Dùng biện pháp hạn chế dòng ngắn mạch (dùng kháng điện); + Dùng thiết bị tự động biện pháp bảo vệ ngắn mạch điện áp 9 §7.1 KHÁI NIỆM CHUNG Ý nghĩa tính tốn ngắn mạch yêu cầu +Thành lập lựa chọn phương án xây dựng sơ đồ cung cấp điện hợp lý nhất; + Xác định điều kiện làm việc hộ tiêu thụ chế độ cố; + Chọn biện pháp hạn chế dòng ngắn mạch; + 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 hóa; + Thiết kế nối đất bảo vệ; 10 10 CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG 7.2 TÍNH TỐN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 7.3 NHỮNG LỰA CHỌN CHUNG ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7.4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT 7.5 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA DAO CÁCH LY, CẦU CHÌ CAO ÁP 7.6 LỰA CHỌN CẦU DAO, CẦU CHÌ HẠ ÁP 7.7 LỰA CHỌN KIỂM TRA APTOMAT 7.8 LỰA CHỌN KIỂM TRA SỨ CÁCH ĐIỆN 7.9 LỰA CHỌN KIỂM TRA THANH DẪN 7.10 LỰA CHỌN KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG 7.11 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CÓ ĐIỆN ÁP ĐẾN 1000V 49 §7.8 LỰA CHỌN KIỂM TRA SỨ CÁCH ĐIỆN Sứ có tác dụng vừa làm giá đỡ phận mang điện, vừa làm vật cách điện phận với đất Hình 7.8 Sứ cách điện * Sứ thường chia làm hai loại chính:Sứ đỡ sứ xun Theo hồn cảnh làm việc phân sứ dùng nhà sứ dùng trời * Tùy theo chất lượng vật liệu làm sứ, loại sứ chịu đựng lực phá hỏng khác Lực cho phép Fcp tác dụng lên sứ qui định sau: Fcp = 0,6 Fph (7.17) Trong 0,6 hệ số xét tới độ dự trữ 50 50 §7.8 LỰA CHỌN KIỂM TRA SỨ CÁCH ĐIỆN Bảng 7.6 Các điều kiện chọn kiểm tra sứ STT Đại lượng chọn kiểm tra Ký hiệu Công thức Điện áp định mức Uđm sứ Uđm sứ ≥ Uđm mạng Dòng điện định mức sứ xuyên sứ đầu ra, kA Iđm sứ Iđm sứ ≥ Ilvmax Lực cho phép tác động lên đầu sứ Fcp Fcp≥F’tt=k.Ftt Dòng điện ổn định nhiệt cho phép sứ xuyên đầu Iôđn Iôđn ≥ I∞ Ftt lực tác dụng đặt trọng tâm tiết diện dẫn xác định sau: (7.18) Trong đó: l Ftt = 1, 76.10 i , kG a −2 xk + ixk dòng điện xung kích, kA; + l khoảng cách hai sứ liên tiếp pha, cm; + a khoảng cách hai pha, cm 51 51 §7.9 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THANH DẪN Người ta thường sử dụng dẫn đồng, nhôm, thép thiết bị phân phối điện Thanh góp lưới cung cấp điện chọn theo phát nóng kiểm tra theo điều kiện ổn định động, ổn định nhiệt dòng ngắn mạch Bảng 7.7 Các điều kiện chọn kiểm tra dẫn STT Trong đó: Các đại lượng chọn kiểm tra Điều kiện Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép (A) K1.K2.Icp≥Ilvmax 2 Khả ổn định động (kG/m ) σ cp ≥ σ tt + k1 =0,953 hệ sốKhả hiệunăng chỉnhổn theo nhiệt độ môi (tra sổ tay) định nhiệt (mmtrường ) F ≥ α I∞ t qd + σcp ứng suất cho phép vật liệu làm dẫn + σtt ứng suất tính tốn xuất dẫn tác động lực điện động dòng ngắn mạch 52 52 §7.9 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THANH DẪN Trình tự tính tốn σtt sau: + Xác định lực tính tốn Ftt tác dụng dòng điện ngắn mạch gây ra: l Ftt = 1, 76.10 ixk ,[kG ] a −2 Trong (7.19) ixk dòng điện xung kích ngắn mạch pha, kA; l khoảng cách sứ pha, cm; a khoảng pha, cm + Xác định mô men uốn M: - Khi có hai nhịp: - Khi có từ ba nhịp trở lên: Ftt l M= ,[kGcm] (7.20) M Ftt l = ,[ kGcm] 10 53 53 §7.9 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THANH DẪN Trình tự tính tốn σtt sau: + Xác định ứng suất tính tốn vật liệu dẫn: M σ tt = ,[kG / cm ] (7.21) W Trong đó: W mơ men chống uốn dẫn, cm Trong trường hợp cụ thể tính bảng (sgk) Ví dụ với góp đặt ngang theo hàng dọc, khoảng cách a, chiều dầy b, mô men chống uốn: M=b.h /6 Nếu điều kiện (7.19) khơng thỏa mãn, ta phải giảm ứng suất tính tốn biện pháp sau: - Tăng nhanh khoảng cách a pha; - Giảm khoảng cách l sứ; - Nếu bố trí thẳng đứng ta bố trí lại thành nằm ngang 54 54 §7.10 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG Lựa chọn kiểm tra máy biến dòng BI * Nhiệm vụ: biến đổi dòng điện từ trị số lớn xuống trị số nhỏ để cung cấp cho dụng cụ đo lường * Đặc điểm: Về nguyên lý, máy biến dòng điện giống máy biến áp điện lực, có đặc điểm: - Cuộn dây sơ cấp BI mắc nối tiếp với mạng điện có số vòng dây nhỏ (đối với dòng điện sơ cấp ≤600A sơ cấp có vòng dây, cuộn thứ cấp có nhiều vòng dây); - Phụ tải thứ cấp BI nhỏ, xem máy biến dòng ln ln làm việc tình trạng ngắn mạch Để đảm bảo an tồn cho người vận hành, cuộn thứ cấp máy biến dòng phải nối đất Phân loại: Máy biến dòng có nhiều loại, thích hợp với nhiều vị trí sử dụng khác nhau: +Theo số vòng cuộn sơ cấp: vòng loại nhiều vòng; +Theo cách lắp đặt: loại xuyên tường loại đặt giá đỡ 55 55 §7.10 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG Lựa chọn kiểm tra máy biến dòng BI * Điều kiện lựa chọn: Máy biến dòng chọn theo điện áp, dòng điện phụ tải phía thứ cấp, cấp xác, kiểu loại Máy biến dòng kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động ổn định nhiệt có dòng ngắn mạch chạy qua Cụ thể: - Theo điện áp định mức: UđmBI ≥ Uđmmạng - Theo dòng điện sơ cấp định mức: I1đmBI ≥ Ilvmax - Theo phụ tải định mức phía thứ cấp: S2đmBI ≥ S2tt Với S2đMbi = I đMbi Z2đm (7.23) Z2đm=∑rđc+rdd+rtx - Tiết diện bé dây dẫn: (7.22) F (7.24) ltt = ρ rdd 56 56 §7.10 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG Lựa chọn kiểm tra máy biến dòng BI * Điều kiện lựa chọn: - Kiểm tra ổn định động: Lực điện động máy biến dòng đặc trưng Hệ số ổn định lực điện động trong: k đ ixk kđ ≥ (7.25) I1dmBI Hệ số nhà chế tạo qui định Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ máy biến áp dòng nhà chế tạo cho Lực phải kiểm tra thỏa mãn lực tác dụng lên đầu sứ máy biến dòng có ngắn mạch, tức là: (7.26) Trong đó: l + a khoảng cách F pha,≥cm; Ftt = 0,88.10 i ,[ kG ] cp a + l khoảng cách từ máy biến dòng đến sứ đỡ gần nhất, cm −2 xk 57 57 §7.10 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG Lựa chọn kiểm tra máy biến dòng BI * Điều kiện lựa chọn: - Kiểm tra ổn định nhiệt: Ổn định nhiệt máy biến dòng điện đặc trưng Hử số ổn định nhiệt k ôđn kiểm tra sau: kôđn = I∞ I1dmBI t gt (7.27) t odn 58 58 §7.10 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG Lựa chọn kiểm tra máy biến dòng BI Bảng 7.8 Các điều kiện chọn kiểm tra máy biến dòng STT Đại lượng chọn kiểm tra Ký hiệu Cơng thức tính tốn Điện áp định mức, Kv Uđmbi Uđmbi≥Uđmmạng Dòng điện sơ cấp định mức, A I1đmbi I1đmbi≥Ilvmax Phụ tải định mức cuộn thứ cấp, VA S2đm S2đmbi≥S2tt Hệ số ổn định lực điện động kđ Lực tác dụng cho phép lên đầu sứ, Kg Fcp Hệ số ổn định nhiệt kôđn kđ ≥ i xk 2I1dmBI Fcp ≥ 0,88.10−2.ixk2 kôđn ≥ I∞ t qd I1dmBI t odn 59 59 l a §7.10 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG Lựa chọn kiểm tra máy biến điện áp BU * Nhiệm vụ: biến đổi điện áp từ trị số cao xuống trị số thấp phục vụ cho đo lường, bảo vệ rơ le tự động hóa * Đặc điểm: Nguyên lý làm việc máy biến điện áp tương tự máy biến áp điện lực thông thường, khác cơng suất nhỏ hàng chục đến hàng trăm VA Đồng thời tổng trở mạch thứ cấp máy biến điện áp lớn, xem máy biến điện áp thường xuyên làm việc không tải * Phân loại: Máy biến điện áp thường chế tạo thành loại pha, ba pha ba pha năm trụ, cấp điện áp 6, 10, 35, 110, 220 kV…, có loại có dầu loại khơ 60 60 §7.10 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG Lựa chọn kiểm tra máy biến điện áp BU * Điều kiện lựa chọn: Máy biến áp đo lường chọn theo điện áp (sơ cấp), cấp xác, phụ tải thứ cấp kiểu loại Tùy theo nhiệm vụ thiết kế mà chọn sơ đồ nối dây cho thích hợp Phụ tải thứ cấp máy biến điện áp tính sau: (7.28) S2tt = Trong đó: ∑P dc (∑ Pdc2 ) + (∑ Q dc ) : tổng công suất tác dụng dụng cụ đo nối vào thứ cấp; : tổng công suất =∑ S dc cos φdc phản kháng dụng cụ nối vào mạch thứ cấp Điều kiện để kiểm tra là: ∑Q dc = ∑ S dc sin φdc S2tt ≤ S2đm (7.29) Với S2đm công suất định mức máy biến áp điện áp 61 61 §7.10 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG Lựa chọn kiểm tra máy biến điện áp BU * Điều kiện lựa chọn: Tiết diện dây dẫn từ máy biến điện áp đến dụng cụ phải chọn cho tổn thất điện áp mạch không lớn 0,5% điện áp định mức Theo điều kiện độ bền học tiết diện khơng bé 1,5 mm dây đồng 2,5 mm dây nhôm Bảng 7.9 Các điều kiện chọn kiểm tra máy biến áp đo lường Đại lượng chọn Ký hiệu Công thức chọn Điện áp định mức (sơ cấp) U1đm U1đm≥Uđmmạng Phụ tải pha, VA S2đmfa S2đmfa≥S2ttpha Sai số cho phép [N%] N%≤[N%] 62 62 §7.11 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CĨ ĐIỆN ÁP ĐẾN 1000V Các thiết bị điện dùng mạng điện áp thấp ( 1000 kVA cần có biện pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch đặt thêm điện kháng… 63 63 63 ... CHƯƠNG TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7. 1 KHÁI NIỆM CHUNG 7. 2 TÍNH TỐN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 7. 3 NHỮNG LỰA CHỌN CHUNG ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7. 4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM... CHUNG 7. 2 TÍNH TỐN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 7. 3 NHỮNG LỰA CHỌN CHUNG ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 7. 4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT 7. 5 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA DAO CÁCH LY, CẦU CHÌ CAO ÁP 7. 6... 7. 6 LỰA CHỌN CẦU DAO, CẦU CHÌ HẠ ÁP 7. 7 LỰA CHỌN KIỂM TRA APTOMAT 7. 8 LỰA CHỌN KIỂM TRA SỨ CÁCH ĐIỆN 7. 9 LỰA CHỌN KIỂM TRA THANH DẪN 7. 10 LỰA CHỌN KIỂM TRA THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG 7. 11 CÁC THIẾT