7.2.1. Các dạng ngắn mạch của hệ thống :
Trong thực tế, ta thƣờng gặp các dạng ngắn mạch sau :
- Ngắn mạch 3 pha , tức 3 pha chập nhau (xác xuất xảy ra 5%) - Ngắn mạch 2 pha, tức 2 pha chập nhau (xác xuất xảy ra 10%)
- Ngắn mạch 2 pha chạm đất, tức 2 pha chập nhau đồng thời nối đât (xác xuất 20%) - Ngắn mạch 1 pha, tức 1 pha chập nhau hoặc chập dây trung tính (xác xuất xảy ra
65%)
Loại ngắn mạch 3 pha tuy ít xảy ra nhƣng vẫn cĩ khả năng xảy ra, cĩ dịng điện ngắn mạch lớn, ở chƣơng này ta chỉ nghiên cứu dạng ngắn mạch này.
7.2.2. Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch : a. Nguyên nhân: a. Nguyên nhân:
Nguyên nhân chung và chủ yếu của ngắn mạch là do hƣ hỏng cách điện . Lý do hƣ hỏng cách điện là do bị già hố do làm việc lâu dài , chịu tác động cơ khí, bị tác đơng bỡi nhiệt độ, mơi chất . xuất hiện điện trƣờng phĩng điện làm hƣ hỏng vỏ bọc cách điện .
b. Hậu quả :
- Ngắn mạch là một sự cố gây nguy hiểm , và khi ngắn dịng điện sự cố đột ngột tăng lên rất lớn , chạy trong các phần tử của hệ thống điện
- Phát nĩng cục bộ rất nhanh , nhiệt độ tăng cao, gây cháy nổ, hoả hoạn
- Làm mất ổn định của hệ thống điện, gây nhiễu đƣờmg dây thơng tin, làm gián đoạn cung cấp điện .
- Gây sụt áp ảnh hƣởng đến năng suất làm việc máy mĩc thiết bị
7.2.3. Mục đích của việc tính tốn ngắn mạch :
- Lựa chọn sơ đồ thích hợp, làm giảm dịng điện ngắn mạch - Tính tốn lựa chọn các thiết bị bảo vệ thích hợp
- Lựa chọn các trang thiết bị phù hợp, chịu đƣợc dịng điện trong thời gian ngắn mạch
7.2.4. Phƣơng pháp tính tốn ngắn mạch : a.Phƣơng pháp tổng trở : a.Phƣơng pháp tổng trở :
Căn cứ trên tổng các tổng trở của mạch vịng ngắn mạh
b.Phƣơng pháp tổng hợp :
Cho phép ƣớc tính của dịng ngắn mạch ở cuối mach vịng ngắn mạch khi biết dịng ngắn mạch ở gần nguồn hơn
c. Phƣơng pháp quy ƣớc :
Cho phép tính tốn dịng ngắn mạch bé nhất kết hợp với việc sử dụng bảng làm cho kết quả tính đạt đƣợc nhanh hơn
d.Phƣơng pháp tổng trở :
Phƣơng pháp này mỗi phần tử của lƣới ( mạng trung áp , biến áp , cáp , thanh cái…), đều đƣợc đặc trƣng bằng tổng trở Z của chúng . Tổng trở Z gồm hai thành phần : R và X đơn vị của R, X, Z là .
Tổng trở Z đƣợc tính nhƣ sau : ZT = RT XT
Trong đĩ : RT và XT là điện trở và điện kháng của các phần tử trong hệ thống
7.2.5. Định nghĩa dịng ngắn mạch a.Dịng điện ngắn mạch : a.Dịng điện ngắn mạch :
Sau khi đã xác định đƣợc điện trở và điện kháng tổng hợp của mạch điện ngắn mạch, ta sẽ tính đƣợc thành phần chu kỳ của dịng điện ngắn mạch 3 pha nhƣ sau :
3 (3) 2 2 10 3 tb ck U I R X (A)
Utb - tính bằng V, R và R tính bằng m b. Dịng điện xung kích : ck xk xk K I i 2. . a T xk e K 01 , 0 1
: hệ số xung kích, hệ số này phụ thuộc vào hằng số thời gian
R X Ta
, với =314, tra đƣờng cong Kxk theo Ta hoặc theo tỷ số
R X hay ( r x ), ta tìm đƣợc giá trị Kxk
Hình 7.1 Đƣờng cong biến thiên hệ số xung kích theo Ta ( hay tỉ số
r x
)
- Giá trị hiệu dụng cực đại của dịng điện xung kích ngắn mạch :
) 3 ( 2 . ) 1 ( 2 1 xk ck xk K I I khi Kxk 1,3 ) 3 ( . 02 . 0 1 a ck xk T I I khi Kxk 1,3 7.2.6. Tính tổng trở các phần tử trong hệ thống : a.Tính tổng trở máy biến áp : Tính tổng trở máy biến áp T1:
- Điện trở máy biến áp
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0 10 20 30 40 x/r Kxk 0 0,05 0,10 Ta ,s
- Điện kháng máy biến áp √ √ - Tổng trở máy biến áp √ √ Tính tổng trở máy biến áp T2 : - Điện trở máy biến áp
- Điện kháng máy biến áp √ √
- Tổng trở máy biến áp
√ √
Tính tổng trở máy biến áp T3: - Điện trở máy biến áp
- Điện kháng máy biến áp √ √ - Tổng trở máy biến áp √ √ b.Tính tổng trở CB tổng : Hầu hết các CB cĩ điện trở và điện kháng khơng khác nhau nhiều nên ta chọn sơ bộ CB loại NS630N của hãng Merlin Gelin cĩ Iđm =630A. Tra bảng 3.8 Giáo trình “ Cung cấp điện “ Nguyễn Xuân phú ta cĩ đuợc : Điện trở tiếp xúc : .
Điện trở cuộn dây:
Điện kháng : .
- Điện trở CB tổng
- Điện kháng CB tổng
- Tổng trở CB tổng
√ √
c. Tính tổng trở CB cho các tuyến dây :
Chọn sơ bộ các CB cho các tuyến dây loại NS400H của hãng Merlin Gelin cĩ Iđm = 400A. Cĩ điện trở và điện kháng nhƣ sau :
Điện trở tiếp xúc : . Điện trở cuộn dây: Điện kháng : .
Vậy :
- Điện trở CBcác tuyến
- Điện kháng Aptomat các tuyến
- Tổng trở CB các tuyến
√ √
d.Tính tổng trở của thanh cái :
Tính tổng trở thanh cái tủ phân phối khu vực 1 :
Ở trên đã chọn thanh cái bằng đồng cĩ tiết diện (606) mm, một pha ghép 2 thanh, cĩ dịng điện cho phép ICP = 1350 A.
Đặt nằm ngang, khoảng cách giữa 2 thanh ghép bằng bề dày thanh cái. Khoảng cách trung bình hình học giữa pha với pha chọn bằng 150 mm
Tra bảng 2-40 Giáo trình “ Cung cấp điện “ Nguyễn Xuân phú ta cĩ đuợc : ro = 0,056 (m/m )
xo = 0,145 (m/m )
- Điện trở thanh cái
RTC = L. ro = 0,028 m
- Điện kháng thanh cái
XTC = L. xo = 0,0725 m
- Tổng trở thanh cái
√ √
Tính tổng trở thanh cái khu vực 2 :
Ở trên đã chọn thanh cái bằng đồng cĩ tiết diện (505) mm, một pha ghép 1 thanh, cĩ dịng điện cho phép ICP = 860 A.
Đặt nằm ngang, khoảng cách trung bình hình học giữa pha với pha chọn bằng 150 mm.
Tra bảng 2-40 Giáo trình “ Cung cấp điện “ Nguyễn Xuân phú ta cĩ đuợc : ro = 0,08 (m/m )
xo = 0,156 (m/m )
Chọn chiều dài thanh cái L = 0,5 m - Điện trở thanh cái
RTC = L. ro = 0,04 m
- Điện kháng thanh cái
XTC = L. xo = 0,078 m
- Tổng trở thanh cái
√ √
Tính tổng trở thanh cái khu vực 3 :
Ở trên đã chọn thanh cái bằng đồng cĩ tiết diện (606) mm, một pha ghép 2 thanh, cĩ dịng điện cho phép ICP = 1350 A.
Đặt nằm ngang, khoảng cách giữa 2 thanh ghép bằng bề dày thanh cái. Khoảng cách trung bình hình học giữa pha với pha chọn bằng 150 mm
Tra bảng 2-40 Giáo trình “ Cung cấp điện “ Nguyễn Xuân phú ta cĩ đuợc : ro = 0,056 (m/m )
xo = 0,145 (m/m )
Chọn chiều dài thanh cái L = 0,5 m - Điện trở thanh cái
RTC = L. ro = 0,028 m
- Điện kháng thanh cái
XTC = L. xo = 0,0725 m
- Tổng trở thanh cái
√ √
e. Tính điện trở và điện kháng của các tuyến dây :
Ở mục III.2.a ( Chƣơng 6 ) chúng ta đã chọn đƣợc tiết diện dây dẫn , chiều dài của các tuyến dây và đã biết đƣợc điện trở và điện kháng của các tuyến dây với đơn vị là . Bây giờ chúng ta ghi lại đơn vị là m.
Bảng 7.1 Giá trị điện trở và điện kháng của cáp hạ thế Tuyến dây L (m) Tiết diện dây R0
(m/km) X0 (m/km) R (m) X (m) TBAT1 Tủ PP khu 1 10 3x800+1x400 35 87,96 0,35 0,88 TBAT2 Tủ PP khu 2 10 3x500+1x400 51 94,25 0,51 0,94 TBAT3 Tủ PP khu 3 10 3x800+1x400 35 87,96 0,35 0,88
7.3. Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối chính: Sơ đồ giả lập tính tốn ngắn mạch : Sơ đồ giả lập tính tốn ngắn mạch :
7.3.1. Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối chính : a.Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối 1: a.Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối 1:
- Thành phần chu kỳ của dịng điện ngắn mạch 3 pha :
√ √
Trong đĩ :
Utb = Uđm MBA = 400V
R : Điện trở tổng từ TBA đến thanh cái
X : Điện kháng tổng từ TBA đến thanh cái
R = RBA1 + RD1 + RCB1 + RTC1 = 2,69 + 0,35 + 0,37 + 0,028 = 3,438 (m) X = XBA1 + XD1 + XCB1 + XTC1 = 11,11 + 0,88 + 0,094 + 0,0725 = 12,16 m Vậy : √ √
- Thành phần của dịng điện xung kích 3 pha :
√ Trong đĩ :
Kxk : Hệ số xung kích phụ thuộc váo tỷ số
Tra đƣờng cong trên ta đƣợc : Kxk = 1,41
√ - Giá trị hiệu dụng cực của dịng xung kích 3 pha :
√ √
Bảng 7.2 Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối trạm T1
Dịng ngắn mạch Đơn vị Giá trị
Thành phần chu kỳ ngắn mach 3 pha 18,27 kA
Thành phần xung kích ngắn mạch 3 pha 36,43 kA
Giá trị hiệu dụng cực đại của dịng xung kích 3 pha 21,11 kA
b. Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối 2:
- Thành phần chu kỳ của dịng điện ngắn mạch 3 pha :
√ √
Trong đĩ :
Utb = Uđm MBA = 400V
R : Điện trở tổng từ TBA đến thanh cái
X : Điện kháng tổng từ TBA đến thanh cái
R = RBA2 + RD2 + RCB2 + RTC2 = 5,73 + 0,51 + 0,37 + 0,04 = 6,65 (m) X = XBA2 + XD2 + XCB2 + XTC2 = 19,15 + 0,94 + 0,094 + 0,078 = 20,262 (m) Vậy : √ √
- Thành phần của dịng điện xung kích 3 pha :
√ Trong đĩ :
Kxk : Hệ số xung kích phụ thuộc váo tỷ số
Tra đƣờng cong trên ta đƣợc : Kxk = 1,39
- Giá trị hiệu dụng cực của dịng xung kích 3 pha :
√ √
Kết quả:
Bảng 7.3 Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối trạm T2
Dịng ngắn mạch Đơn vị Giá trị
Thành phần chu kỳ ngắn mach 3 pha
10,83 kA
Thành phần xung kích ngắn mạch 3 pha
21,29 kA
Giá trị hiệu dụng cực đại của dịng xung kích 3 pha
12,37 kA
c. Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối 3:
- Thành phần chu kỳ của dịng điện ngắn mạch 3 pha :
√ √
Trong đĩ :
Utb = Uđm MBA = 400V
R : Điện trở tổng từ TBA đến thanh cái
X : Điện kháng tổng từ TBA đến thanh cái
R = RBA3 + RD3 + RCB3 + RTC3 = 2,69 + 0,35 + 0,37 + 0,028 = 3,438 (m) X = XBA3 + XD3 + XCB3 + XTC3 = 11,11 + 0,88 + 0,094 + 0,0725 = 12,16 m Vậy : √ √
- Thành phần của dịng điện xung kích 3 pha :
√ Trong đĩ :
Tra đƣờng cong trên ta đƣợc : Kxk = 1,41
√ - Giá trị hiệu dụng cực của dịng xung kích 3 pha :
√ √
Kết quả:
Bảng 7.4 Tính tốn ngắn mạch tại tủ phân phối trạm T3
Dịng ngắn mạch Đơn vị Giá trị
Thành phần chu kỳ ngắn mach 3 pha
18,27 kA
Thành phần xung kích ngắn mạch 3 pha 36,43 kA
CHƢƠNG 8: TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Điện năng là năng lƣợng chủ yếu của các xí nghiệp cơng nghiệp. Các xí nghiệp này tiêu thụ khoảng trên 70% tổng số điện năng đƣợc sản xuất ra. Vì thế vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp cơng nghiệp cĩ ý nghĩa rất lớn. Về mặt sản xuất điện năng vấn đề đặt ra là phải tận dụng hết khả năng của các nhà máy phát điện để sản xuất ra đƣợc điện nhiều nhất ; đồng thời về mặt dùng điện phải hết sức tiết kiệm điện, giảm tốt thất điện năng đến mức nhỏ nhất, phấn đấu để một 1KWh điện ngày càng làm ra nhiều sản phẩm hoặc chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm ngày càng giảm. Vì thế để năng cao chất lƣợng điện năng thì các xí nghiệp cơng nghiệp dùng thiết bị bù cơng suất phản kháng (nâng cao hệ số cos) để giảm tổn thất điện năng.
8.1. Ý nghĩa và biện pháp nâng cao hệ số cos : 8.1.1. Ý nghĩa: 8.1.1. Ý nghĩa:
Nâng cao hệ số cơng suất cos là một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng. Hệ số cơng suất cos là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện cĩ hợp lý hay khơng.Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ cơng suất tác dụng P và cơng suất phản kháng Q. cos đƣợc năng cao sẽ đƣa đến những hiệu quả sau:
a.Giảm đƣợc tổn thất cơng suất trong mạng điện :
Tổn thất điện áp đƣợc tính nhƣ sau : 2 2 2 ( ) ( ) 2 2 P Q P Q P P R R P P U U
Khi giảm lƣợng Q truyền tải trên đƣờng dây ta giảm đƣợc thành phần tổn thất điện áp P(Q) do Q gây ra .
b.Giảm đƣợc tổn thất điện áp trong mạng điện :
( )P ( )Q PR QX U U U U
Khi giảm lƣợng Q truyền tải trên đƣờng dây ta giảm đƣợc thành phần tổn thất điện áp U( )Q do Q gây ra .
c. Tăng khả năng truyền tải của đƣờng dây và máy biến áp :
Khả năng truyền tải của đƣờng dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát
nĩng , tức phụ thuộc vào dịng điện cho phép . Dịng điện chạy trên dây dẫn và máy biến áp đƣợc tính nhƣ sau : I = 2 2 3 P Q U
Biểu thức này nĩi lên với cùng một trạng thái phát nĩng nhất định của đƣờng dây và máy biến áp chúng ta cĩ thể tăng khả năng truyền tải cơng suất tác dụng P bằng cách giảm cơng suất phản kháng Q . Vì thế khi vẫn giữ nguyên đƣờng dây và máy biến áp , nếu cos của mạng đƣợc nâng cao ( tức giảm Q truyền tải ) thì khả năng truyền tải của chúng tăng lên .
8.1.2. Các biện pháp năng cao hệ số cơng suất cos:
Các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất cos đƣợc chia làm hai nhĩm chính : Nhĩm các phƣơng nâng cao hệ số cos tự nhiên ( khơng dùng thiết bị bù ) và nhĩm các biện pháp nâng cao hệ số cos bằng cách bù cơng suất phản kháng.
a. Nâng cao hệ số cơng suất cos tự nhiên :
Nâng cao hệ số cơng suất cos tự nhiên là tìm các biện pháp để các hộ dùng điện các hộ dùng điện giảm bớt đƣợc lƣợng cơng suất phản háng Q tiêu thụ nhƣ : Ap dụng các quá trình cơng nghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý các thiết bị điện . Sau đây các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất cos tự nhiên:
- Thay đổi và cải tiến quy trình cơng nghệ để các thiết bị làm việc ở chế độ hợp lý nhất.
- Thay thế động cơ khơng đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ cĩ cơng suất nhỏ hơn.
- Giảm điện áp của những động cơ chạy non tải - Hạn chế động cơ chạy khơng tải
- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ khơng đồng bộ - Nâng cao chất lƣợng sữa chữa động cơ
- Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp cĩdung lƣợng nhỏ hơn
b. Nâng cao hệ cơng suất cos bằng phƣơng pháp bù :