Bài giảng Cung cấp điện: Tính toán ngắn mạch

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

99
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của bài giảng "Cung cấp điện: Tính toán ngắn mạch" trình bày tác hại của dòng ngắn mạch, phân loại dòng ngắn mạch, phân loại dòng ngắn mạch và hệ số bất đối xứng Ki. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cung cấp điện: Tính toán ngắn mạch

CUNG CÂP ĐIÊN ́ ̣ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 1
NỘI DUNG BÀI GIẢNG 1.TÔNG QUAN: ̉ v Tać hai ̣ c ua do ̉ ng ̀ ng ăn mac ́ ̣ h. v Phân lo ai ̣ do ng ̀ ng ăn mac ́ ̣ h . v Do ng ̀ ng ăn mac ́ ̣ h tưć th ơi ̀. v Hê ̣ s ô ́ bât đô ́ ́i x ứng Ki 2.TINH TOAN DONG NGĂN MACH: ́ ́ ̀ ́ ̣ v Phân lo ai ̣ do ng ̀ ng ăn mac ́ ̣ h. v Do ng ̀ Ng ăn Mac ́ ̣ h 3 pha (PP Tô ̉ng Trở). v Ph ương phap xac ́ ́ đinh Tô ̣ ̉ng Trở c ho thiê ́t bi va ̣ ̀ đ ươ ̀ng dây truyê ̀n tai.̉ 2
1.TÔNG QUAN ̉ Trong quá trình tính toán cung cấp điện, cần quan tâm đến việc tính toán dòng ngắn mạch,điều này thường dẫn đến việc điều chỉnh thay đổi kích thước dây dẫn. Dòng ngắn mạch phải được tính toán tại mỗi mức trong sơ đồ lắp đặt để xác định khả năng chịu đựng khi ngắt dòng sự cố của các khí cụ bảo vệ Trong quá trình tính toán, cần xác định hai giá trị của dòng ngắn mạch sau đây: Dòng ngắn mạch cực đại . Dòng ngắn mạch cực tiểu. 3
Dòng ngắn mạch cực đại : Dùng xác định khả năng ngắt mạch (Icu) cho các MCCB. Khả năng chịu đựng lực điện động của hệ thống dây dẫn và các khí cụ ngắt mạch khác (switch gear . . .). Dòng ngắn mạch cực đại tương ứng với các sự cố ngắn mạch tại vùng lân cận phía đầu ra của các khí cụ bảo vệ. 4
Dòng ngắn mạch cực tiểu: Sử dụng khi chọn đặc tính ampere giây cho các khí cụ ngắt mạch: MCCB hay cầu chì. Trong các trường hợp đường dây cable dài hay tổng trở nguồn có giá trị tương đối lớn (như máy phát điện dự phòng, UPS. . ). Trong trường hợp tính toán đảm bảo tuổi thọ cho MCCB, cầu chì trong các sơ đồ nối đất TN hay IT. Dòng ngắn mạch cực tiểu ứng với sự cố ngắn mạch phía cuối đường dây cần bảo vệ, thường là ngắn mạch pha với dây nối đất (mạng hạ thế) hay giữa 2 dây pha (mạng trung thế hay cao thế). 5
DOØ NG NGAÉN MAÏCH TÖØTREÂ N XUOÁ NG CAÁP COÂ NG SUAÁT % ÑIEÄ N AÙ P NGAÉ N BIEÁ N AÙ P HV/LV MAÏCH usc % ° HEÄSOÁCOÂ NG SUAÁT Isc TAÏI ÑAÀ U RA ÑAË C TÍNH DAÂ Y DAÃ N ° HEÄSOÁNGAÅU NHIEÂ N MAÙ Y BIEÁ N AÙ P MCCB chính ° HEÄSOÁNHIEÄ M VUÏ THANH CAÙ I (BUS BAR) ° HEÄSOÁDÖÏÑOAÙN MÔÛROÄ NG ° DAØ I KHAÛNAÊ NG NGAÉ T MAÏCH ° ROÄ NG. ° DAÀ Y CHÌNH NGAÉ T ST & Inst DAÂY CAÙP (CABLE) Isc TAÏI ÑAÀ U RA MCCB haï theámaïch ° LOAÏI CAÙCH ÑIEÄ N KHÍ CUÏ LV ÑOÙNG ° SOÁDAÂ Y TRONG LOÛ I NGAÉT CHÍNH phaâ n phoái chính ° BEÀDAØ I KHAÛNAÊ NG NGAÉ T MAÏCH ° TIEÁ T DIEÄ N CHÌNH NGAÉ T ST & Inst MOÂI TRÖÔØNG Isc TAÏI ÑAÀ U VAØO ° NHIEÄT ÑOÄ MCCB haï theámaïch KHÍ CUÏ TAÀNG ° PP LAÉP ÑAË T ° SOÁMAÏCH LAÂN CAÄ N THÖÙNHÌ phaâ n phoái thöùnhì KHAÛNAÊ NG NGAÉ T MAÏCH CHÌNH NGAÉ T ST & Inst ° DOØ NG ÑIEÄN CUNG CAÁ P ÑÒNH MÖÙ C Isc TAÏI ÑAÀU VAØ O MCCB haï theámaïch ° ÑOÄSUÏT AÙ P KHÍ CUÏ TAÀNG CUOÁ I CUØ NG phaâ n phoá i cuoá i KHAÛNAÊ NG NGAÉ T MAÏCH CHÌNH NGAÉ T ST & Inst CAÁP COÂ NG SUAÁT Isc TAÏI ÑAÀ U RA BIEÁ N AÙ P HV/LV KHÍ CUÏ TAÀNG CUOÁ I CUØ NG ST : thôøi gian ngaén (Short Time) Inst : töù c thôø i (Instantaneous) Isc : Doø ng ngaé n maïch (Short circuit) 6
NGAÉ N MAÏCH 3 PHA NGAÉ N MAÏCH 2 PHA CAÙ CH ÑAÁ T Ngắn mạch pha với đất NGAÉ N MAÏCH PHA – PHA - ÑAÁ T NGAÉ N MAÏCH PHA – ÑAÁ T chiếm 80% trong các sự cố ngắn mạch . DOØ NG NGAÉ N MAÏCH MOÄ T PHAÀ N DOØ NG NGAÉN MAÏCH ÑI TRONG THANH DAÃ N VAØÑAÁT Ngắn mạch pha với pha chiếm 15% trong các sự cố ngắn mạch . Loại sự cố này thường chuyển hóa sang sự cố ngắn mạch 3 pha. Ngắn mạch 3 pha chiếm 5% của các sự cố ban đầu. 7
HỆ QUẢ CỦA SỰ CỐ ngắn mạch: Tùy thuộc vào quá trình và loại sự cố ngắn mạch sẽ dẫn đến các hệ quả khác nhau. Tại vị trí sự cố: hồ quang điện tạo thành phá hủy cách điện, hàn dính các thanh dẫn, phát hỏa, gây thiệt hại tổn thương đến nhân mạng. Trên các mạch có sự cố: lực điện động làm biến dạng các thanh dẫn (bus bar), đứt gián đoạn dây cable. Hiện tượng quá nhiệt làm tăng tổn hao nhiệt có thể dẫn đến phá hủy cách điện. Trên các mạch KHÁC GẦN MẠCH có sự cố : áp giảm thấp trong suốt thời gian xãy ra sự cố, từ vài giây đến vài trăm giây, làm ngắt hở một phần của lưới điện bởi các khí cụ bảo vệ. Tạo sự bất ổn động lực, làm tăng tổn hao trong các máy điện đồng bộ, gây rối loạn hệ thống điều khiển và các mạch hiển thị. 8
KHẢO SÁT DÒNG NGẮN MẠCH: Rd Xd K Nguồn áp v(t) có biên độ không đổi �( o) A v ( t ) = Vp 2.sin �ωt + α � 0< α 90 + � � � ZT Gọi ZSC: Tổng Trở của toàn bộ mạch ở phía trên khóa - vt điện. B ZT là Tổng Trở Tải. Trong các mạch điện thực sự, tổng trở nguồn bao gồm các thành phần tổng trở của đoạn mạch ở phía trên điểm ngắn mạch, tính luôn cả các mạch không cùng điện áp (hạ thế và trung thế) luôn cả các phần dây dẫn không cùng bề dài và tiết diện ở cả hai cấp điện áp Khi có sự cố ngắn mạch xãy ra giữa hai điểm AB ; bỏ qua Tổng Trở tại các điểm này, dòng ngắn mạch ISC chỉ bị khống chế bởi tổng trở ZSC 9
Trong các mạch phân phối, giá trị cảm kháng Xd thường lớn hơn giá trị điện trở Rd với tỉ số : R d = 0,1 0,3 X Gọi cos nm là hệ số công d suất tại lúc ngắn mạch, ta có: R R cosϕnm = d ≅ d 2 X � �R � � d X g� d�� +1 d � � X � � d� � � TRƯỜNG HỢP ĐIỂM SỰ CỐ CÁCH XA VỊ TRÍ NGUỒN: Đây là trường hợp thường gặp trong thực tế. Khi áp dụng mạch điện trong hình trên để xác định trạng thái quá độ, dòng ngắn mạch tức thời thỏa quan hệ sau: ) disc ( t ) ( ) ( R gisc t + L g = v t = Vpg 2 gsin( ωt + α ) d d dt 10
Giải nghiệm tổng quát của dòng ngắn mạch tức thời là: (α − ϕ ) 0 α=ϕ � � R � � �� − d� � gt � � Vpg 2 �� L � � � � � isc ( t ) = � � gsin� �� ωt + α−ϕ � �− sin( α−ϕ ) ge d �� Zsc �� Vpg 2 � � i ( t Thành phần xoay chiều: sc AC ) = g � sin � �ω t + α−ϕ � � � � � Zsc � � � � � � � � R �� V g 2 � − d �gt � � � p L �� ( ) = −� gsin( α−ϕ ) ge d � Thành phần một chiều: isc t DC � � � � � � � Zsc � � � Khi dòng ngắn mạch thuộc dạng bất đối xứng (α−ϕ) 0 Khi dòng ngắn mạch thuộc dạng đối xứng (α−ϕ) = 0 11
Dòng ngắn mạch bất đối xứng Thaø nh phaà n xoay chieà u iAC Doø ng ñieä n ngaé n maïch Thaø nh phaà n moä t chieà u iDC IP 12
Giá trị đỉnh IP của dòng ngắn mạch isc(t) cần được tính toán để xác định khả năng chịu đựng của các MCCB đồng thời cũng để xác định lực điện động tác động lên hệ thống. Giá trị này được suy ra từ giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch tại trạng thái đối xứng bằng cách áp dụng quan hệ sau đây. � � �V g 2 � � p I = K gIscm = K g� � � � P i i � Zsc � � � � � �R � d� � � �R � � � Ki xem là hàm số đối với tỉ số � �hay � � d � � �L � �X � � d � � d� � � � � Quan hệ giữa các đại lương trên được xác định theo tiêu chuẩn IEC 60909 như sau : � �3gR �� −� d � � X � K = 1,02 + 0,98ge � � � d �� i 13
R � � �R � � Đồ thị xác định hệ số Ki theo � �d �hay � d � � � X � � � �L g � ω� � �d� � d � � 14
� R � Bảng số xác định hệ số Ki theo x = � � d � � � X � � � d�� x Ki x Ki x Ki x Ki 0.00 2.0000 0.20 1.5578 0.40 1.3152 0.60 1.1820 0.01 1.9710 0.21 1.5419 0.41 1.3064 0.61 1.1772 0.02 1.9429 0.22 1.5265 0.42 1.2980 0.62 1.1726 0.03 1.9157 0.23 1.5115 0.46 1.2643 0.63 1.1681 0.04 1.8892 0.24 1.4970 0.44 1.2818 0.64 1.1637 0.05 1.8635 0.25 1.4829 0.45 1.2741 0.65 1.1594 0.06 1.8386 0.26 1.4692 0.46 1.2665 0.66 1.1553 0.07 1.8144 0.27 1.4560 0.47 1.2593 0.67 1.1513 0.08 1.7909 0.28 1.4431 0.48 1.2522 0.68 1.1474 0.09 1.7681 0.29 1.4306 0.49 1.2453 0.69 1.1437 0.10 1.7460 0.30 1.4184 0.50 1.2387 0.70 1.1400 0.11 1.7245 0.31 1.4067 0.51 1.2322 0.71 1.1365 0.12 1.7037 0.32 1.3952 0.52 1.2259 0.72 1.1330 0.13 1.6835 0.33 1.3841 0.53 1.2198 0.73 1.1297 0.14 1.6639 0.34 1.3734 0.54 1.2139 0.74 1.1264 0.15 1.6449 0.35 1.3629 0.55 1.2082 0.75 1.1233 0.16 1.6264 0.36 1.3528 0.56 1.2026 0.76 1.1202 0.17 1.6085 0.37 1.3430 0.57 1.1972 0.77 1.1173 0.18 1.5911 0.38 1.3334 0.58 1.1920 0.78 1.1144 0.19 1.5742 0.39 1.3242 0.59 1.1869 0.79 1.1116 15
Phương pháp tính toán dòng ngắn mạch đúng tiêu chuẩn gồm các phương pháp sau : § Phương Pháp Tổng Trở. § Phương Pháp Tổng Hợp. § Phương Pháp Truyền Thống. PHƯƠNG PHÁP TỔNG TRỞ: áp dụng tính toán dòng sự cố tại điểm bất kỳ trong hệ thống mạng thiết kế với yêu cầu chính xác cao. Phương pháp này phối hợp các thành phần điện trở và điện kháng trong lưới sự cố, từ nguồn đến điểm cho trước để xác định giá trị tổng trở. Sau cùng, dòng ngắn mạch hiệu dụng ISC được xác định theo định luật Ohm. V I = d SC 3. Z 16
PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP: được áp dụng khi các đặc tính của nguồn cung cấp không xác định được. Tổng trở phần mạch phía trên được phỏng định dựa trên cơ sở giá trị dòng ngắn mạch tại gốc . Hệ số công suất tại gốc được giả thiết bằng hệ số công suất tại vị trí sự cố . Nói khác đi, xem tổng trở của hai phần mạch có đặc tính tương tự như nhau. PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG: được áp dụng khi tổng trở hay dòng ngắn mạch ISC trong mạch phía trên của mạch cho trước không xác định được giá trị. Phương pháp này được dùng tính dòng ngắn mạch nhỏ nhất và dòng sự cố tại cuối đường dây cung cấp. Khi tính toán dựa trên giả thiết áp tại điểm gốc của mạch có giá trị bằng 80% giá trị định mức trong suốt quá trình ngắn mạch xảy ra. 17
CÁC GIẢ THIẾT ĐƠN GIẢN HÓA PHƯƠNG PHÁP TÍNH: Các giả thiết để thực hiện phép tính xấp xỉ gần đúng, đơn giản hóa quá trình tính toán nhưng đảm bảo được bản chất các hiện tượng vật lý và kết quả tính toán có mức chính xác chấp nhận được. Các giả thiết được đề cập đến bao gồm: Mạch điện tính toán dạng tia có cấp điện áp định mức không vượt quá 500KV (tiêu chuẩn IEC 60909) Trong trường hợp ngắn mạch 3 pha, dòng ngắn mạch giả sử xảy ra đồng thời trên cả 3 pha. Trong quá trình ngắn mạch, số pha không thay đổi. Trong suốt quá trình ngắn mạch, áp phụ thuộc dòng và tổng trở ngắn mạch không thay đổi dấu. 18
Các bộ điều áp hay các đầu phân áp của máy biến áp giả sử đang đặt tại vị trí chính. Bỏ qua ảnh hưởng của điện trở sinh ra do hồ quang lúc ngắn mạch. Bỏ qua tất cả các ảnh hưởng do điện dung ký sinh trên đường dây. Không chú ý đến dòng tải. Cần quan tâm đến giá trị của thành phần tổng trở thứ tự không. 19
2.TINH TOAN DONG NGĂN MACH ́ ́ ̀ ́ ̣ (Tùy thuộc dạng sự cố ngắn mạch) ZL NGẮN MẠCH 3 PHA Zsc Vdây + Vpha Maïch töông ñöông Isc 3pha - 1 pha 3.Z sc + ZL - Vpha Vpha Isc 3pha Z sc ZL Zsc là Tổng Trở Ngắn Mạch tính trên 1 pha. Giá trị này xem là tổng trở của nguồn tổng hợp với tổng trở đường dây từ nguồn đến điểm sự cố. Giá trị này còn được gọi là Tổng Trở Thứ Tự Dương của mỗi pha. 2 2 Zsc = � � ��R + �X � � � � � � � � � � � � � 20