Cung cấp điện Lê Minh Phương Chương 5 Tính toán bảo vệ lưới hạ thế

1. Đặc thù của lưới điện hạ thế 2. Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát nóng và bảo vệ 3. Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện độ bền nhiệt của dòng điện ngắn mạch 4. Tính toán tổn hao điện áp 5. Tính toán dòng điện ngắn mạch trong lưới hạ thế 6. Bảo vệ lưới điện hạ thế 7. Vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ

5/13/2014 Electrical Delivery CHƯƠNG IV TÍNH TỐN BẢO VỆ LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 5/13/2014 Electrical Delivery Đặc thù lưới điện hạ Tính tốn lưới điện hạ theo điều kiện phát nóng bảo vệ Tính tốn lưới điện hạ theo điều kiện độ bền nhiệt dòng điện ngắn mạch Tính tốn tổn hao điện áp Tính tốn dịng điện ngắn mạch lưới hạ Bảo vệ lưới điện hạ Vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ PGS.TS Le Minh Phuong CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5/13/2014 Electrical Delivery 5.2 Tính tốn lưới điện hạ theo điều kiện phát nóng bảo vệ  Tiết diện dây dẫn phụ thuộc:  Dòng điện tính tốn  u cầu bảo vệ q tải  Nhiệt độ môi trường  Môi trường lắp đặt  Loại vỏ bọc  Bước đầu lựa chọn dạng cáp phù hợp, cách lắp đặt sau tính tốn lựa chọn tiết diện PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Theo điều kiện phát nóng: dây dẫn lựa chọn theo dịng điện tính tốn tải cho nhiệt độ dây dẫn không lớn nhiệt cho phép dây dẫn với giá trị dòng điện tải chế độ dài hạn I cp  I lv max Khi có nhiều dây dẫn máng cáp ta phải tính đến khả truyền nhiệt cáp I cp  I lv max k hc Icp- dòng điện cho phép dây dẫn (cataloges) Ilvmax -dòng điện lớn chạy dây dẫn Khc - hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào cách lắp đặt (1 cáp:1.0; 5-6 cáp: 0.68; 7-9 cáp: 0.63 ) 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 5/13/2014 Electrical Delivery Theo điều kiện bảo vệ: tiết diện lựa chọn phải kiểm tra theo điều kiện bảo vệ I cp  I pr K pr khc Ipr -dòng điện định mức thiết bị bảo vệ Kpr – hệ số bảo vệ Chọn dây dẫn thỏa mãn hai điều kiện, theo điều kiện khơng có cataloge chọn giá trị khơng nhỏ điều kiện 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Theo điều kiện bảo vệ: tiết diện lựa chọn phải kiểm tra theo điều kiện bảo vệ I cp  I pr K pr khc Ipr -dòng điện định mức thiết bị bảo vệ Kpr – hệ số bảo vệ Chọn dây dẫn thỏa mãn hai điều kiện, theo điều kiện cataloge chọn giá trị khơng nhỏ điều kiện 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 5/13/2014 Electrical Delivery Theo điều kiện sụt áp  Tổn hao điện áp dây dẫn lựa chọn không vượt giá trị tiêu chuẩn Theo tiêu chuẩn tổn hao điện ápU%:  Đường dây điện áp 6-10kV: ±5% U %  U  100 U luoi  Hệ thống chiếu sáng +5%; -2.5%  Mạng công nghiệp chế độ làm việc bình thường: ±5%  Mạng công nghiệp chế độ khởi động : ±8%  Sụt áp tính theo đường dây từ TPPC đầu MBA đến thiết bị 5/13/2014 10 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Xác định tổn hao đường dây  Đường dây lưới hạ có R X  Để xác định tổn hao điện áp đường dây truyền tải ta sử dụng sơ đồ thay pha U pha1  U pha  IZ  U pha  I ( R  jX ) 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com 11 PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 5/13/2014 Electrical Delivery Xây dựng giản đồ vector điện áp Thành phần dọc trục ad  U  af  fd  IRcos2  IX sin2 U  3I (Rcos2  X sin2 ) 5/13/2014 12 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Xây dựng giản đồ vector điện áp Thành phần ngang trục cd  U  cg  dg  cg  bf  IX cos2  IRsin2 U  3I (X cos2  Rsin2 ) 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com 13 PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 5/13/2014 Electrical Delivery Biến đổi công thức cách nhân tử số mẫu số với U U  P1R  Q1X P2R  Q2 X P X  Q1R P2 X  Q2R  U   U1 U2 U1 U2 Khi tính tốn cho đường dây điện áp 35kV bỏ qua thành phần ngang trục điện áp rơi U1 U2  5/13/2014 P2R  Q2 X U2 U2 U1  P1R  Q1X U1 14 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Đối với lưới điện hạ áp U  PR PR  Q2 X  QX  Udm_luoi Udm_luoi U1 U2  PR  Q2 X Udm_luoi U2  U1  PR  Q1 X Udm_luoi Trường hợp tổng quát n U   ( I i Ri cosi I i X i sin i ) U %  i 1 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com 100 U dm _ luoi n  ( PR Q X ) i i i i i 1 15 PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 5/13/2014 Electrical Delivery Theo điều kiện độ bền nhiệt dòng điện ngắn mạch  Chỉ áp dụng cho góp thiết bị tủ điện ixk  ico _ dm 5/13/2014 18 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Xác định tổn hao công suất lưới điện  Tổng tổn hao công suất lưới điện chiếm 1020%, phần tổn hao dây dẫn máy biến áp S2 P2  Q2 P2 P  I R  R  R R U U2 U cos  S2 P2  Q2 P2  Q  3I X  X  X  X U U2 U cos  5/13/2014 CuuDuongThanCong.com 19 PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 5/13/2014 Electrical Delivery Xác định tổn hao điện  Nếu cơng suất tải khơng đổi tổn hao điện thời gian t xác định AP  3I 2Rt AQ  3I Xt  Tuy nhiên thực tế tải thay đổi tơn hao điện phải tính gần đúng, dựa vào phương pháp đồ thị phụ tải 20 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Điện tiêu thụ n AP  Pi ti i1 AP  PmaxTmax Tmax: thời gian công suất cực đại, khoảng thời gian phụ tải cực đại Pmax tiêu thụ lượng điện lượng điện phụ tải thực tế tiêu thụ khoảng thời gian khảo sát T PGS.TS Le Minh Phuong CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 21 5/13/2014 Electrical Delivery Tổn hao điện n AP 3RIi2 ti i1 AP  3RI m2 ax  : thời gian tổn hao cơng suất cực đại, khoảng thời gian dịng cực đại Imax gây tổn hao điện lượng tổn hao dòng thực tế gây khoảng thời gian khảo sát T 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong 22 Electrical Delivery Xác định tổn hao điện cách  Theo dòng điện trung bình bình phương  Theo dịng điện cực đại 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com 23 PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 5/13/2014 Electrical Delivery Theo dịng điện trung bình bình phương I tbbp  k hd I tb  k hd Ptb  3I tbbp R W T 3U luoi cos  Qtb  3Itbbp X Khd - hệ số hình dáng (1.02-1.15) AP  3Itbbp RT 5/13/2014 AQ  3Itbbp XT 24 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Theo dòng điện cực đại AP  3Im2ax R  Pmax AQ  3Imax X  Qmax Nếu có đồ thị phụ tải  Ii2ti  Imax  Pi 2ti  Pmax n Pti i Tmax  5/13/2014 CuuDuongThanCong.com i 1 Pmax n A  P Pmax I t i i Tmax  i1 Imax 25 PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 10 5/13/2014 Electrical Delivery Ví dụ : Cho trạm hạ áp gồm MBA 10/0.4 kV vận hành song song Sdm_MBA=560 kVA, tải cực đại trạm 1000 kVA, cos=0.8 Thông số máy biến áp PNM=9.4 kW, P0=2.5 kW, I0=6%, UNM=5.5% Xác định tổn hao công suất tác dụng, công suất phàn kháng tải cực đại Xác định tổn hao điện tác dụng phản kháng năm MBA (bằng cách ) 50 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Hiện tượng ngắn mạch 54 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 19 5/13/2014 Electrical Delivery Định nghĩa: Ngắn mạch tượng tiếp xúc trực tiếp hai điểm pha khác nhau, pha với dây trung tính, pha với đất, làm cho dịng điện tăng đột ngột 55 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Nguyên nhân:  Hư hỏng cách điện thiết bị  Quá điện áp gây sét  Vận hành không  Do động vật hay chim đường dây trần không, hay chuột thiết bị nhà  Do thời tiết gió hay bão… 56 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 20 5/13/2014 Electrical Delivery Phân loại - Ngắn mạch pha: thường xảy 65% - Ngắn mạch pha - Ngắn mạch pha với đất - Ngắn mạch pha 5/13/2014 57 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery - Dòng điện tăng đột ngột lớn nhiều lần so với dịng làm việc bình thường - Điện áp điểm ngắn mạch nhỏ, gần Tại nhánh khác điện áp giảm -Các phần tử lưới điện có điện trở điện kháng dung kháng nên hệ thống mạch dao động -Thơng thường, dịng ngắn mạch pha lớn 58 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 21 5/13/2014 Electrical Delivery Đặc điểm xảy ngắn mạch - Dòng điện lớn gây tác động điện lên thiết bị, từ thời điểm xảy ngắn mạch - Nếu thời gian trì dịng ngắn mạch lớn (>0.01s) xảy tượng hồ quang điện - Ngắn mạch pha gọi ngắn mạch đối xứng ngắn mạch lại ngắn mạch không đối xứng 5/13/2014 59 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Tác hại ngắn mạch  Tăng lực điện gây hỏng hóc thiết bị  Năng lượng nhiệt thiết bị tỷ lệ thuận với bình phương dịng điện làm nóng chảy thiết bị  Giảm điện áp lưới 60 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 22 5/13/2014 Electrical Delivery Biện pháp giảm tác hại ngắn mạch Ngắt phần tử ngắn mạch khỏi lưới Lựachọn thiết bị bền vững bị tác động dòng ngắn mạch Sử dụng thiết bị giảm dòng ngắn mạch – kháng điện Thường xuyên kiểm tra cách điện phần tử lưới điện  Lựa chọn hiệu chỉnh xác thiết bị bảo vệ 61 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Phân tích tượng ngắn mạch iNM  iP  iAP I 62 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 5/13/2014 Electrical Delivery a Thành phần không chu kỳ tắt dần theo thời gian  i AP  I A _ max e t TA IA_maxgiá trị lớn dòng điện không chu kỳ TA thời gian tắt dần dịng điện khơng chu kỳ TA  5/13/2014 LNM X NM X NM   RNM 2fRNM 314RNM 63 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery b.Thành phần dòng điện ngắn mạch trì có dạng hình sin trị hiệu dụng I I  I P_ max I A_ max  2 IA_max, IP_max – giá trị lớn thành phần không chu kỳ thành phần trì dịng điện ngắn mạch I dùng để kiểm tra độ bền nhiệt khí cụ điện, , sứ xuyên cáp điện lực 64 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 24 5/13/2014 Electrical Delivery c Dịng điện xung kích: biên độ dịng điện ngắn mạch  ixk  I P _ max  I A _ max e t1 TA Trong t1=0.005-0.01 I P _ max  I PO  I   I A _ max  ixk  I P _ max (1  e t1 TA  )  I  (1  e t1 TA ) 65 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Xác định dịng điện xung kích cách gần ixk  k XK I  66 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 25 5/13/2014 Electrical Delivery Tính tốn dịng điện ngắn mạch 67 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Mục đích Xác định điều kiện làm việc thiết bị chế độ cố Lựa chọn thiết bị: cái, sứ cách điện, cáp, dây dẫn… Lựa chọn thiết bị bảo vệ, rơ le Để lựa chọn thông số định mức thiết bị bảo vệ ta tính dịng ngắn mạch pha Để hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ thông số rơ le ta phải tính ngắn mạch khơng đối xứng 68 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 26 5/13/2014 Electrical Delivery 5.5 Tính tốn dịng điện ngắn mạch lưới hạ Các thiết bị phía hạ áp nhận nguồn điện từ MBA hạ áp công suất 25…2500kVA Khi cơng suất ngắn mạch hệ thống phía cao áp MBA SNM_HT>25SĐM_MBA: nguồn vô lớn, điện trở nguồn không đáng kể  Tính điện trở R điện kháng X phần tử  Tính đơn vị có tên, với điện áp 1,05Udm_luoi=400V) 5/13/2014 69 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Tính dịng ngắn mạch pha Xây dựng sơ đồ thay với giá trị R,X Tính tổng trở phần tử từ điểm ngắn mạch nguồn Tính dịng điện ngắn mạch Tính dịng điện xung kích 70 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 27 5/13/2014 Electrical Delivery Xây dựng sơ đồ thay từ sơ đồ nguyên lý với giả thiết điện trở điện kháng hệ thống 71 9:33:57 5/13/2014 AM PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Xây dựng sơ đồ thay từ sơ đồ nguyên lý 72 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 28 5/13/2014 Electrical Delivery Tính tốn điện trở, điện kháng phần tử Máy biến áp RMBA  PNM U HA S ĐM _ MBA U PNM UHA X MBA  ( NM )2  ( ) 100 SĐM _ MBA SĐM _ MBA 73 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Cáp dây dẫn X WL  X L RWL  R0 L CB Iđm (A) X (m) R (m) 100 0.86 1.8 140 0.55 0.74 200 0.28 0.36 400 0.1 0.15 600 0.094 0.12 Cầu dao Iđm (A) 50 100 200 400 600 R (m) 1.3 0.75 0.6 0.4 0.094 1000 1600 74 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 29 5/13/2014 Electrical Delivery Máy biến áp, máy biến dòng Hệ số biến dòng 100/5 150/5 200/5 300/5 400/5 500/5 X (m) R (m) 2.7 1.7 1.2 0.75 0.67 0.42 0.3 0.2 0.17 0.17 0.07 0.05 75 9:33:57 5/13/2014 AM PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Tính tổng trở từ điểm ngắn mạch nguồn Z K  ( RMBA  RL1 )  ( X MBA  X L1 ) Z K  ( RMBA  RL1  RL )  ( X MBA  X L1  X L ) Z K  ( RMBA  RL1  RL  RL3 )  ( X MBA  X L1  X L  X L3 ) 77 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 30 5/13/2014 Electrical Delivery Tính dịng điện ngắn mạch điểm K1,K2,K3 I K1  U HA 3Z K IK  U HA 3Z K IK3  U HA 3Z K Tính dịng điện xung kích ixki  2k XK I Ki I xk  I Ki  2( k xk  1) kxk=1.3:1.8 máy biến áp 4002000kVA kxk= điểm ngắn mạch xa 78 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Ảnh hưởng động  Nếu động nằm cách điểm ngắn mạch 5-7m, dịng ngắn mạch động gây I K _ DC  0,9 I dm _ DC X d'' with X d''  0.2  Khi dịng điện xung kích ixki  2(k XK I Ki  0,9 I dm _ DC ) X d''  Trị hiệu dụng dịng điện xung kích I xki  I Ki  2( k XK  1) 79 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 31 5/13/2014 Electrical Delivery Ví dụ Tính dịng điện ngắn mạch ba pha điểm K1,K2,K3 Giả thiết điện trở hệ thống thiết bị bảo vệ, đo lường không đáng kể 80 5/13/2014 PGS.TS Le Minh Phuong Electrical Delivery Tính tốn dịng điện ngắn mạch khơng đối xứng  Trong lưới hạ áp, tính dịng điện ngắn mạch pha theo cơng thức sau I K(1)1  U PHA _ HA Z MBA  Z I K(1)1  1, 05*U PHA _ HA  R  RPEN    X   X PEN  Z MBA  ( R1MBA  R2 MBA  R0 MBA )  ( X 1MBA  X MBA  X MBA )  ZΞ tổng trở phần tử từ điểm ngắn mạch trở nguồn (không bao gồm MBA) 84 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 32 5/13/2014 Electrical Delivery Bài tập Artemov 166,167 87 5/13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 33 ... 5/ 13/2014 Electrical Delivery Máy biến áp, máy biến dòng Hệ số biến dòng 100 /5 150 /5 200 /5 300 /5 400 /5 500 /5 X (m) R (m) 2.7 1.7 1.2 0. 75 0.67 0.42 0.3 0.2 0.17 0.17 0.07 0. 05 75 9:33 :57 5/ 13/2014.. .5/ 13/2014 Electrical Delivery 5. 2 Tính tốn lưới điện hạ theo điều kiện phát nóng bảo vệ  Tiết diện dây dẫn phụ thuộc:  Dịng điện tính tốn  Yêu cầu bảo vệ tải  Nhiệt độ môi... xứng 68 5/ 13/2014 CuuDuongThanCong.com PGS.TS Le Minh Phuong https://fb.com/tailieudientucntt 26 5/ 13/2014 Electrical Delivery 5. 5 Tính tốn dịng điện ngắn mạch lưới hạ Các thiết bị phía hạ áp