Bài giảng Cung cấp điện - Chương 8: Tính toán dòng ngắn mạch cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm chung về ngắn mạch, qui tắc chung tính toán ngắn mạch, quá trình quá độ trong mạch ba pha đơn giản,.... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
CHƯƠNG VIII TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Biên soạn: Phạm Khánh Tùng Bộ môn Kỹ thuật điện – Khoa Sư phạm kỹ thuật hnue.edu.vn\directory\tungpk CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NGẮN MẠCH Khái niệm: Ngắn mạch chạm chập pha với pha với đất hay dây trung tính Mạng có trung tính khơng trực tiếp nối đất (hoặc nối đất qua thiết bị bù) có chạm đất pha dịng điện ngắn mạch dòng điện qua điện dung pha đất Đặc điểm dòng ngắn mạch: Khi xuất ngắn mạch tổng trở mạch hệ thống giảm xuống thấp (mức độ giảm phụ thuộc vào vị trí điểm ngắn mạch hệ thống) CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Dịng ngắn mạch nhánh riêng lẻ hệ thống tăng lên so với dòng điện chế độ làm việc bình thường, gây nên giảm áp hệ thống (giảm áp nhiều gần vị trí ngắn mạch) Tại vị trí ngắn mạch có điện trở độ (điện trở hồ quang, điện trở phần tử đường dòng điện từ pha tới pha khác từ pha tới đất) thường có gá trị nhỏ Khi cần tìm giá trị lớn (có thể) dòng ngắn mạch ta coi điểm ngắn mạch khơng có điện trở q độ CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH 1.1 Ngun nhân hậu ngắn mạch Nguyên nhân ngắn mạch: Chủ yếu cách điện bị hư hỏng, ngồi cịn số nguyên nhân khác như: • Sét đánh trực tiếp • Quá điện áp nội • Cách điện bị già cối (do thời gian sử dụng lớn) • Trông mon, bảo dưỡng thiết bị không qui định • Các nguyên nhân học trực tiếp thao tác sai nhân viên vận hành CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Hậu ngắn mạch: • Tăng dịng điện, dẫn đến phát nóng cục nơi có dịng ngắn mạch qua, gây nhiệt • Gây hiệu ứng dây dẫn, dịng xung kích ixk lớn làm hỏng khí cụ điện, vỡ sứ • Điện áp giảm xuống thấp, động ngừng quay dẫn đến ngừng trệ hỏng sản phẩm, cháy động cơ, không khởi động • Có thể phá hoại ổn định làm gián đoạn hệ thống điện • Ngắn mạch gây dịng thứ tự khơng gây nhiễu loạn đường dây thơng tin tín hiệu gần CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH 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 thiết bị phận có dịng ngắn mạch qua phải chọn để có khả chịu tác dụng nhiệt dòng ngắn mạch • Dùng biện pháp hạn chế dịng ngắn mạch (dùng kháng điện) • Dùng thiết bị tự động biện pháp bảo vệ ngắn mạch điện áp CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH 1.2 Phân loại dạng ngắn mạch xác suất - Ngắn mạch ba pha: kí hiệu N(3), xác suất chiếm 5% - Ngắn mạch hai pha: kí hiệu N(2), xác suất chiếm 10% CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH 1.2 Phân loại dạng ngắn mạch xác suất - Ngắn mạch pha: kí hiệu N(1), xác suất chiếm tới 65% - Ngắn mach pha chạm đất: kí hiệu N(1,1), xác suất chiếm 20% CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Nhận xét: + Ngắn mạch ba pha ngắn mạch đối xứng + Các dạng ngắn mạch khác không đối xứng + Ngắn mạch ba pha xảy với xác suất nhỏ (5%) cần nghiên cứu, dạng ngắn khác đưa dạng ngắn mạch ba pha (phương pháp thành phần không đối xứng) + Quá trình ngắn mạch từ lúc xảy đến cắt phần tử bị hỏng + Ngắn mạch trình q độ phức tạp, mang tính chất dao động điện từ, biến thiên điện áp, dịng điện, từ thơng dao động cơ-điện, biến thiên công suất, mômen quay, mômem cản… CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Dịng ngắn mạch phân thành hai thành phần + Thành phần chu kỳ (ick) giống ba pha + Thành phần tắt dần (itd, ikck) khác pha biến đổi theo thời điểm bắt đầu ngắn mạch Thành phần ick thường xác định theo trị số lớn CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH + Như mạch có r L Cực đại giá trị dịng điện tồn phần tức thời xảy α = (tức ngắn mạch trị số điện áp nguồn qua trị số khơng) + Thực tế tính tốn cần phải xác định giá trị tức thời cực đại dòng ngắn mạch tồn phần (dịng ngắn mạch xung kích ixk) thường xác định giá trị thành phần khơng chu kỳ lớn coi xảy gần nửa chu kỳ đầu (tức khoảng chừng 0,001 giây sau xuất ngắn mạch với f = 50Hz) CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Dịng điện xung kích biểu diễn dạng i xk I ck m I ck m e ixk k xk I ck m , 01 Tkck e Tkck I ck m Trong đó: kxk - hệ số xung kích (1 < kxk < 2) CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH 3.2 Giá trị thực dịng ngắn mạch tồn phần thành phần + Giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch thời điểm t: t It T 2 i dt Tt T Sự phụ thuộc i = f(t) phức tạp Vì để tính It coi chu kỳ khảo sát hai thành phần dịng ngắn mạch khơng đổi, tức biên độ thành phần chu ky không chu kỳ không thay đổi giá trị chúng thời điểm t cho CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH + Giá trị thực thành phần chu kỳ thời điểm t: I ck t I ck mt + Giá trị thực thành phần không chu kỳ chu kỳ lấy giá trị tức thời thời điểm I kck.t chu kỳ cho: ikck.t + Giá trị lớn dịng ngắn mạch tồn phần Ixk (hiệu dụng) xảy sau chu kỳ độ Với điều kiện ikck0 = Ick.m giá trị xác định theo: I xk I ck2 t I kck CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH + Giá trị lớn dịng ngắn mạch tồn phần Ixk (giá trị hiệu dụng) xảy sau chu kỳ độ Với điều kiện ikck0 = Ick.m giá trị xác định theo: I xk I ck2 t I kck Với điều kiện ikck0 ≈ Ick.m t ≈ 0,02 s CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH + Trị số hiệu dụng thành phần không chu kỳ Ikck lấy giá trị ikck thời điểm xảy ixk nên: I kck i xk I ck m i xk I ck m Ta biết: ixk I kck k xk I ck.m k xk k xk 2.I ck I ck m ixk I ck m CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH + Thay vào biểu thức ta có: I ck2 I xk I xk Đặt: ((k xk 1) I ck ) (1 2(k xk 1) ).I ck k xk I xk I ck ta có k xk CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH 3.2 Cách tính dịng ngắn mạch ba pha: a Ngắn mạch phía trung áp: Trình tự tính tốn sau: Bước Vẽ sơ đồ thay mạng điện trung áp, nguồn cấp cho điểm ngắn mạch thay điện kháng hệ thống xHT - Vì khơng biết cấu trúc hệ thống điện quốc gia nên coi nguồn công suất cấp cho điểm ngắn mạch công suất cắt định mức máy cắt đầu đường dây đặt Trạm biến áp trung gian (BATG): Sc.đm; CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Khi tổng trở tồn hệ thống điện coi gần điện kháng HT, xác định sau: xHT U tb2 , Sc.đm Trong đó: Utb - điện áp trung bình lưới điện (kV), Utb = 1,05Uđm; Sc.đm - công suất cắt định mức MC đầu nguồn (MVA), (Nếu công suất cắt máy cắt, lấy gần đúng: Sc.đm = 250 → 300, MVA) Các phần tử có dòng điện ngắn mạch chạy qua thay tổng trở chúng (Với phần tử có tổng trở nhỏ như: MC, DCL, CD, TG bỏ qua) CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Bước 2: Xác định dòng điện ngắn mạch chu kỳ: I ck U tb , kA 3Z N Từ suy dịng điện xung kích ixk Ví dụ: Tính dịng điện NM xảy ngắn mạch điểm N? Biết: máy cắt MC có Sc.đm = 250MVA BATG MC 10kV BA-320-35/0,4 AC-50, 3km CCTR N 0,4kV CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH xht HT Sơ đồ thay RD xD IN 10kV N Điện kháng hệ thống phần tử: xHT tb U Scdm 10,52 250 0,441 ; RD = r0.l = 0,64.3 = 1,92 Ω; xD = x0.l = 0,4.3 = 1,2 Ω. U tb U tb Dòng ngắn mạch I ck Z R xHT N D chu kỳ pha: I ck xD 10,5 1,92 0,44 1,2 2 2,4kA CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH b Ngắn mạch phía hạ áp: Cách tính tương tự mục a Lưu ý: + Coi Trạm biến áp phân phối (BAPP) nguồn (vì tổng trở mạng cao áp quy hạ áp thường nhỏ nên bỏ qua) + Khi tổng trở hệ thống tổng trở máy biến áp: ZB PNU đmBA 10 n.S đmBA U NU đmBA j 104 , m n.SđmBA Trong đó: n – số máy biến áp trạm CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Lưu ý tính điện trở thành phần: + Mạng hạ áp thành phần điện trở tác dụng lớn nên bỏ qua + Do điện áp thấp nên cần phải tính đến điện trở tiếp xúc thiết bị đóng cắt, điện trở cuộn biến dịng, cái, áptơmát, + Điện trở tiếp xúc cầu dao, áptơmát có giá trị khoảng (0,1 – 0,13 Ω) phụ thuộc vào dòng định mức chúng (ứng với dòng 1000 – 50 A) CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH Ví dụ: Tính tốn ngắn mạch điểm N1, N2, N3 BA sơ đồ mạng điện PX số liệu cho H T Z B Sơ đồ thay thế: Z C Z T A N T 2 Z PNU dmB U NU dmB ZB 10 j 10 T n.S dmB n.S dmB Z G 2 A 15.0,4 5,5.0,4 10 j 10 21N,4 2 Z 1.1000 1.1000 C N 13 AT-600 TG - 0,4kV A1-175 N1 N2 j8,8m 100m , k V CT - PVC3.185+1.1 20; 10m PVC3.25+1 16 hình vẽ 1000/22/0,4 UN%=5,5; PN=15kW N3 M-3(6.60); 1m; D=240m, đặt ngang CHNG VIII : TNH TON DềNG NGN MẠCH , k V Sơ đồ thay thế: Trở kháng phần tử Máy biến áp: ZB ZB PNU đmBÂ 10 n.S đmBA 15.0,42 1.1000 10 2 U NU đmBA j 104 n.S đmBA j 5,5.0,42 1.1000 104 Dây dẫn CT – PVC3.185 + 1.120 Z CT (0,1 j 0,1)10 j1m 2,4 j8,8m H T Z B Z C T Z A N T Z T G Z A 1N Z C 1N ... bản: Ucb thường chọn Uđm cấp điện áp tính tốn Dãy điện áp định mức trung bình sử dụng hệ thống cung cấp điện: 0,23; 0,4; 0,529; 0,69; 3,15; 6,3; 10,5; 22; 37; 115; 230 (kV) CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN... - Thời gian xảy ngắn mạch: tN = tbv + tMC Trong đó: tbv - thời gian tác động thiết bị bảo vệ, tMC - thời gian làm việc máy cắt (8) tqđ - thời gian qui đổi: khoảng thời gian cần thiết để dòng... 1,5.T → tqđkck = T (β”)2.(1 - e-2t/T) Trong đó: T - số thời gian T = X / 314.R + Khi tN > 20.T tN >20 giây giá trị tqđkck bỏ qua (thành phần tắt dần, sau 20 s bỏ qua) CHƯƠNG VIII : TÍNH TỐN DỊNG