BẢNG 3: THÔNG SỐ VỀ NHỎNH, MỎY BIẾN ÁP
1 3 1.06 232.4 0 9999 -9999 615 0 0 2 2 1.045 40 42.4 50 -40 60 21.7 12.7 3 2 1.01 0 0 40 0 60 94.2 19 4 1 1 0 0 0 0 0 47.8 0 5 1 1 0 0 0 0 0 7.6 1.6 6 2 1.07 0 0 24 -6 25 11.2 7.5 8 2 1.09 0 0 24 -6 25 0 0 9 1 1 0 0 0 0 0 29.5 16.6 10 1 1 0 0 0 0 0 9 5.8 11 1 1 0 0 0 0 0 3.5 1.8 12 1 1 0 0 0 0 0 6.1 1.6 13 1 1 0 0 0 0 0 13.5 5.8 14 1 1 0 0 0 0 0 14.9 5
+ Thông số tụ Fixed Shunt: ở nút 9 có B shunt = 19 MVAr
Bảng 3: Thông số về nhỏnh, mỏy biến áp
Nhánh Nhánh R (pu) X (pu) B (pu) Tỉ số biến áp
1 2 0,01938 0,05917 0,0528 0 1 5 0,05403 0,22304 0,0492 0 2 3 0,04699 0,19797 0,0438 0 2 4 0,05811 0,17632 0,0340 0 2 5 0,05695 0,17388 0,0346 0 3 4 0,06701 0,17103 0,0128 0 4 5 0,01335 0,04211 0 0 4 7 0 0,20912 0 0,978 4 9 0 0,55618 0 0,969 5 6 0 0,25202 0 0,932 6 11 0,09498 0,19890 0 0 6 12 0,12291 0,25581 0 0 6 13 0,06615 0,13027 0 0 7 8 0 0,17615 0 0 7 9 0 0,11001 0 0 9 10 0,03181 0,08450 0 0 9 14 0,12711 0,27038 0 0 10 11 0,08205 0,19207 0 0 12 13 0,22092 0,19988 0 0 13 14 0,17093 0,34802 0 0 Bài làm:
− Các thông số của ví dụ ở các Bảng 2 và Bảng 3 được nhập vào PSS/E như sau:
+ Thông số của nút: Bus
+Thông số nhà máy: Plant
+Thông số máy phát: Machine
+Thông số tụ: Fixed Shunt
Tớnh các thông số ở chế độ xác lập:
Sau khi nhập xong dữ liệu, ta chọn Ctrl+Shift+S (hoặc vào Power Plow chọn Solution rồi chọn Solve hay chọn biểu tượng trên màn hình) để giải bài toán ở chế độ xác lập, ta thu đuợc kết quả sau:
Bảng 4: Bảng kết quả
Nút Điện áp Góc pha Pgen Qgen
1 1,06 0 232,5 -16,3 2 1,045 -4,99 40 44,6 3 1,01 -12,74 0 25,7 4 1,0166 -10,31 0 0 5 1,0189 -8,77 0 0 6 1,07 -14,22 0 15,26 8 1,09 -13,36 0 17,05 9 1,0585 -14,94 0 0 10 1,0414 -14,89 0 0 11 1,052 -14,67 0 0 12 1,0554 -15,07 0 0 13 1,0508 -15,15 0 0 14 1,0372 -16,03 0 0
PHẦN II
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN THEO TIÊU CHUẨN IEC 60909
NGẮN MẠCH VÀ TIÊU CHUẨN IEC 60909
1.1 Ngắn mạch
Trong hệ thống điện (HTĐ), các thiết bị điện, khí cụ điện cần làm việc đảm bảo ở chế độ bình thường, đồng thời chịu được những tác động lớn khi chế độ của HTĐ thay đổi đột ngột sẽ làm phát sinh quá trình quá độ điện từ, trong đó quá trình phát sinh do ngắn mạch là nguy hiểm nhất. Khi có sự cố, hệ thống bảo vệ rơ le làm việc phát hiện kịp thời đưa tín hiệu tới các thiết bị đóng cắt đảm bảo sự làm việc của hệ thống. Việc xác định được dòng ngắn mạch giúp ta chọn đúng các thiết bị điện, khí cụ điện đồng thời chỉnh định chính xác các thông số cho hệ thống bảo vệ rơle.
Đứt dây 1 hay 2 pha trong HTĐ tuy không tạo dòng điện lớn nhưng lại có thể làm xuất hiện thành phần các thứ tự chạy trong các thiết bị điện, nếu vận hành kéo dài có thể gây hậu quả nghiêm trọng. Vì thế, xác định dòng điện và điện áp cho loại sự cố này là cần thiết để đề xuất các phương thức vận hành HTĐ hợp lý đảm bảo cả kỹ thuật và kinh tế.
1.1.1 Ngắn mạch và các loại ngắn mạch
− Ngắn mạch là một loại sự cố xảy ra trong HTĐ do hiện tượng chạm chập giữa cỏc cỏc pha không thuộc chế độ làm việc bình thường:
Trong hệ thống có trung tính nối đất (hay 4 dây) chạm chập một pha hay nhiều pha với đất (hay với dây trung tính) cũng được gọi là ngắn mạch;
Trong hệ thống có trung tính cách điện hay nối đất qua thiết bị bù, hiện tượng chạm chập một pha với đất được gọi là chạm đất 1 pha. Dòng chạm đất chủ yếu là do điện dung ký sinh của đường dây so với đất. Nó xuất hiện ở chỗ tiếp xúc với đất;
Dòng điện ở chạm đất 1 pha nhỏ hơn trong ngắn mạch 1 pha nhưng cũng có thể gây ra hồ quang điện chập chờn tại điểm tiếp xúc với đất, gây hỏng cách điện và thiết bị điện.
− Các loại ngắn mạch:
Ngắn mạch gián tiếp : là ngắn mạch qua một điện trở trung gian, gồm điện trở do hồ quang điện và điện trở của các phần tử khác trên đường đi của dòng điện từ pha này tới pha kia hoặc từ pha đến đất. Điện trở hồ quang điện thay đổi
theo thời gian, thường rất phức tạp và khó xác định chính xác. Theo thực nghiệm thì:
1000.l R=
I Với: l: Chiêu dai ho quang dien (m) I : Dong ngan mach (A).
Ngắn mạch trực tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé, có thể bỏ qua (còn được gọi là ngắn mạch kim loại);
Ngắn mạch đối xứng là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dũng, ỏp 3 pha ở tình trạng đối xứng (ngắn mạch 3 pha);
Ngắn mạch không đối xứng là dạng ngắn mạch làm cho hệ thống dũng, ỏp 3 pha mất đối xứng (các dạng ngắn mạch còn lại):
Không đối xứng ngang: Khi có sự cố xảy ra tại một điểm, mà tổng trở các pha tại điểm đó như nhau;
Không đối xứng dọc: Khi sự cố xảy ra mà tổng trở các pha tại một điểm không như nhau.
Sự cố phức tạp :là hiện tượng xuất hiện nhiều dạng ngắn mạch không đối xứng ngang, dọc trong HTĐ.
1.1.2 Nguyên nhân, hậu quả và cách khắc phục ngắn mạch 1.1.2.1 Nguyên nhân:
− Cách điện bị hỏng do: Sét đánh;
Quá điện áp nội bộ trong quá trình đóng mở mạch; Cách điện lâu ngày già cỗi, quá tuổi thọ.
− Do thao tác nhầm, trông nom các thiết bị không chu đáo;
− Do thi công các công trình gần dây cáp ngầm (do đào đất đụng phải dây cáp, chim đậu, cây đổ, ...);
− Do được tính trước để thí nghiệm, kiểm tra, ....
1.1.2.2 Hậu quả:
− Dòng ngắn mạch rất lớn so với dòng định mức, dòng tăng sinh ra phát nóng cục bộ các phần cú dũng ngắn mạch đi qua dù trong thời gian rất ngắn;
− Sinh ra lực điện động giữa các bộ phận do dòng xung kích, có thể làm hỏng khí cụ điện và dây dẫn;
− Điện áp giảm và mất đối xứng làm ảnh hưởng tới phụ tải, điện áp giảm 30 – 40%/1s làm động cơ điện có thể ngừng quay, ảnh hưởng tới sản xuất;
− Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dòng thứ tự không sinh ra khi có ngắn mạch chạm đất;
− Phá hoại sự làm việc đồng bộ của máy phát điện trong hệ thống, gây mất ổn định hệ thống và có thể dẫn tới tan rã hệ thống;
− Cung cấp điện bị gián đoạn.
1.1.2.3 Cách khắc phục dòng ngắn mạch
− Dùng sơ đồ nối dây hợp lý;
− Chọn thiết bị và bộ phận cú dũng ngắn mạch chạy qua phải chịu đựng được tác dụng nhiệt và động do dòng ngắn mạch gây nên;
− Dùng các thiết bị tự động để loại bỏ phần tử bị sự cố trong thời gian ngắn cho phép.
1.1.3 Mục đích của tính toán ngắn mạch
− Lựa chọn trang thiết bị khi thiết kế, đảm bảo an toàn dưới tác động nhiệt và cơ do dòng ngắn mạch gây ra;
− Phục vụ cho tính toán hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ và tự động hóa trong HTĐ nhằm loại trừ nhanh các phần tử sự cố ngắn mạch ra khỏi HTĐ;
− Lựa chọn sơ đồ thích hợp để giảm dòng ngắn mạch;
− Phục vụ thiết kế lựa chọn các thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch.
1.2 Giới thiệu về tiêu chuẩn IEC 60909
IEC (International Electrotechnical Commission): Hội đồng kỹ thuật điện quốc tế. Nó là một tổ chức trên toàn thế giới để tiêu chuẩn hóa bao gồm tất cả các ủy ban kỹ thuật điện quốc gia. Mục đích của IEC là thúc đẩy hợp tác quốc tế trên tất cả các vấn đề liên quan tới lĩnh vực điện và điện tử. Để đạt được mục tiêu này, ngoài những hoạt động khác, IEC công bố tiêu chuẩn quốc tế. Sự chuẩn bị của nó chính là sự ủy thác cho các ủy bạn kỹ thuật, bất kỳ ủy ban kỹ thuật điện quốc gia nào quan tâm tới vấn đề đã được đề cập có thể tham gia vào công việc chuẩn bị này. Các tổ chức quốc tế, chính phủ và phi chính phủ cũng liên lạc với IEC để tham gia trong quá trình chuẩn bị này. IEC phối hợp chặt chẽ với tổ chưc tiêu chuẩn hóa quốc tế ISO (International Organization for Standardization) phù hợp với điều kiện đã được xác định bởi thỏa thuận giữa hai tổ chức.
Các quyết định chính thức hay thỏa thuận của IEC về trình bày những vấn đề kỹ thuật, như gần nhất, một ý kiến đồng thuận quốc tế về những vấn đề liên quan vì mỗi ủy ban kỹ thuật có một đại diện từ tất cả các ủy ban quốc gia có liên quan.
Những tài liệu sản xuất có hình thức những khuyến nghị cho toàn thế giới sử dụng và được công bố dưới hình thức các tiêu chuẩn, thông số kỹ thuật, báo cáo kỹ thuật hay hướng dẫn và chúng được chấp nhận bởi các ủy ban quốc gia trong những ý nghĩa đó. Để thúc đẩy sự thống nhất quốc tế, Ủy ban quốc gia IEC thực hiện áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế IEC rõ ràng tới mức có thể trong các
tiêu chuẩn khu vực và quốc gia của họ. Có một vài sự khác nhau giữa tiêu chuẩn IEC và tiêu chuẩn quốc gia hay khu vực tương ứng sẽ được nói rõ trong phần sau. IEC không cung cấp các thủ tục đánh dấu để thể hiện sự chấp thuận của nó và không chịu trách nhiệm cho những thiết bị đã bị công nhận là không còn phù hợp với một trong các tiêu chuẩn của nó. Sự chú ý là khả năng một số yếu tố của tiêu chuẩn này có thể là đối tượng của bản quyền sáng chế. IEC sẽ không chịu trách nhiệm cho việc xác định bất kỳ hay tất cả các bản quyền sáng chế như vậy.
Tiêu chuẩn quốc tế IEC 60909-0 đã được chuẩn bị bởi ủy ban kỹ thuật IEC 73. Đó là phiên bản đầu tiên bị hủy bỏ và thay thế IEC 60909 được công bố vào năm 1988 và tạo ra một sự sửa đổi kỹ thuật.
Tiêu chuẩn IEC 60909-0 được xuất bản cùng với các tiêu chuẩn kỹ thuật, báo cáo kỹ thuật và thông số kỹ thuật sau:
− IEC TR2 60909-1: 1991, tớnh dũng ngắn mạch trong hệ thống 3 pha– phần I: Các hệ số để tính toán dòng ngắn mạch trong hệ thống 3 pha theo IEC 60909-0;
− IEC TR3 60909-2: 1992, Thiết bị điện, số liệu tính toán dòng ngắn mạch phù hợp với IEC 60909;
− IEC 60909-3: 1995, tính toán dòng ngắn mạch trong hệ thống 3 pha;
− IEC TR 60909-4: tớnh dũng ngắn mạch trong hệ thống 3 pha- phần 4: ví dụ tính toán dòng ngắn mạch.
Tiêu chuẩn IEC 60909 ứng dụng để tớnh cỏc dũng ngắn mạch cho các lưới điện xoay chiều ở cấp hạ áp và cao áp làm việc ở tần số 50Hz hoặc 60Hz. Đối với các hệ thống siêu cao áp, có mức điện áp 550 kV và cao hơn với đường dây truyền tải dài thì cần những chú ý đặc biệt hơn.
Tiêu chuẩn IEC thiết lập một thủ tục đầy đủ, thực tế và súc tích đưa đến kết quả, nói chung độ chính xác chấp nhận được. Đối với phương pháp tính toán này, một nguồn điện áp tương đương tại vị trí ngắn mạch được đưa ra. Dù vậy các phương pháp như xếp chồng vẫn được sử dụng, điều chỉnh với một số trường hợp cụ thể mà vẫn cho kết quả với độ chính xác tương đương nhau. Phương pháp xếp chồng cho dòng ngắn mạch liên quan tới một dòng tải giả sử. Với phương pháp này, không cần thiết dẫn đến dòng ngắn mạch lớn nhất.
Phần IEC 60909 giới thiệu cách tính toán cỏc dũng ngắn mạch trong trường hợp ngắn mạch đối xứng hay không đối xứng. Do tính chất và hiện tượng vật lý
khác nhau (dẫn đến các yêu cầu tính toán khác nhau) nên trong trường hợp ngắn mạch một pha chạm đất chúng ta cần phân biệt hai trường hợp sau:
− Ngắn mạch một pha chạm đất trong lưới điện nối đất trực tiếp hoặc qua tổng trở nối đất.
− Ngắn mạch 1 pha chạm đất trong lưới điện trung tính không nối đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang. Trường hợp này không được xét đến trong tiêu chuẩn IEC 60909.
Việc tính toán trở kháng ngắn mạch nói chung cơ bản dựa trên việc đánh giá số liệu của các thiết bị điện và sắp xếp theo hình học topo của hệ thống và có ưu điểm là có thể cho cả hệ thống hiện hành và toàn hệ thống ở giai đoạn kế hoạch.
Nói chung, chúng ta thường quan tâm tới hai dòng ngắn mạch có biên độ khác nhau sau:
− Dòng ngắn mạch lớn nhất, nó được dùng để xác định công suất định mức của thiết bị điện.
− Dòng ngắn mạch nhỏ nhất, nó được dùng cho việc lựa chọn cầu chì, cài đặt các thiết bị bảo vệ và kiểm tra độ nhạy của các thiết bị bảo vệ.
Tiêu chuẩn này không bao gồm cỏc dũng ngắn mạch cố tình tạo ra dưới sự kiểm soát của các điều kiện (các trạm thử nghiệm ngắn mạch). IEC 60909 không giải quyết tính toán cỏc dũng ngắn mạch trong các trạm trên tàu và máy bay.
1.2.1 Các định nghĩa
− Ngắn mạch là sự ngẫu nhiên hay cố tình mà đường dẫn điện giữa hai hay nhiều bộ phận dẫn điện buộc hiệu điện thế giữa các bộ phận dẫn điện bằng 0 hay gần bằng 0.
− Ngắn mạch hai pha là sự ngẫu nhiên hay cố tình mà đường dẫn điện giữa hai hay nhiều dây dẫn điện có hoặc không nối đất.
− Ngắn mạch một pha chạm đất là sự ngẫu nhiên hay cố tình mà đường dẫn điện trong hệ thống có trung tính nối đất trực tiếp hay tổng trở của hệ thống nối đất giữa một dây dẫn điện và nối đất bộ phận.
− Dòng ngắn mạch: là kết quả của một ngắn mạch trong hệ thống điện.
− Dòng ngắn mạch tính toán (prospective short-circuit current): được tính khi ngắn mạch được thay thế bởi một kết nối lý tưởng (tổng trở ngắn mạch rất nhỏ, có thể bỏ qua) mà không có bất kỳ sự thay đổi nào của nguồn cung cấp.
− Dòng ngắn mạch đối xứng: giá trị hiệu dụng của thành phần đối xứng xoay chiều của dòng ngắn mạch tính toán. Thành phần không chu kỳ của dòng được bỏ qua.
− Dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu '' k
I : giá trị hiệu dụng của thành phần đối xứng xoay chiều của dòng ngắn mạch tính toán, áp dụng ngay lúc ngắn mạch nếu tổng trở giữ nguyên giá trị như thời điểm ban đầu.
− Thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch id.c là giá trị nằm ở giữa đường bao trên và đường bao dưới của thành phần đối xứng xoay chiều của dòng ngắn mạch tính toán giảm từ một giá trị ban đầu tới 0.
− Dòng ngắn mạch đỉnh ip là giá trị lớn nhất có thể có của dòng ngắn mạch
− Dòng cắt ngắn mạch đối xứng Ib: là giá trị hiệu dụng của một chu kỳ của thành phần đối xứng xoay chiều của dòng ngắn mạch tính toán tại thời điểm tách sự tiếp xúc của cực đầu tiên để mở thiết bị đóng cắt.
− Dòng ngắn mạch duy trì Ik: là giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch được duy trì sau khi chế độ quá độ suy giảm.
− Giá trị điện áp định mức Un: là giá trị điện áp pha của một hệ thống được xác định và các thông số vận hành của hệ thống đều có sự liên quan.
− Thời gian trễ nhỏ nhất tmin: là thời gian nhỏ nhất từ lúc bắt đầu ngắn mạch tới khi tách sự tiếp xúc của cực đầu tiên để mở thiết bị đóng cắt.
1.2.2 Các ký hiệu quy ước, chỉ số dưới, chỉ số trên
Các phương trình được cho trong tiêu chuẩn này được viết mà không có đơn vị quy định cụ thể. Các ký hiệu biểu diễn các đại lượng vật lý có cả hai giá trị số và kích thước đó là sự độc lập của đơn vị, cung cấp hệ thống đơn vị được chọn