Chương 1: Tổng quan Tmax là đặc trưng quan trọng của đồ thị phụ tải, thường được thống kê cho các loại phụ tải, nếu biết Pmax và Tmax ta tính được năng lượng tiêu thụ: Tmax và Tdk là đặc trưng rất quan trọng của đồ thị phụ tải, nó cho biết mức độ tiêu thụ năng lượng của phụ tải và mức độ sử dụng công suất đặc của thiết bị phân phối điện. Phụ tải được tính toán để phục vụ quy hoạch và thiết kế lưới điện hoặc để đánh giá kỹ thuật – kinh tế, trạng thái của lưới điện đang vận hành. SVTH: Võ Hiếu Hảo 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương 2: Lý thuyết ngắn mạch trong hệ thống điện CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2. Đặc điểm của dòng điện ngắn mạch 2.Khái niệm Ngắn mạch trong hệ thống điện chỉ hiện tượng các dây dẫn pha trạm nhau, chạm đất (trong hệ thống có trung tính nối đất) hoặc chạm dây trung tính.
Khi ngắn mạch xảy ra, tổng trở của hệ thống giảm đi, các đại lượng mạch, điện áp và dòng điện sẽ bị thay đổi và mạch trải qua quá trình quá độ đến duy trì. Ngắn mạch thường là ngắn mạch thoáng qua, là loại ngắn mạch có thể tự hết và khi được loại trừ bằng tác động của máy cắt sẽ không xuất hiện lại sau đó nữa. Nguyên nhân gây ra loại ngắn mạch này thường là sét, dây dẫn lắc lư gây ra phóng điện và sự va chạm của các vật thể khác vào đường dây. Ngắn mạch lâu dài là loại ngắn mạch vẫn tồn tại khi đóng máy cắt trở lại sau tác động cắt tức thời nếu không có biện pháp xử lý.
Nguyên nhân gây ra có thể là do chạm đất, sứ cách điện bị vỡ, hư hỏng cách điện, bộ phận bảo vệ quá điện áp xung bị hỏng. Các dạng ngắn mạch trong hệ thống điện Trong hệ thống điện ngắn mạch được chia thành ngắn mạch 3 pha đối xứng và ngắn mạch không đối xứng. Ngắn mạch đối xứng Là dạng ngắn mạch 3 pha (N(3), 3PH): Không thường xảy ra (khoảng 5%), khi xảy ra dòng ngắn mạch trên các pha cân bằng nhau và gây sự cố nặng nề nhất. Do tính đối xứng nên khi tính toán có thể thực hiện trên một pha sau đó suy ra các pha khác.
SVTH: Võ Hiếu Hảo 11 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương 2: Lý thuyết ngắn mạch trong hệ thống điện Hình 2.1 Ký hiệu ngắn mạch 3 pha 2.Ngắn mạch không đối xứng Ngắn mạch không đối xứng bao gồm: - Ngắn mạch một pha chạm đất (N(1), 1LG): xảy ra khi có một dây pha bị đứt rơi xuống đất hoặc có vật dẫn như cây cối, … chạm vào dây dẫn, nhiều nhất là do phóng điện của một dây dẫn với cột. Có khoảng 65% ngắn mạch trên đường dây truyền tải là ngắn mạch một pha chạm đất.2 Ký hiệu ngắn mạch 1 pha chạm đất - Ngắn mạch hai pha không chạm đất (N(2), L-L): hiện tượng dây dẫn của hai pha chạm với nhau do một dây đứt rơi vào dây kia hay do một vật dẫn khác ngoài đường dây vướng vào dây dẫn tạo điểm chung giữa hai dây pha. Có khoảng 10% sự cố trong hệ thống là ngắn mạch hai pha.3 Ký hiệu ngắn mạch 2 pha không chạm đất - Ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1,1), 2LG): hiện tượng hai dây dẫn chạm với nhau đồng thời chạm với đất tạo mạch kín nguyên nhân do dây đứt , cây cối sát đường dây cọ quẹt,…. Có khoảng 20% sự cố trong hệ thống là ngắn mạch hai pha chạm đất.
SVTH: Võ Hiếu Hảo 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương 2: Lý thuyết ngắn mạch trong hệ thống điện Hình 2.4 Ký hiệu ngắn mạch 2 pha chạm đất * Hậu quả của sự cố ngắn mạch: - Phát nóng cục bộ rất nhanh gây cháy nổ - Sinh ra lực điện động lớn phá huỷ các vật xung quanh - Tạo ra các phần tử gây nhiễu, bất đối xứng ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. - Gây sụt áp lưới, gián đoạn cung cấp điện. Tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện Việc tính toán dòng điện ngắn mạch là quan trọng trong vận hành hệ thống điện, các thông số có được trong việc tính toán ngắn mạch dùng để: chọn trang thiết bị phù hợp, tính toán giá trị đặt rơle điều khiển máy cắt, giải dòng ngắn mạch trong hệ thống điện, nghiên cứu ổn định hệ thống. Tính toán ngắn mạch đối xứng Đối với một hệ thống điện 3 pha, trong trường hợp ngắn mạch 3 pha trực tiếp thì điện áp của cả 3 pha tại thời điểm ngắn mạch đều bằng 0, dòng điện trên 3 pha đối xứng và lệch nhau một góc 1200.
Do đó chỉ cần tính dòng ngắn mạch cho một dây dẫn như cho các đặc tính tải đối xứng. Trong hầu hết các bài toán ngắn mạch dòng sự cố được tính theo định lý Thevenin. Với: ZTh là tổng trở nhìn từ chổ xảy ra ngắn mạch về hệ thống khi các nguồn bị nối tắt. ZTh tìm được nhờ vào sự biến đổi tương tương sơ đồ tổng trở hay từ ma trận tổng trở thanh cái VTh, VN(0): Điện áp tại điểm ngắn mạch trước sự cố gọi là điện áp tương đương Thevenin Do dòng tải trước sự cố rất bé so với dòng ngắn mạch, nên khi tính toán ngắn mạch dòng tải thường được bỏ qua, nghĩa là coi như trước sự cố không có dòng điện chạy trên các đường dây và điện áp trong mạch đều như nhau và đều bằng điện áp đầu cực máy phát hay điện áp đầu cực hệ thống cung cấp: Để tính toán các giá trị dòng ngắn mạch thì giá trị tổng trở của các phần tử khác nhau trong sơ đồ như máy biến áp, máy phát, động cơ, đường dây,…phải được xác SVTH: Võ Hiếu Hảo 13 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương 2: Lý thuyết ngắn mạch trong hệ thống điện định từ nhãn máy, sổ tay hay catalogue.
Các giá trị tổng trở đó có thể tính theo đơn vị Ohm, phần trăm hay đơn vị tương đối. Có các phương pháp tính ngắn mạch sau: 2. Phương pháp tính trong đơn vị có tên Trong phương pháp này, các đại lượng như dòng, áp, công suất, tổng trở đường dây được hiểu đúng đơn vị của chúng ví dụ đơn vị của điện trở là Ohm (Ω). Tuy nhiên, nếu hệ thống bao gồm nhiều hơn một cấp điện áp thì các giá trị tính theo đơn vị Ohm sẽ thay đổi bằng bình phương tỷ lệ của các cấp điện áp.
Hay nói cách khác, giá trị Ohm sẽ thay đổi từ phía này sang phía kia của biến áp. Khi tính theo phương pháp này đòi hỏi các giá trị tổng trở phải được quy về một cấp điện áp.Phương pháp phần trăm Tính toán một hệ thống điện bằng phương pháp phần trăm khác với phương pháp đơn vị tương đối bởi hệ số 100 (giá trị phần trăm = 100x giá trị tương đối). Phương pháp này ít được sử dụng tính toán do nó dể dẫn dến những sai số cơ bản ví dụ như 50% dòng điện x 100% giá trị điện trở = 50% điện áp chứ không phải bằng 5000% như phép tính 50 x 100. Phương pháp đơn vị tương đối Trong phương pháp đơn vị tương đối khi hệ thống có nhiều cấp điện áp, ta phải biến đổi các giá trị tổng trở về cùng một cấp điện áp.
Các giá trị dòng điện tính toán nếu cần biết giá trị chính xác cũng cần phải quy đổi về đúng với cấp điện áp của mạng đường dây chứa nó. Để tránh điều này, trong hệ thống điện người ta thường sử dụng hệ đơn vị tương đối cho các đại lượng vật lý khác nhau như là công suất, dòng điện, điện áp và tổng trở được biểu diễn dưới dạng phân số thập phân hay bội số thập phân của các đại lượng cơ bản. Trong một hệ thống như vậy, các cấp điện áp khác nhau sẽ không xuất hiện và mạng điện mới bởi máy phát, máy biến áp, đường dây sẽ trở thành một hệ thống các tổng trở không có đơn vị. Giá trị trong đơn vị tương đối của các đại lượng được định nghĩa như sau: Giá trị trong đvtđ = giá trị thực của đại lượng / giá trị cơ bản của đại lượng Chẳng hạn: Ở đây, tử số là các đại lượng có hướng hay giá trị phức còn mẫu số luôn là số thực.
SVTH: Võ Hiếu Hảo 14 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương 2: Lý thuyết ngắn mạch trong hệ thống điện Công suất 3 pha cơ bản Scb (MVA) và điện áp dây cơ bản Vcb (kV) sẽ được chọn sao cho gần với các giá trị danh định. Dòng điện cơ bản và tổng trở cơ bản thì phụ thuộc vào Scb và Vcb và tuân theo các định luật dòng điện: Khi trong mạng điện chứa máy biến áp, giá trị điện áp sẽ được chọn khác nhau cho mỗi phía máy biến áp và tỷ số các điện áp cơ bản phải bằng với tỷ số biến áp. Giá trị công suất cơ bản không thay đổi trong toàn mạng. Bỏ qua điện trở do kháng trở lớn, công thức độ lớn dòng ngắn mạch 3 pha tại nút k trong hệ đơn vị tương đối được viết như sau: Với: là điện áp tại nút k trước sự cố trong hệ tương đối là kháng trở trong hệ tương đối nhìn từ nút k về hệ thống.
Biểu diễn dòng sự cố trong đơn vị có tên: Với 2. Tính toán ngắn mạch dùng ma trận tổng trở thanh cái Các phương pháp trên khi tính toán cần phải thu gọn mạch về một tổng trở tương đương nhưng với mạng điện lớn có nhiều nút thì rất khó khăn trong việc biến đổi vì vậy người ta sử dụng ma trận tổng trở thanh cái (nút) để tính dòng ngắn mạch dể dàng và thuận tiện hơn. SVTH: Võ Hiếu Hảo 15 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương 2: Lý thuyết ngắn mạch trong hệ thống điện Mạng điện Hình 2.5 Sơ đồ mạng tiêu biểu Xét hệ thống điện n nút như trên hình 2. Hệ thống giả thuyết là vận hành trong tình trạng 3 pha đối xứng và có thể được biểu diễn bằng mô hình một pha.
Mỗi máy được thay thế bởi một nguồn áp không đổi nối tiếp với một kháng trở có giá trị hoặc hoặc tuỳ theo chế độ tính toán. Đường dây truyền tải được thay bằng mô hình tương đương hình hay Z đơn giản và tất cả tổng trở được biểu diễn trong hệ đơn vị tương đối theo một cơ baner chung. Một sự cố 3 pha đối xứng xảy ra tại thanh cái k qua tổng trở chạm ZN. Các điện áp nút ( điện áp pha) trước sự cố có thể nhận được bằng việc tính toán phân bố công suất trong mạng và được biểu diễn bằng một vectơ cột.