CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH RƠLE Trạm biến áp chỉ làm việc an toàn, tin cậy với hệ thống bảo vệ rơ le tác động nhanh, nhạy và đảm bảo độ chọn lọc. Để lựa chọn và chỉnh định các thiết bị bảo vệ phải tính toán dòng ngắn mạch đi qua chỗ đặt bảo vệ. Yêu cầu của việc tính toán ngắn mạch là phải xác định được dòng ngắn mạch lớn nhất để phục vụ cho việc chỉnh định rơle và dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy cho rơ le đã được chỉnh định. Trong hệ thống điện (HTĐ) người ta thường xem xét các loại ngắn mạch: 3 pha (N(3)); 2 pha (N(2)); 2 pha chạm đất (N(1,1)) và 1 pha (N(1)).
Khi đó dòng ngắn mạch 2 pha nhỏ hơn dòng ngắn mạch 3 pha (I N = ( √ 3 /2). Dòng điện ngắn mạch 2 pha chạm đất và dòng (2) (3) điện ngắn mạch 1 pha thì tuỳ vào quan hệ giữa tổng trở thứ tự thuận và tổng trở thứ tự không mà có thể lớn hơn hoặc bé hơn dòng ngắn mạch 3 pha. Do đó, khi tính dòng điện ngắn mạch lớn nhất, không cần tính cho N(2) và khi tính dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất không tính cho N(3). Các giả thiết và công thức sử dụng trong tính toán ngắn mạch Để tính toán ngắn mạch ta có một số giả thiết như sau: Tần số của hệ thống không thay đổi.
Bỏ qua phụ tải khi tính toán ngắn mạch. Mạch từ không bị bão hoà, khi đó mạch điện là tuyến tính nên ta có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng trong tính toán. Bỏ qua các lượng nhỏ trong thông số của một số phần tử: Bỏ qua dung dẫn của các đường dây điện áp thấp. Bỏ qua mạch từ hoá của các máy biến áp.
Bỏ qua điện trở cuộn dây máy biến áp và đường dây. Hệ thống sức điện động 3 pha của nguồn là đối xứng. Các tính toán thực hiện trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. Các thông số cuối cùng sẽ được chuyển sang hệ đơn vị có tên.
Trước hết ta thành lập các sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không, sau đó biến đổi về sơ đồ đẳng trị sau: I1N I2N I0∑ X1∑ X2∑ N X0∑ N EHT N Thuận Nghịch Không Hình TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH RƠLE.1 Các sơ đồ tính toán ngắn mạch 7 Sinh viên: Lê Minh Chiến Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le Trong đó: - X1: Điện kháng thứ tự thuận. - X2: Điện kháng thứ tự nghịch. - X0: Điện kháng thứ tự không. Bảng TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH RƠLE.1 Các hệ số trong sơ đồ tính toán ngắn mạch Dạng ngắn mạch N(n) n X(n) m(n) N(1) 1 X2 + X0 3 N(2) 2 X2 √3 N(1,1) N(3) 1,1 3 X2 // X0 0 √ √ 3.
Quy đổi các thông số hệ thống và thiết bị a. Chọn đại lượng cơ bản: Chọn đại lượng cơ bản như sau: Scb = Sđm MBA = 63 MVA Ucb = Utb các cấp (115; 23; 10,5 kV) Cấp điện áp 110 kV có Utb1 = 115 kV: Scb 63 Icb1 = = = 0,316 kA √ 3. 115 Cấp điện áp 22 kV có Utb2 = 23 kV: Scb 63 Icb2 = = = 1,581 kA √ 3. 23 Cấp điện áp 10,5 kV có Utb3 = 10,5 kV: Scb 63 Icb3 = = = 3,464 kA √ 3.
Điện kháng hệ thống Chế độ max: Scb 63 X 1maxHT = X 2maxHT = = = 0,088 SNmax 720 X 0maxHT = 2,6. 0,088 = 0,228 Chế độ min: Scb 63 X 1minHT = X 2minHT = = = 0,117 SNmin 540 X 0minHT = 2,6. Điện kháng của máy biến áp 8 Sinh viên: Lê Minh Chiến Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le Điện kháng máy biến áp 3 cuộn dây: Điện áp ngắn mạch của các cuộn dây: 1 1 U CN % =. ( U C-H N % + UN % - UN % ) = T-H C-T ( 17 + 6 - 10,5 ) = 6,25 % 2 2 Điện kháng cuộn cao: U CN % Scb 10,75 63 XC =.
= 0,108 100 Sdd 100 63 Điện kháng cuộn trung: XT = 0 Điện kháng cuộn hạ: U NT % Scb 6,25 63 XH =. = 0,063 100 Sdd 100 63 Điện kháng máy biến áp hai cuộn dây hạ áp: U N % Scb 6,1 63 X KH1 =. Điện kháng của đường dây xuất tuyến 22 kV Thông số đường dây: X1 = 0,327 Ω/km X0D = 2,8. X1D Đường dây D1: L = 1,2 km Scb 63 X 1D1 = X 2D1 = X 1.
0,047 = 0,131 Đường dây D2: L = 1,5 km Scb 63 X 1D2 = X 2D2 = X 1. 0,058 = 0,164 9 Sinh viên: Lê Minh Chiến Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le Đường dây D3: L = 1 km Scb 63 X 1D3 = X 2D3 = X 1. Tính toán ngắn mạch Vị trí các điểm cần tính ngắn mạch: 10,5k N3 BI3 115kV N3’ BI1 23,5k Hệ thống BI2 N1 N1’ N2 N2’ BI01 BI02 Hình TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH RƠLE.2 Vị trí các điểm ngắn mạch 1. Chế độ cực đại 1.
Điểm ngắn mạch N1 Phía 110 kV của MBA có trung tính trực tiếp nối đất nên việc tính dòng điện ngắn mạch thực hiện ở ba dạng N(3), N(1) và N(1,1) Các sơ đồ thay thế: I1∑ N1 X1∑ BI1 EHT 0,088 U1N1 Hình TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH RƠLE.3 Sơ đồ thứ tự thuận (nghịch) khi ngắn mạch tại N1 10 Sinh viên: Lê Minh Chiến Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le IOH I0B XOH N1 BI1 XC XH 0,228 I0∑ U0N1 0,108 0,063 I0∑ N1 X0∑ 0,097 U0N1 Hình TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH RƠLE.4 Sơ đồ thứ tự không khi ngắn mạch tại N1 Ta có: X 1Σ = X 2Σ = X 1HT = 0,088 X 3 = X C + X H = 0,108 + 0,063 = 0,170 X 0HT. Ngắn mạch ba pha N(3) - Dòng ngắn mạch 3 pha: E 1 I(3) N = = = 11,429 X 1Σ 0,088 * Xét điểm ngắn mạch N1 trước BI1: - Dòng qua các BI bằng 0: * Xét điểm ngắn mạch N1’ sau BI1: - Dòng điện chạy qua BI1: (3) I BI 1 = I N = 11,429 - Dòng qua các BI còn lại bằng 0 11 Sinh viên: Lê Minh Chiến Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le b. Ngắn mạch 1 pha N(1) - Các thành phần dòng điện và điện áp tại chỗ ngắn mạch: + Dòng điện thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không: (1) (1) 1 1 I1Σ = I2Σ = I(0Σ 1) = = = 3,672 (1) X 1Σ + X Δ 0,088 + 0,185 + Điện áp thứ tự không tại điểm ngắn mạch: U (Σ0N 1) = - I(0Σ 1). 0,097 = -0,357 + Dòng điện thành phần TTK về phía máy biến áp: 0 - U (1) Σ0N 0,357 I0B = = = 2,102 X3 0,170 + Dòng điện thành phần TTK về phía hệ thống: I0HT = I0Σ - I0B = 3,672 - 2,102 = 1,571 * Xét điểm ngắn mạch N1 trước BI1: - Dòng điện chạy qua BI1: + Dòng điện thứ tự không chạy qua BI1: I0BI1 = I0B = 2,102 + Dòng ngắn mạch chạy qua BI1: I BI1 = I0B = 2,102 - Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01: I BI01 = 3.
2,102 = 6,306 - Dòng điện chạy qua các BI còn lại bằng 0 * Xét điểm ngắn mạch N1’ sau BI1: - Dòng điện chạy qua BI1: + Dòng điện thứ tự không chạy qua BI1: I0BI1 = I0HT = 1,571 + Dòng ngắn mạch chạy qua BI1: I BI1 = I1 Σ + I2 Σ + I0HT = 2. 3,672 + 1,571 = 8,916 + Dòng ngắn mạch chạy qua BI1 đã loại bỏ thành phần thứ tự không: I BI1 = I1 Σ + I2 Σ = 2. 3,672 = 7,345 12 Sinh viên: Lê Minh Chiến Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le - Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01: I BI01 = 3. 2,102 = 6,306 - Dòng điện chạy qua các BI còn lại bằng 0.
Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) - Các thành phần dòng điện và điện áp tại chỗ ngắn mạch: + Dòng điện thứ tự thuận: ( 1,1 ) 1 1 I1Σ = ( 1,1 ) = = 7,487 X 1Σ + X Δ 0,088 + 0,046 + Dòng điện thứ tự nghịch: ( 1,1 ) ( 1,1 ) X 0Σ 0,097 I2Σ = - I1Σ. = -3,942 X 0Σ + X 2Σ 0,097 + 0,088 + Dòng điện thứ tự không: X 2Σ 0,088 I(0Σ 1,1 ) ( 1,1 ) = - I1Σ. = -3,545 X 0Σ + X 2Σ 0,097 + 0,088 + Điện áp chỗ ngắn mạch: ( 1,1 ) ( 1,1 ) U 1N = U 2N = U (0N 1,1 ) ( 1,1 ) = I1Σ. 0,046 = 0,345 + Dòng điện thành phần TTK về phía máy biến áp: - U (1,1) Σ0N -0,345 I0B = = = -2,029 X3 0,170 + Dòng điện thành phần TTK về phía hệ thống: I0HT = I0Σ - I0B = -3,545 + 2,029 = -1,516 * Xét điểm ngắn mạch N1 trước BI1: - Dòng điện chạy qua BI1: + Dòng điện thứ tự không chạy qua BI1: I0BI1 = |I0B| = 2,029 + Dòng ngắn mạch chạy qua BI1: I BI1 = |I0B| = 2,029 - Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01: I BI01 = 3.
2,029 = 6,087 - Dòng điện chạy qua các BI còn lại bằng 0 13 Sinh viên: Lê Minh Chiến Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le * Xét điểm ngắn mạch N1’ sau BI1: - Dòng điện chạy qua BI1: + Dòng điện thứ tự không chạy qua BI1: I0BI1 = |I0HT| = 1,516 + Dòng ngắn mạch chạy qua BI1: | |. 3,942 - 1,516 = 10,429 | + Dòng ngắn mạch chạy qua BI1 đã loại bỏ thành phần thứ tự không: | |. 3,942 = 10,055 ) | - Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01: I BI01 = 3. Điểm ngắn mạch N2 Phía 22 kV của MBA có trung tính trực tiếp nối đất nên việc tính dòng điện ngắn mạch thực hiện ở ba dạng N(3), N(1) và N(1,1) I1H I1B X1H BI1 XC XT BI2 N2 0,088 0,108 0 I1∑ U1N1 I1∑ N2 X1∑ 0,195 U1N1 Hình TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH RƠLE.