Trong hệ thống điện, các thiết bị điện, khí cụ điện cần đảm bảo làm việc lâu dài ở chế độ bình thƣờng, đồng thời phải chịu đƣợc những tác động lớn khi có sự cố, trong đó có sự cố ngắn mạch. Khi xảy ra sự cố, hệ thống bảo vệ rơ le làm việc phát hiện kịp thời, đƣa tín hiệu tới các thiết bị đóng cắt, điều khiển đóng cắt để cách ly sự cố, đảm bảo sự làm việc ổn định của hệ thống. Xác định dòng ngắn mạch sẽ giúp cho việc lựa chọn đúng thông số các thiết bị điện, khí cụ điện, đồng thời cài đặt chính xác cho hệ thống bảo vệ rơ le.
Ngắn mạch là hiện tƣợng các pha chập nhau, pha chập đất (hay pha chập dây trung tính), khi đó tổng trở đẳng trị của hệ thống so với nguồn giảm đi rất nhiều, dòng điện sẽ rất lớn gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng.
Các loại ngắn mạch và xác suất xảy ra của từng loại đƣợc thống kê trong bảng sau:
Bảng 2-1: Bảng thống kê các loại ngắn mạch, ký hiệu và xác suất xảy ra trên lưới điện.
STT Loại ngắn mạch Hình quy ƣớc Ký hiệu Xác suất
1 Ngắn mạch ba pha N (3) 5%
2 Ngắn mạch hai pha N (2) 10%
3 Ngắn mạch hai pha
chạm đất N (1,1) 20%
Học viên: Nguyễn Văn Quyết
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Trần Bách Trang 49 / 113
STT Loại ngắn mạch Hình quy ƣớc Ký hiệu Xác suất
Xác suất tổng số lần
ngắn mạch các loại 100%
Ngắn mạch 3 pha có xác suất xảy ra ít nhất nhƣng lại đƣợc quan tâm nhiều nhất vì đó là ngắn mạch nặng nề nhất, ảnh hƣởng nhiều đến chế độ hệ thống, cũng là ngắn mạch dễ tính toán nhất. Tính toán các dạng ngắn mạch khác đều dựa trên cơ sở đƣa về cách tính ngắn mạch 3 pha.
Nguyên nhân ngắn mạch:
Nguyên nhân chủ yếu sinh ra ngắn mạch là do cách điện bị hỏng. Cách điện hỏng có thể do sét đánh, quá điện áp nội bộ trong quá trình đóng mở mạch, cách điện lâu ngày già cỗi, quá tuổi thọ, … Ngắn mạch cũng có thể do các nguyên nhân chủ quan nhƣ thao tác nhầm, do thi công xây dựng công trình đào đúng cáp điện ngầm, do chim đậu, cây đổ, thả diều, …
Hậu quả của ngắn mạch:
Khi ngắn mạch, dòng điện tăng đột ngột, sinh ra phát nóng cục bộ các phần có dòng ngắn mạch đi qua cho dù là thời gian ngắn.
Dòng xung kích lớn sinh ra lực động điện giữa các bộ phận, có thể làm hỏng khí cụ điện và dây dẫn.
Lúc ngắn mạch, điện áp tụt có thể làm cho các động cơ ngừng quay.
Có thể gây ra sự làm việc mất đồng bộ của máy phát điện trong hệ thống, gây mất ổn định hệ thống và nặng có thể gây tan rã hệ thống.
Khi ngắn mạch 1 pha hay 2 pha chạm đất sinh ra dòng thứ tự không làm nhiễu các đƣờng dây thông tin ở gần.
Làm cho việc cung cấp điện bị gián đoạn. Mục đích của tính toán ngắn mạch:
Tính toán ngắn mạch để lựa chọn trang thiết bị khi thiết kế, đảm bảo an toàn vận hành dƣới tác động nhiệt và cơ do dòng điện ngắn mạch gây ra.
Học viên: Nguyễn Văn Quyết
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Trần Bách Trang 50 / 113
Phục vụ cho tính toán hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ và tự động hóa trong hệ thống điện nhằm loại trừ nhanh và chọn lọc các phần tử sự cố ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện.
Tính toán ngắn mạch để lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch. Để lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch.
Nghiên cứu các hiện tƣợng khác về chế độ hệ thống điện nhƣ quá trình quá độ điện cơ (phân tích ổn định), quá trình quá độ điện từ (hiện tƣợng cộng hƣởng, quá điện áp, …)