Bài giảng Ngắn mạch điện

CHCHƯƠƯƠNG NG 11::

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NGẮN MẠCH

Chế độ xác lập A (UA, IA, PA, QA . . .)

I. KHÁI NIỆM VỀ QÚA TRÌNH

QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ

• Quá trình chuyển tiếp từ một chế độ xác lập này sang một chế độ xác lập khác: qúa trình quá độ

QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ

• QTQĐ trong hệ thống điện có liên quan đến sự trao đổi năng lượng điện và từ: QTQĐ điện từ

• QTQĐ điện từ nguy hiểm nhất xuất hiện do

có NGẮN MẠCH trong HTĐ

Chế độ xác lập B (UB, IB, PB, QB . . .)

II. CÁC ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN

1. Ngắn mạch:

là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập giữa các pha.

- 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 với đất hay nối đất qua tổng trở lớn, hiện tượng chạm chập một pha với đất được gọi là chạm đất.

Ngắn mạch 3

Ngắn mạch 2

Ngắn mạch 1

Ngắn mạch 2 pha

pha

chạm đất

 Hệ thống có trung tính nối đất

N(3)

N(2)

N(1)

N(1,1)

Ngắn mạch 3

Ngắn mạch 2

pha

 Hệ thống có trung tính cách đất

N(3)

N(2)

Kí hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch

KÊ HIÃÛU

HÇNH VEÎ QUY ÆÅÏC

XAÏC SUÁÚT XAÍY RA %

DAÛNG NGÀÕN MAÛCH

3 pha

5 N(3)

2 pha

10 N(2)

2 pha-âáút

20 N(1,1)

1 pha

65 N(1)

Trong sơ đồ nguyên lý

N(n)

Rtg

2. NM gián tiếp: ngắn mạch qua điện trở trung gian Rtg (điện trở hồ quang)

3. NM trực tiếp:

ngắn mạch với điện trở trung gian

Rtg = 0

* NM trực tiếp là tình trạng tính toán

nguy hiểm nhất

N(3)

4. Ngắn mạch đối xứng: là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dòng, áp 3 pha ở tình trạng đối xứng.

5. Ngắn mạch không đối xứng: N(1), N(2), N(1,1)

* không đối xứng ngang: * không đối xứng dọc:

Zpha bằng nhau Zpha khác nhau

6. Sự cố phức tạp:

là hiện tượng xuất hiện nhiều dạng ngắn mạch

không đối xứng ngang, dọc trong hệ thống điện.

Ví dụ: - đứt dây kèm theo chạm đất.

- chạm đất hai pha tại hai điểm khác nhau trong hệ thống có trung tính cách đất.

*Tự động đóng trở lại (TĐL):

Thực tế vận hành hệ thống điện người ta nhận thấy rằng phần lớn các ngắn mạch có tính chất thoáng qua, nhất là ở đường dây trên không, có nghĩa là ngắn mạch sẽ tự tiêu tan sau khi cắt phần tử bị hư hỏng và sẽ không xuất hiện nữa khi đóng phần tử đó trở lại. Do tính chất này, trong hệ thống điện thường sử dụng thiết bị TĐL các phần tử, đặc biệt là đối với đường dây trên không.

Khả năng xảy ra ngắn mạch 1 pha ở đường dây trên không khá cao, lúc ấy người ta thực hiện chỉ cắt pha hư hỏng và sau đó đóng trở lại pha vừa bị cắt ra (TĐL 1 pha).

III. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NGẮN MẠCH

1. Nguyên nhân: - Cách điện (hỏng, già cỗi) - Quá điện áp (nội bộ) - Các ngẫu nhiên khác, thao tác nhầm, dự tính trước….

2. Hậu quả:

– Quá dòng gây phát nóng

– Lực điện động tăng

– Điện áp sụt

– Nhiễu thông tin

– Độ tin cây cung cấp điện giảm

– Có thể gây mất ổn định HTĐ

CHƯƠNG 2: Các chỉ dẫn

khi tính toán ngắn mạch

1. Mạch từ không bão hòa 2. Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp 3. Bỏ qua dung dẫn của đường dây 4. Bỏ qua điện trở tác dụng 5. Hệ thống điện 3 pha là đối xứng 6. Xét đến phụ tải một cách gần đúng

I’S

Z’

I’

I. Những giả thiết cơ bản:

II. Hệ đơn vị tương đối:

1. Định nghĩa:

Trị số trong đơn vị tương đối của một đại lượng vật lý nào đó là tỷ số giữa nó với một đại lượng vật lý khác cùng thứ nguyên được chọn làm đơn vị đo lường. Đại lượng vật lý chọn làm đơn vị đo lường được

)cb*(

A A

gọi đại lượng cơ bản.

)cb*(

10 2

Ví dụ: I = 10KA Chọn Icb = 2KA

I*(cb) đọc là I tương đối cơ bản (tức dòng điện I trong



hệ đơn vị tương đối với lượng cơ bản là Icb).

2. Chọn lượng cơ bản:

Khi tính toán đối với hệ thống điện 3 pha người ta

dùng các đại lượng cơ bản sau:

Scb : công suất cơ bản 3 pha.[MVA] Ucb : điện áp dây cơ bản.[KV] Icb : dòng điện cơ bản.[KA] Zcb : tổng trở pha cơ bản.[]

3 Scb = Ucb . Icb U

cb I

Xét về ý nghĩa vật lý, các đại lượng cơ bản này có liên hệ với nhau qua các biểu thức sau:

Do đó ta chỉ có thể chọn tùy ý một số đại lượng cơ bản, các đại lượng cơ bản còn lại được tính từ các biểu thức trên. Thông thường chọn trước Scb , Ucb

* Scb : nên chọn những số tròn (chẳng hạn như 100, 200, 1000MVA,...) hoặc đôi khi chọn bằng Sđm

* Ucb : Khi tính toán gần đúng chọn Ucb = Uđm = Utb

Theo qui ước có các Utb sau [KV]: 500; 330; 230; 154; 115; 37; 23; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,525

3. Một số tính chất của hệ đơn vị tương đối:

1) Các đại lượng cơ bản dùng làm đơn vị đo lường cho các đại lượng toàn phần cũng đồng thời dùng cho các thành phần của chúng.

Ví dụ: Scb - S, P, Q; Zcb - Z, R, X.

2) Trong đơn vị tương đối điện áp pha và điện áp dây bằng nhau, công suất 3 pha và công suất 1 pha bằng nhau.

3) Một đại lượng thực có thể có giá trị trong ĐVTĐ khác nhau tùy thuộc vào lượng cơ bản và ngược lại.

4) Thường tham số của các thiết bị được cho trong ĐVTĐ với lượng cơ bản là định mức của chúng (Sđm, Uđm, Iđm).

2 âm

Cho trước Z*(đm):

ZZ =

Z Z. âm

)âm(*

U S

U âm I.3

âm



)âm(*

âm

%X K 100

U âm I.3

âm

 5) Đại lượng ĐVTĐ có thể được biểu diễn theo phần trăm. Ví dụ như ở kháng điện, cho trước XK%: X X = K

2 âm

máy biến áp, cho trước uN%:

X = B

%X B 100

%u N 100

U S

U âm I.3

âm



3. Tính đổi đại lượng trong hệ đơn vị tương đối:

A = A*(cb1) . Acb1 = A*(cb2) . Acb2

1cb

E =

)2cb(*

)1cb(*

U U

2cb

1cb

2cb

Z =

)2cb(*

)1cb(*

I I

U U

S S

U U

1cb

2cb

1cb

2 1cb 2 2cb

*Từ lượng CB1 (Scb1, Ucb1, Icb1) sang CB2 (Scb2, Ucb2, Icb2):

âm

E =

)cb(*

)âm(*

âm

Z =

)cb(*

)âm(*

U U I I

U U

S S

U U

âm

2 âm 2 cb

* Từ lượng định mức ĐM (Sđm, Uđm, Iđm) sang thành giá trị ứng với lượng cơ bản CB (Scb, Ucb, Icb) :

* (

) cb

* (

) âm

= Z

* (

)

* (

) âm

* (

) âm

I I

S S

âm

* Khi chọn Ucb = Uđm :

III. Cách thành lập sơ đồ thay thế:

k1, k2, ...... kn : tỷ số biến đổi của các máy biến áp .

III.1. Qui đổi chính xác trong hệ đơn vị có tên:

- Chọn một đoạn tùy ý làm đoạn cơ sở - Sức điện động, điện áp, dòng điện và tổng trở của đoạn cần xét (thứ n) được qui đổi về đoạn cơ sở theo:

...............

)

n qâ

2 ...............

n )

n qâ

. (k k 1 . (k k 1

n qâ

...............

n k

) 2

n qâ

. k k 2 1 . (k k 1

Lưu ý:

- En, Un, In, Zn: tham số của đoạn thứ n trong đơn vị

có tên.

- Enqđ, Unqđ, Inqđ, Znqđ: tham số của đoạn thứ n trong

đơn vị có tên đã được quy đổi về đoạn cơ sở.

2 âm

Z Z =

)âm(*

U S

U âm I.3

âm

- Trong những biểu thức qui đổi trên, nếu các đại lượng cho trước trong ĐVTĐ thì phải tính đổi về đơn vị có tên. Ví dụ, đã cho Z*(đm) thì:

- Lưu ý về k:  k lấy bằng tỷ số biến áp lúc không tải. tích của k chỉ bao gồm k của những máy biến áp nằm giữa đoạn xét và đoạn cơ sở. “chiều” của k lấy từ đoạn cơ sở đến đoạn cần xét.

cs.đm

' 1đm

;

..........

k 1

k ; 2

........ ; k n

U U

' U - 1n.đm U

1đm

2đm

n.đm

Như vậy:

PT1

PT2

Ví dụ:

115

B3

B4

KV5,10

KV35

D2

Quy đổi điện kháng của kháng điện K về đoạn cơ sở (đoạn có nối F1).

Dùng phép QĐ chính

D3

xác trong hệ ĐV có tên.

D1

B5

110

KV5,10

B1

B2

121

KV5,10

K

10KV 2KA X%=5



F1

F2

PT3

III.2. Qui đổi gần đúng trong hệ đơn vị có tên:

tbcs

1 tb

1 -

; k 2

; .................. ; k n

Giả thiết: Uđm = Utb

U U

U tbn U

1 tb

tbn

Như vậy: U U

tbn-1

tbcs

tb1

.......

...

n qâ

U U

tbn

tb1

tb2

U U 2

tbcs

qâ n

U U

tbn

  

  = 

2 tb

Z Z =

Do đó ta sẽ có các biểu thức qui đổi đơn giản hơn:

)âm(*

U S

U tb I.3

âm

Lưu ý: Nếu các đại lượng cho trước trong ĐVTĐ thì phải tính đổi gần đúng về đơn vị có tên. Ví dụ, đã cho Z*(đm) thì:

III.3. Qui đổi chính xác trong hệ đơn vị tương đối:

U = cbn

cbcs

1 ..........

k.....

k.k 1 S

2 =

S( = cbn

cbcs

)S cb

Chọn đoạn cơ sở và các lượng cơ bản Scb , Ucbcs của đoạn cơ sở. Tính lượng cơ bản của các đoạn khác. Lượng cơ bản Ucbn của đoạn thứ n được tính như sau:

; Z

* (

cb )

* (

)

U U

S U

cb 2 cb

- Nếu tham số cho trước trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức hay một lượng cơ bản nào đó thì dùng các biểu thức tính đổi hệ đơn vị tương đối. Ví dụ, cho trước Z*(đm) thì:

âm

= Z

) cb

* (

) âm

* (

) âm

I I

U U

S S

âm

2 âm 2 cb

 Tính đổi tham số của các phần tử ở mỗi đoạn sang đơn vị tương đối với lượng cơ bản của từng đoạn. - Nếu tham số cho trước trong đơn vị có tên thì dùng các biểu thức tính đổi từ hệ đơn vị có tên sang hệ đơn vị tương đối. Ví dụ:

III.4. Qui đổi gần đúng trong hệ đơn vị tương đối:

Giả thiết: Uđm = Utb

 Chọn Scb chung cho tất cả các đoạn.  Trên mỗi đoạn lấy Ucb = Utb.  Tính đổi tham số của các phần tử ở mỗi đoạn sang đơn vị tương đối theo các biểu thức gần đúng.

Tóm tắt một số biểu thức tính toán tham số của các phần tử

THIẾT BỊ

SƠ ĐỒ THAY THẾ

TÍNH CHÍNH XÁC TRONG ĐVTĐ

TÍNH TRONG ĐƠN VỊ CÓ TÊN

TÍNH GẦN ĐÚNG TRONG ĐVTĐ

2 âm

Máy phát

" x .d

x . " d

" x .d

S S

U U

U S

THAM SỐ TRA ĐƯỢC x”d, Sđm, Uđm

âm

2 âm 2 cb

2 âm

N 100

uN%, k, Sđm

N 100

Máy biến áp (2 cuộn dây)

âm

2 âm 2 cb

âm

Kháng điện

X % 100

I I

âm 3 . I

X%, Iđm, Uđm

âm

X1.l

X .l.1

X1 [/Km]

Đường dây

cb 2 tb

cb 2 cb

Lập sơ đồ thay thế, thực hiện tính toán trong hệ đơn vị tương đối bằng cách quy đổi gần đúng. Xác định trị số của dòng điện khi ngắn mạch 3 pha lần lượt tại các điểm N.1 và N.2, biết rằng ban đầu máy phát làm việc ở chế độ không tải với điện áp định mức. (Các đường dây trên không có điện kháng x1 = 0,4Ohm/Km)

Ví dụ:

Sơ đồ thay thế:

N2

N1

x10

r10

N3

x11

x12

Các phép biến đổi sơ đồ thay thế được sử dụng trong tính toán ngắn mạch nhằm mục đích biến đổi những sơ đồ thay thế phức tạp của hệ thống điện thành một sơ đồ đơn giản nhất tiện lợi cho việc tính toán, còn gọi là sơ đồ tối giản. Sơ đồ tối giản có thể bao gồm một hoặc một số nhánh nối trực tiếp từ nguồn sức điện động đẳng trị E đến điểm ngắn mạch thông qua một điện kháng đẳng trị X.

Các phép biến đổi sơ đồ thay thế:

 Nhánh đẳng trị

 Biến đổi Y - 

 Biến đổi sao - lưới

 Lợi dụng tính chất đối xứng của sơ đồ

IV. Biến đổi sơ đồ thay thế :

IV.1. Nhánh đẳng trị:

. E Y k

; X

ât

n  1 k = n  1 k =

n  1 k =

trong đó : Yk = 1/ Xk là điện dẫn của nhánh thứ k.

IV.2. Biến đổi Y - :

+ X + X

X = 12

X.X 1 X

=X 1

X.X 12  X

13 

IV.3. Biến đổi sao - lưới:

1,2,3,4: nguồn 5: điểm NM



Xmn = Xm . Xn .Y Xm , Xn : điện kháng của nhánh thứ m và n trong

hình sao.

Y: tổng điện dẫn của tất cả các nhánh hình sao

IV.4. Lợi dụng tính chất đối xứng của sơ đồ :

Khi sơ đồ hoàn toàn đối xứng đối với điểm NM hoặc một phần của sơ đồ là đối xứng, lợi dụng tính chất đối xứng có thể làm cho việc biến đổi đơn giản hơn bằng cách ghép chung các nhánh hoặc bỏ bớt một số nhánh mà dòng ngắn mạch không đi qua. Trong sơ đồ hình a, nếu tất cả các phần tử cùng loại có các tham số như nhau thì khi ngắn mạch tại N.1, lợi dụng tính đối xứng từng phần của sơ đồ có thể ghép chung hai nhóm MF và MBA 3 cuộn dây thành một như hình b.

V. CÔNG SUẤT NGẮN MẠCH :

Công suất ngắn mạch:

SNt = INt. Utb

INt: dòng ngắn mạch vào thời điểm t trong quá trình quá độ

Utb: điện áp trung bình của đoạn tính dòng ngắn mạch

 Khi chọn hay kiểm tra máy cắt thì t là thời điểm mà các tiếp điểm chính của máy cắt mở ra.

SNt < Scđm

 Trong đơn vị tương đối với Ucb = Utb thì dòng ngắn mạch và công suất ngắn mạch là như nhau:

S*N = I*N

 Khi biết công suất ngắn mạch SNH (hoặc dòng ngắn mạch INH) do hệ thống cung cấp cho điểm ngắn mạch có thể tính được điện kháng XH của hệ thống đối với điểm ngắn mạch:

2 tb

U S

. 3

tb I

 Trong hệ đơn vị tương đối với các lượng cơ bản là Scb và Ucb = Utb thì:

I I

S S

Ví dụ:

Khi ngắn mạch tại điểm N.1 thì công suất ngắn mạch là SN = 500MVA. Hãy xác định công suất ngắn mạch khi ngắn mạch tại điểm N.2 trong 2 trường hợp sau: a) Máy cắt MC mở. b) Máy cắt MC đóng.

CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ

TRONG MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN

I. NGẮN MẠCH 3 PHA TRONG MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN

 Mạch đơn giản: bao gồm điện trở, điện cảm tập trung

và không có máy biến áp.

 Qui ước: nguồn công suất vô cùng lớn (điện áp ở đầu

cực nguồn điện không đổi).

I.1. Mạch phía không nguồn:

' ' u = i.r + L .

= 0

di dt

r ' L

- = C.e

Giải ra, ta có:

i i0

t Từ điều kiện đầu (t=0): i0 = i0+ ta có: C = i0

= i

- .e0

Như vậy:

Dòng điện trong mạch phía không nguồn sẽ tắt dần cho đến lúc năng lượng tích lũy trong điện cảm L’ tiêu tán hết trên r’.

I.1. Mạch phía có nguồn:

Giả thiết điện áp pha A của nguồn là:

u = uA = Umsin(t+)

i =

sin(

)

t + -   

) = I sin( m

U m Z

Dòng trong mạch điện trước ngắn mạch là:

trong đó:

Z - tổng trở của mạch điện trước ngắn mạch - góc của tổng trở Z. - góc pha ban đầu của điện áp pha A.

u = i.r + L.

di dt

Lúc xảy ra ngắn mạch 3 pha:

r L

sin( t + -

- ) + C.e

  

U Z

Giải ra, ta có:

trong đó:

ZN - tổng trở ngắn mạch của mạch điện.

N - góc của tổng trở ZN.

C - hằng số tích phân xác định bởi điều kiên đầu.

Dòng chu kỳ cưỡng bức:

sin(

) = I

sin(

)

t + -   

i ck

ckm

U Z

Dòng tự do (phi chu kỳ):

r L

- = C.e

= i

- .e

i td

td0+

Như vậy: i = iN = ick + itd

Từ điều kiện đầu: i0 = i0+ = ick0+ + itd0+

ta có: C = itd0+ = i0 - ick0+

= Imsin( - ) - Ickmsin( - N)

Đồ thị véctơ dòng và áp vào thời điểm t = 0

UA, UB, UC, IA, IB, IC : áp và dòng trước khi xảy ra NM

IckA, IckB, IckC : kỳì chu dòng cưỡng bức sau khi xảy ra NM

Từ đồ thị, ta có những nhận xét sau:

itd0+ bằng hình chiếu của véctơ (Im-ICKm) lên trục thời

gian t.

tùy thuộc vào  mà itd0+ có thể cực đại hoặc bằng 0. itd0+ phụ thuộc vào tình trạng mạch điện trước NM; itd0+ đạt giá trị lớn nhất lúc mạch điện trước NM có tính dung, rồi đến mạch điện trước NM là không tải

và itd0+ bé nhất lúc mạch điện trước NM có tính cảm.

Các tình trạng mạch điện trước ngắn mạch

Đa số trường hợp, ở mạch điện xảy ra ngắn mạch thường có N  90o. Kết hợp các yếu tố, ta thấy:

Điều kiện ngắn mạch nguy hiểm nhất là: a) mạch điện trước ngắn mạch là không tải. b) áp tức thời lúc ngắn mạch bằng 0 ( = 0 hoặc 180o).

II. Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch toàn phần và các thành phần của nó:

II.1. Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch:

I =

 -+t

)

ckm

= const.

I ckm =

Nếu Um = const.:

sin( U Z

N Nếu Um thay đổi thì Trị hiệu dụng của dòng chu kỳ ở thời điểm t là:



Ickt

ckt

E t Z

ckmt 2

N

Ickt

- sức điện động hiệu dụng của máy phát ở thời điểm t

Et ZN - tổng trở ngắn mạch (trong mạng cao áp có thể coi ZN  xN)

" =I 0

" E 

ckm0 + 2

" d

d - điện kháng siêu quá độ của máy phát.

Trị hiệu dụng của dòng chu kỳ trong chu kỳ đầu tiên sau khi xảy ra NM gọi là dòng siêu quá độ ban đầu:

E” - sức điện động siêu quá độ ban đầu của máy phát. x” xN - điện kháng bên ngoài từ đầu cực máy phát đến điểm ngắn mạch.

II.2. Thành phần tự do của dòng ngắn mạch:

t Ta

- .e

td0+

Ta =

L r

) - I

sin(

)

-  

i td

ckm0+

i td = i x r 0 = I sin(

Với :

o sin(-90 ) = I

ckm0+

i td0 = - I

Trong điều kiện nguy hiểm nhất, ta có: a) mạch điện trước NM là không tải: Im sin( - ) = 0 b) áp tức thời lúc NM bằng 0 ( = 0) và N  90o

Và đối với dòng tự do thì: Itdt = itdt

II.3. Dòng ngắn mạch xung kích:

ixk là trị số tức thời lớn nhất của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ.

Trong điều kiện nguy hiểm nhất, dòng ngắn mạch

xung kích xuất hiện vào thời điểm t = T/2 = 0,01sec

ixk = ick0,01 + itd0,01

0,01 T a

= i

= I

- .e

i td0 01,

td0+

ckm0+

trong đó: ick0,01  Ickm0+

0,01 T a

k =)

- e+.(1

ckm0 +

.k2

" 0

Vậy :

với kxk : hệ số xung kích của dòng ngắn mạch



+ I

2 ckt

2 .dtN

2 tdt



1 T

T 2 T 2

Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch toàn phần:

+ I

2 ck

2 td0,01

, 0 01

Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích :

= I

" 0 = i

= i

- i

= i

- I

, 0 01

ckm0+

I ck0 01, I td = (k

-1)I

= 2(k

-1)I

ckm0+

" 0

2 + 2 I

2 -1)

xk =

" 0

+ 2(k

2 -1)

I xk = I

0 1"

với:

III. NGẮN MẠCH 3 PHA TRONG MẠCH CÓ

MÁY BIẾN ÁP:

- M.

u = R .i + L . 1 1 1

di 1 dt

di 2 dt

sơ

Phía cấp:

0 = R .i

- M.

2 2

+ L . 2

di 2 dt

di 1 dt

Phía thứ cấp:

Coi i = 0  i1 = i2

u = (R + R )i + (L + L - 2M)

2 1

di 1 dt

= R .i + L

B 1

di 1 dt

Do vậy:

với: RB = R1 + R2 : là điện trở của máy biến áp.

LB = L1 + L2 - 2M : là điện cảm của máy biến áp.

Phương trình trên giống như phương trình của mạch điện đơn giản đã khảo sát. Do vậy trong quá trình ngắn mạch khi bỏ qua dòng từ hóa, MBA có thể xem như là một phần tử có điện trở và điện cảm được tính đổi về cùng một cấp điện áp nào đó trong sơ đồ thay thế để tính toán như mạch điện thông thường.

CHƯƠNG 4:

TÌNH TRẠNG NGẮN MẠCH DUY TRÌ

I. KHÁI NIỆM CHUNG: Tình trạng ngắn mạch duy trì là một giai đoạn của quá trình ngắn mạch khi tất cả các thành phần dòng tự do phát sinh ra tại thời điểm ban đầu của ngắn mạch thực tế đã tắt hết và khi đã hoàn toàn kết thúc việc tăng dòng kích từ do tác dụng của các thiết bị TĐK.

Thực tế trong các hệ thống điện hiện nay, tình trạng ngắn mạch duy trì chỉ có tính chất quy ước, bởi vì người ta đã trang bị các thiết bị bảo vệ tự động để loại trừ ngắn mạch một cách nhanh chóng. Do vậy các kết quả tìm được trong tình trạng này chỉ nằm trong phạm vi lí thuyết.

II. THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CỦA NGUỒN VÀ PHỤ TẢI:

Các thông số đặc trưng trong sơ đồ thay thế (trong hệ ĐVTĐ): Hệ thống công suất vô cùng lớn (HTCSVCL): UH = 1 XH = 0

Máy phát điện:

EF = Eq = If XF = xd

: dòng điện kích từ của máy phát điện

Eq : sức điện động đồng bộ ngang trục của máy phát điện If Xd : điện kháng đồng bộ dọc trục của máy phát điện

Phụ tải:

EPT = 0 XPT = 1,2

III. ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI VÀ TĐK :

III.1. Ảnh hưởng của phụ tải :

 Trước NM: Phụ tải làm cho máy phát mang tải, nên dòng kích từ If lớn hơn.  Khi NM: Phụ tải làm giảm dòng điện IN qua điểm NM.

Phụ tải nối song song với nhánh NM, làm giảm điện kháng ngoài của máy phát, tăng dòng I trong máy phát, giảm U tại đầu cực máy phát và giảm dòng điện IN qua điểm NM.

NM càng xa thì ảnh hưởng của PT càng lớn, ngược lại khi NM ngay tại đầu cực máy phát thì PT không ảnh hưởng đối với tình trạng NM duy trì.

III.2. Ảnh hưởng của TĐK:



Khi NM, thiết bị TĐK làm tăng dòng kích từ If, do vậy trị số dòng điện I và điện áp U của máy phát sẽ luôn lớn hơn so với khi không có TĐK. NM càng gần thì cần phải tăng If lên càng nhiều hơn để duy trì điện áp định mức.

Nhưng If chỉ có thể tăng đến một trị số giới hạn Ifgh nào đó tương ứng với khi NM sau một điện kháng tới hạn Xth. Khi xN > Xth thì U sẽ giữ được giá trị định mức, còn khi xN < Xth thì dù If tăng lên bằng Ifgh nhưng U vẫn nhỏ hơn định mức. Như vậy trong tình trạng NM duy trì, tùy xN máy phát điện có TĐK sẽ làm việc hoặc là với trạng thái kích từ giới hạn, hoặc là với trạng thái điện áp định mức.

Các quan hệ đặc trưng cho trạng thái của máy phát có TĐK

TRAÛNG THAÏI KÊCH TÆÌ GIÅÏI HAÛN xN  Xth

TRAÛNG THAÏI ÂIÃÛN AÏP ÂËNH MÆÏC xN  Xth

If = Ifgh ; Eq = Eqgh If  Ifgh ; Eq  Eqgh

âm





U  Uâm E

qgh x 

U = Uâm U x

âm

U X

qgh X 

Khi xN = Xth thì máy phát vừa làm việc ở trạng thái kích từ giới hạn, vừa làm việc ở trạng thái điện áp định mức.

X th =

U âm U -

qgh

âm

Do vậy:

X th* =

* Ed

qgh * Dòng NM ứng với khi xN = Xth được gọi là dòng tới hạn:

âm

Trong đơn vị tương đối, khi chọn Ucb = Uđm thì:

*th

U X

*th

và

CHƯƠNG 5:

QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MÁY ĐIỆN

I. KHÁI NIỆM CHUNG:

Quá trình quá độ trong máy điện quay diễn ra phức tạp.

Nguyên lý từ thông móc vòng ban đầu không đổi:

Từ thông móc vòng với rôto ở thời điểm đầu của quá trình quá độ được giữ không đổi, do vậy sức điện động tương ứng sinh ra trong stato cũng được giữ không đổi vào thời điểm đó.

Qui ước:

Chọn hệ trục tọa độ trong máy

điện như sau:  Các trục tọa độ d, q giá theo dọc trục và ngang trục của rôto.  Thành phần dọc trục của dòng stato dương khi sức từ động do nó tạo nên cùng chiều với sức từ động của cuộn kích từ.  Thành phần ngang trục của dòng stato dương khi sức từ động do nó tạo nên chậm 90o so với sức từ động của cuộn kích từ.

II. CÁC LOẠI TỪ THÔNG TRONG MÁY ĐIỆN:

1. Từ thông toàn phần của cuộn kích từ: . I

. 

xf - điện kháng của cuộn kích từ.

Từ thông toàn phần của cuộn kích

từ bao gồm 2 thành phần sau:

- Từ thông hữu ích:

. I

. 

xad - điện kháng phản ứng phần ứng dọc trục.

- Từ thông tản:

. I

. 



xf - điện kháng tản của cuộn kích từ.

Như vậy:

. I

(

)

. 



. .    d



x  

Có thể xác định hệ số tản của cuộn kích từ như sau:



x  x

.  . 

2. Từ thông của cuộn dây stato:

- Từ thông phản ứng phần ứng:

dọc trục:

. I . I

.  . 

ngang trục:

. 

- Từ thông tản: dọc trục:



. 

ngang trục:

. dI . qI



toàn phần:

. 

. = I x .



xaq - điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục. x - điện kháng tản của cuộn dây stato. Id, Iq - các thành phần dòng dọc trục và ngang trục của cuộn dây stato. I - dòng điện toàn phần của cuộn dây stato ( )

2 d

2 q

3. Từ thông tổng hợp móc vòng với cuộn kích từ:

. I

. 



. .    f



4. Từ thông tổng hợp móc vòng với cuộn dây stato:

. I

- dọc trục: =

. 





. .    d . = I

 . I



- ngang

. I

0 = 



. 

. xq



.  = I )

x aq trục: xd = xad + x là điện kháng đồng bộ dọc trục của cuộn dây stato.

xq = xaq + x là điện kháng đồng bộ ngang trục của cuộn dây stato.

5. Từ thông kẻ hở không khí dọc trục:

. I

)

. I

(

. I

. 



. .    d

d

6. Từ thông cuộn cản:

- Cuộn cản dọc:

. I

. 

từ thông

d 1

chính:

từ thông

. I

. 

d 1



d 1



tản: - Cuộn cản ngang:

từ thông

. I

q 1

chính:

từ

1 q . I

.  . 



- dòng điện trong cuộn cản dọc trục và cuộn cản ngang trục.

thông tản: I1d , I1q xd , xq - điện kháng tản của cuộn cản dọc trục và cuộn cản ngang trục

III. SỨC ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN KHÁNG QUÁ ĐỘ:

Đồ thị các véctơ từ thông dọc trục của máy điện không cuộn cản.

Sức điện động và điện kháng quá độ là những tham số đặc trưng cho máy điện đồng bộ không có cuộn cản vào thời điểm đầu của quá trình ngắn mạch.

Khi NM, thành phần Id tăng đột ngột một lượng Ido+ và tương ứng làm cho ad tăng đột ngột một lượng ado+ .

.  



= 0

ado



. I

(

)

.   . I









Độ tăng ado+ sẽ làm cho f tăng lên một lượng fo+ sao cho tổng từ thông móc vòng với cuộn kích từ là không đổi. Như vậy các độ tăng từ thông móc vòng ado+ và fo+ phải bù nhau, nghĩa là:

Khi f tăng từ fo  fo+ , thì: f tăng từ fo  fo+ d giảm từ do  do+ d tăng từ do  do+

Tuy nhiên từ thông tổng hợp móc vòng với cuộn kích từ vẫn giữ không đổi (fo = fo+ )

Các từ thông thay đổi và sức điện động do chúng sinh ra cũng sẽ thay đổi vào thời điểm đầu NM, do vậy không thể sử dụng để thay thế máy điện trong tính toán NM.

)

. 

-1  (

)(

)

)(

)

.   f . . -

( 1

d , . = d

. .  f

f x

 



(

)

. I



. I x d



x ad x 

 

 



ad . I



, . = d

. xI f

2 ad x 



Để giải quyết, sử dụng từ thông không đột biến lúc ngắn mạch, đó là từ thông tổng hợp móc vòng với cuộn kích từ f , trong đó phần móc vòng với cuộn dây stato được gọi là từ thông quá độ dọc trục ’d:

. U

(

)

. j I

. E '

. E

. j I



. j I x d

2 x ad x 



. = U

(

. j I

)



ad 2 x ad x 



. = U

. j I



' d

Sức điện động tương ứng với từ thông móc vòng d’ là:

Eq’ được gọi là sức điện động quá độ ngang trục, xd’

được gọi là điện kháng quá độ dọc trục.





' d



x x

2 x ad x 

. x ad x 



Eq’ Uq

xd ’

IV. SỨC ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN KHÁNG SIÊU QUÁ ĐỘ:

Sức điện động và điện kháng siêu quá độ là những tham số đặc trưng cho máy điện đồng bộ có cuộn cản vào thời điểm đầu của quá trình ngắn mạch.

Khi NM, ad tăng đột ngột một lượng ad, từ thông ở rôto sẽ có một lượng thay đổi tương ứng rd bao gồm lượng tăng từ thông của cuộn kích từ f và từ thông của cuộn cản dọc trục 1d sao cho tổng từ thông móc vòng với các cuộn dây này không đổi, do vậy:

.  



.      f

1 d

. I

(

)

. I

= 0











. I x d

  f

- Đối với cuộn kích từ:

.  



.      d



. I

(

)

= 0











. I x f

. I x d

1  d

- Đối với cuộn cản dọc:

I1d - lượng tăng dòng trong cuộn cản dọc trục.

. I



. I x f



1 d 

Như vậy:

. I







1 d

Phản ứng chung của cả 2 cuộn dây ở rôto có thể thay bằng phản ứng của một cuộn dây tương đương có dòng bằng:

.  





. I

(

)

= 0







. I x d

  rd

. I

(

. I

)(

)

= 0











. I x d



và điện kháng tản Xrd với điều kiện vẫn thỏa mãn nguyên lý từ thông móc vòng không đổi, tức là: .  



x x

. x  x 



Như vậy:



'' = d



1 1

2 ad 





1 x



Bài toán đang xét trở thành bài toán đã được giải quyết ở mục III (máy điện không có cuộn cản), trong đó thay cho vai trò của cuộn kích từ có xf là cuộn dây tương đương có xrd. Do vậy:

xd’’ được gọi là điện kháng siêu quá độ dọc trục.

,, . E

. U

. Ij



=

'' d

Sức điện động tương ứng được gọi là sức điện động siêu quá độ ngang trục Eq’’, có giá trị không đột biến vào thời điểm đầu ngắn mạch:

- các thành phần điện áp và dòng điện của máy

Uqo, Ido điện trước ngắn mạch.

Trong tính toán thực tế, thường sử dụng sức điện động

(

cos

)

(

sin

)









. I x o

'' d

'' E  = o

(

sin

)

(

cos

)









. I x o

'' d

. I x o

'' d

'' E  = o

siêu quá độ gần đúng:

hay:

trong đó: Uo, Io, o - điện áp, dòng điện và góc pha của máy điện

trước ngắn mạch.

V. ĐẶC ĐIỂM CỦA PHỤ TẢI :

Trong các tính toán thực tê,ú đặc trưng cho những phụ tải tổng hợp tại thời điểm đầu của quá trình quá độ là các sức điện động và điện kháng siêu quá độ. Khi lấy công suất định mức của phụ tải và điện áp trung bình của cấp mà phụ tải nối vào làm các lượng cơ bản, thì trị số trong đơn vị tương đối của chúng là:

x”PT = 0,35 và E”PT = 0,8

CHƯƠNG 6: CÁC PHƯƠNG PHÁP

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

I. PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH:

I.1. Tính dòng siêu quá độ ban đầu:

 Lập sơ đồ thay thế: - Sử dụng 1 trong 4 phép qui đổi tham số - Máy phát: thay thế bằng EF = E”o và XF = x”d

sin

(

)

cos ) 





E”o tính theo biểu thức với giả thiết MF làm việc ĐM trước NM: " I x F d

" E o

 Nếu MF làm việc ở chế độ không tải trước NM thì E”o = UF - Phụ tải: thay thế bằng EPT = E”PT = 0,8 XPT = X”PT = 0,35

(chỉ xét đến những phụ tải nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch)

- Các phần tử tỉnh (KĐ,Đd,MBA): thay thế bằng X giống như ở

CĐXL bình thường

- Hệ thống CS vô cùng lớn: thay thế bằng UH = 1

XH = 0

Trị số trung bình của x” và E” (trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức)

THIẾT BỊ

x”

E”

Máy phát turbine hơi

0,125

1,08

Máy phát turbine nước có cuộn cản

0,20

1,13

0,27

1,18

Máy phát turbine nước không cuộn cản Động cơ đồng bộ

0,2

1,1

Máy bù đồng bộ

0,2

1,2

Động cơ không đồng bộ

0,2

0,9

Phụ tải tổng hợp

0,35

0,8

 Biến đổi sơ đồ thay thế:

 Tính dòng NM:

" o

Biến đổi sơ đồ thành dạng đơn giản gồm một hay nhiều nhánh nối trực tiếp từ nguồn đến điểm ngắn mạch.



1 =

" E i " i

Ví dụ: Tính I”o khi N(3) tại N. Đường dây D1, D2, D3 có điện kháng x1 = 0,4/Km; loại MF turbine hơi. Các số liệu khác cho trên hình.

I.2. Tính dòng xung kích:

2 k I

" xk o

1 2 )

( 1 2 

" o

kxk là hệ số xung kích, phụ thuộc vào hằng số thời

gian Ta=x/r

Trị số của x/r và kxk khi ngắn mạch ở một số điểm trong hệ thống điện

STT

VË TRÊ ÂIÃØM NGÀÕN MAÛCH

x/r

kxk

40 - 80

1,92 - 1,96

1 20 - 60

1,85 - 1,95

2 30 - 60

1,89 - 1,95

3 Thanh goïp 6 - 10KV cuía nhaì maïy âiãûn coï caïc maïy phaït cäng suáút mäùi maïy 30 - 60MW. Sau khaïng âiãûn âæåìng dáy dæåïi 1000A näúi våïi thanh goïp cuía nhaì maïy âiãûn coï caïc maïy phaït cäng suáút mäùi maïy 30 - 60MW. Thanh goïp cao aïp cuía nhaì maïy âiãûn coï caïc maïy biãún aïp cäng suáút mäùi maïy 100MVA vaì låïn hån.

20 - 50

1,85 - 1,94

4 Thanh goïp cao aïp cuía nhaì maïy âiãûn coï caïc maïy biãún aïp cäng suáút mäùi maïy 30- 100MVA.

20 - 40

1,85 - 1,92

5 15 - 30

1,81 - 1,89

6

7

 15

 1,8

Thanh goïp haû aïp cuía traûm biãún aïp giaím aïp coï caïc maïy biãún aïp cäng suáút mäùi maïy 100MVA vaì låïn hån. Thanh goïp haû aïp cuía traûm biãún aïp giaím aïp coï caïc maïy biãún aïp cäng suáút mäùi maïy 30- 100MVA. Caïc âiãøm åí xa maïy phaït (Thanh goïp haû aïp cuía traûm biãún aïp giaím aïp coï caïc MBA cäng suáút mäùi maïy  20MVA, thanh goïp cuía traûm trong maûng phán phäúi...)

Khi có phụ tải nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch



" Ik oxk

xkÂ

" Â

thì phải xét riêng ảnh hưởng của phụ tải:

I”Đ - dòng siêu quá độ ban đầu do phụ tải nối trực

tiếp vào điểm ngắn mạch cung cấp.

kxkĐ - hệ số xung kích của phụ tải tổng hợp.

I.3. Tính dòng ngắn mạch duy trì:

Trình tự để giải một bài toán ngắn mạch ở tình

trạng duy trì bao gồm các bước sau:

- Giả thiết: Tùy thuộc vào vị trí của máy phát điện đối với điểm ngắn mạch, giả thiết trước trạng thái làm việc của máy phát điện (những máy phát điện ở gần điểm ngắn mạch được giả thiết là làm việc ở trạng thái kích từ giới hạn, còn ở xa - trạng thái điện áp định mức).

- Lập sơ đồ thay thế:  Phần tử tỉnh (MBA, KĐ, Đd...) được thay thế bởi các thông số giống như ở chế độ làm việc bình thường.  Phụ tải được thay bằng: EPT = 0 và xPT = 1,2  HTCSVCL được thay bằng: UH = 1 và xH = 0  MF không có TĐK được thay bằng:

EF = Eq (với Eq* = If*) XF = xd

 MF có TĐK ở trạng thái KTGH được thay bằng:

EF = Eqgh (với Eqgh* = Ifgh*) XF = xd

 MF có TĐK ở trạng thái định mức được thay bằng:

EF = Uđm XF = 0



I ck=

E X



- Tính toán: Biến đổi sơ đồ thay thế thành dạng đơn giản và tính dòng IN tại điểm ngắn mạch:

* th

* qgh x

* d

* th Nếu IF  Ith thì MF làm việc ở trạng thái KTGH. Nếu IF  Ith thì MF làm việc ở trạng thái định mức.

- Kiểm tra: dựa vào sơ đồ thay thế, từ dòng ngắn mạch tổng IN tính ngược lại để tìm dòng IF do từng MF có TĐK cung cấp cho điểm ngắn mạch và so sánh với Ith của nó:

Nếu giả thiết đúng xem như bài toán đã giải xong. Nếu giả thiết sai ở một máy phát điện nào đó cần phải thay đổi trạng thái của nó và tính toán lại.

Ví dụ:

Khi ngắn mạch 3 pha ở điểm N trên sơ đồ; hãy xác định

dòng NM duy trì qua kháng điện K1, dòng và áp của máy phát F3.

Máy phát tuabin nước F1, F2 giống nhau: 30MVA; 10,5KV;

xd = 1,136; có TĐK, Ifgh1 = 3,1.

Máy phát tuabin hơi F3: 50MVA; 10,5KV; xd = 2,22; có

TĐK, Ifgh2 = 4.

Điện áp định mức của các máy biến áp lấy bằng điện áp

trung bình của các cấp tương ứng. Máy biến áp B1, B2 giống nhau. Số liệu của các phần tử còn lại cho trên sơ đồ.

Sơ đồ nối điện

Sơ đồ thay thế

II. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG TÍNH TOÁN:

II.1. Đường cong tính toán:

I*ckt

t1 t2 t3

x*tt

Đường cong tính toán là đường cong biểu diễn trị số tương đối của thành phần chu kỳ trong dòng ngắn mạch tại những thời điểm tùy ý của quá trình quá độ phụ thuộc vào một điện kháng - điện kháng tính toán x*tt = x”d + xN. I*ckt = f(x*tt , t)

Lưu ý: Các tham số trên đường cong tính toán đều tính trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức của máy phát: Ucb = Utb và Scb = SđmF

Có 2 loại đường cong tính toán khác nhau cho 2 loại máy phát: turbine hơi và turbine nước.

- Các đường cong tính toán chỉ vẽ đến xtt = 3. Khi xtt > 3, sự biến thiên của biên độ dòng điện chu kỳ theo thời gian rất ít, thực tế có thể coi là không đổi trong suốt cả quá trình ngắn mạch và bằng trị số ban đầu.

Đường cong tính toán của máy phát điện turbine hơi

Đường cong tính toán của máy phát điện turbine nước

II.2. Phương pháp tính toán:

 Lập sơ đồ thay thế: - Tính toán qui đổi gần đúng trong đơn vị tương đối (với

các lượng cơ bản Scb, Ucb = Utb)

- Không cần đặt sức điện động trong sơ đồ. - Máy phát: thay thế bằng XF = x”d - Phụ tải: có thể bỏ đi, trừ phụ tải nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch thì thay thế bằng XPT = x”PT = 0,35 và tính toán như máy phát có cùng công suất.

- Các phần tử tỉnh (KĐ,Đd,MBA): thay thế bằng X giống

như ở CĐXL bình thường

- Hệ thống công suất vô cùng lớn: thay thế bằng UH = 1 XH = 0

 Xác định nhóm các máy phát: - Nhập chung các máy phát có khoảng cách đến điểm ngắn mạch gần như nhau.

- Hệ thống công suất vô cùng lớn

phải tách riêng ra .

 Biến đổi sơ đồ thay thế: Dùng các phép biến đổi đưa sơ đồ về dạng từng nhánh độc lập nối với điểm NM.

tti



S âm i  S

 Tính điện kháng tính toán:

Sđmi - tổng công suất định mức của các máy phát

 Tra đường cong tính toán :

nhập chung trong nhánh thứ i.

Từ x*tti và thời điểm t cần xét, tra đường cong tính

toán tương ứng sẽ tìm được I*ckti

 Tính dòng tổng trong hệ đơn vị có tên:

Ickt = I*ckti.Iđmi + INH

NH*

âm

I = cb

 =

S cb U.3

S âm  U. 3

trong đó:

Một số điểm cần lưu ý: - Khi x*tti > 3 thì dòng chu kỳ không thay đổi và bằng:

I*cki = 1/x*tti

- Nếu các máy phát khác loại thì dùng đường cong tính toán của máy phát có công suất lớn, gần điểm ngắn mạch.

Ví dụ: Xác định công suất ngắn mạch sau 0,2sec khi ngắn mạch 3 pha ở điểm N1.Các đường dây có điện kháng x1 = 0,4Ohm/Km. Các số liệu khác cho trên hình.

CHƯƠNG 7: NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG

. F

I. Phương pháp thành phần đối xứng:

. F a

1 a

. F b 1 . F . F

. F c 1 . F . F

. F . F . F

. F c của hệ thống 3 pha có thể phân tích thành 3 hệ thống véctơ thành phần đối xứng: - Hệ thống véctơ thứ tự thuận - Hệ thống véctơ thứ tự nghịch - Hệ thống véctơ thứ tự không

Ba véctơ toàn phần không đối xứng

Toàn phần

Thứ tự thuận Thứ tự nghịch Thứ

tự

không



 F a  F b  F c

 F a 1  F b 1  F c 1

    

1 a

1 =  3

 F a  F b  F c

 F 0  F a1  F a

 F a  F b  F c

    

    

    

    

 1  1   1 

    

    

    

    

    

 1  1   1 

    

Đặt Toán tử pha a = ej120o

. F

. F a 0

. F c 0

. F 0

trong đó:

Một vài tính chất của các thành phần đối xứng trong hệ thống điện 3 pha

- Dòng điện đi trong đất bằng tổng hình học dòng điện các pha, do đó bằng 3 lần dòng thứ tự không. . . . Iđ = IA + IB + IC = 3I0 - Trong điện áp dây không có thành phần thứ tự không.

U 3

; U

U 3

- Giữa điện áp dây và điện áp pha của các thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch cũng có quan hệ :

- Có thể lọc được các thành phần thứ tự của dòng điện và điện áp.

II. Các phương trình cơ bản của thành phần đối

xứng:

 =  U 1  =  U  =  U

 .ZI 1 1  .ZI 2  .ZI 0

Z1, Z2, Z0 - tổng trở TTT,TTN,TTK của phần tử.

 I



1 N Z .

 E = 0 -=



Định luật Ohm:

 -  I N  I

0 -=



UN1, UN2, UN0, IN1, IN2, IN0 - các thành phần thứ tự của điện áp và dòng

điện tại chổ ngắn mạch.

E - sức điện động tổng đối với điểm ngắn mạch. Z1, Z2, Z0- tổng trở tổng của sơ đồ thứ tự tương ứng với điểm NM.

Định luật Kirchhoff II:  U  U  U

III. Tham số thành phần thứ tự của các phần tử:

- Tổng trở thứ tự thuận X1 của các phần tử chính là tổng trở đặc trưng khi ngắn mạch đối xứng.

- Phần tử có liên hệ từ quay:

X0  X2  X1 - Phần tử có liên hệ từ đứng yên:

X2 = X1 ; X0  X1

- Phần tử không có liên hệ từ giữa các pha:

X2 = X0 = X1

1. Máy phát điện:

 Máy điện không cuộn cản: X2  1,45x’d  Máy điện có cuộn cản: X2  1,22x”d  Xo = (0,15  0,6)x”d

LOAÛI MAÏY ÂIÃÛN

Maïy phaït tuabin håi < 200MW

0,22

Maïy phaït tuabin håi  200MW

0,25

0,07

0,45

0,07

Maïy phaït tuabin næåïc coï cuäün caín Maïy phaït tuabin næåïc khäng cuäün caín Maïy buì vaì âäüng cå âäöng bäü

0,24

0,08

X2 0,15 X0 0,05

2. Phụ tải tổng hợp:

X2 = X”PT = 0,35

Xo = 

3. Kháng điện:

X0 = X2 = X1

4. Đường dây:

X2 = X1

X0  X1

Trị số trung bình của tỉ số giữa X0 và X1 của đường dây trên không

TÊNH CHÁÚT CUÍA ÂÆÅÌNG DÁY

TÈ SÄÚ X0/X1 3,5

Âæåìng dáy âån khäng coï dáy chäúng seït

3,0

2,0

5,5

Âæåìng dáy âån coï dáy chäúng seït bàòng theïp Âæåìng dáy âån coï dáy chäúng seït dáùn âiãûn täút Âæåìng dáy keïp khäng coï dáy chäúng seït

4,7

Âæåìng dáy keïp coï dáy chäúng seït bàòng

5. Máy biến áp:

X2 = X1

X0  X1

X0 của MBA phụ thuộc tổ nối dây:

Tổ nối dây chỉ có thể cho dòng thứ tự không chạy quẩn trong cuộn dây mà không ra ngoài lưới điện. Tổ nối dây Y cho dòng thứ tự không đi qua cuộn dây chỉ khi trung tính nối đất.







 x

x.x II 



a) Tổ Yo / :



IIx

0

Với:

x1 - điện kháng thứ tự thuận của máy biến áp

b) Tổ Yo / Yo:

 Nếu phần mạng điện nối với cuộn dây II có trung tính nối đất:

X0 = xI + xII = X1

 Nếu phần mạng điện nối với cuộn dây II có trung tính không nối đất:

X0 = 

Đối với máy biến áp 3 cuộn dây thường có một cuộn dây nối  , trong sơ đồ thay thế của máy biến áp xo sẽ nối song song trực tiếp với điện kháng của cuộn  , vì vậy có thể bỏ qua xo.

c) Tổ Yo / Y /  :

d) Tổ Yo / Yo /  :

e) Tổ Yo /  /  :

IV. Sơ đồ các thành phần thứ tự:

1. Sơ đồ thứ tự thuận:

là sơ đồ dùng để tính toán ở chế độ đối xứng.

2. Sơ đồ thứ tự nghịch:

sơ đồ thứ tự nghịch có cấu trúc tương tự như sơ đồ thứ tự thuận. Điểm khác biệt là: - các nguồn sức điện động bằng không. - đối với các máy phát điện, điện kháng thứ tự nghịch khác với điện kháng thứ tự thuận

3. Sơ đồ thứ tự không:

Muốn vẽ sơ đồ thứ tự không ta nên bắt đầu từ điểm ngắn mạch. Xuất phát từ điểm ngắn mạch ta tìm đường đi của dòng thứ tự không và vẽ dần sơ đồ thay thế về các phía của hệ thống điện.

Sơ đồ thứ tự không chỉ bao gồm các phần

tử mà dòng thứ tự không có thể đi qua.

Tổng trở nối đất của điểm trung tính được đưa vào sơ đồ thứ tự không có trị số bằng 3 lần trị số thực tế của nó.

V. Tính toán các dạng ngắn mạch cơ bản:

Qui ước:

- Coi pha A là pha đặc biệt. - Xét NM ngay tại đầu nhánh rẽ của phần tử và chiều dương của dòng điện là từ các pha đến điểm NM.

. E



. U . U . U

. j I . j I . j I



Các phương trình cơ bản:

1. Ngắn mạch 2 pha:

. I NA

= 0

. I

. U

-= . U

Điều kiện ngắn mạch là:

2. Ngắn mạch 1 pha:

. I NB

. I NC

0=U NA

Điều kiện ngắn mạch là:

3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất:

Điều kiện ngắn mạch là:

I NA

0=

0=U NB

0=U NC

Biểu thức tính toán các thành phần đối xứng của dòng và áp tại chỗ ngắn mạch không đối xứng (khi coi mạch điện là thuần kháng và ngắn mạch trực tiếp)

Dạng NM

Dòng

Áp

. E

. I

N A

. I

N A



N(2)

 X

)

A 



. U . U

j X . U

;

. U

N A

2  . ; I

( j X . I

. I

= -

N A



. I

N A

. I

)



N A

N(1)

)

. E X





( j X . U

 +

. U

. U . U



 =

N A

( j X . I

 . I

. I

N A

1  =

. E



. I

N A



A X



(

. j I

)

. U

N A

( j X

)



N(1,1)



0 X

X  



0 X

X  



. U

0 . U

. U

N A

. I

 0

. I



2 =

N A

(n).

VI. Quy tắc Đăíóng trị thứ tự thuận:

(

)

 I NA 1

 E A  

Xj (

)

 1

n )( 

(

)

(

)

 U

NA 1

n )( 

 I NA 1

)( n Im .

n )( N

n )( NA 1

Dòng thứ tự thuận của một dạng ngắn mạch không đối xứng bất kì được tính như là dòng ngắn mạch 3 pha ở điểm xa hơn điểm ngắn mạch thực một điện kháng phụ X

(n) và hệ số m(n)

Giá trị của điện kháng phụ X

(n)

Daûng

(n)

m(n)

X

NM

3 pha

(3)

2 pha

(2)

X2

1 pha

(1)

X2 + Xo



3 1

0 X

)

(

X X 2  

2 pha -

(1,1)

0 X

X X 2  



âáút

VI. Sử dụng phương pháp đường cong tính toán:

a) Lập sơ đồ thay thế:

 Lập các sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không của hệ thống điện trong hệ đơn vị tương đối theo phép quy đổi gần đúng với các lượng cơ bản Scb, Ucb = Utb.

 Biến đổi sơ đồ thứ tự nghịch và thứ tự không để tính X2, Xo của sơ đồ đối với điểm ngắn mạch. (n) tùy theo dạng ngắn mạch. Tính điện kháng phụ X

(n) vào sơ đồ thứ tự thuận và

b) Aïp dụng quy tắc đẳng trị thứ tự thuận: Đặt thêm điện kháng phụ X

xem như ngắn mạch 3 pha giả tưởng sau điện kháng này.

c) Biến đổi sơ đồ thay thế: Dựa vào sơ đồ, tùy thuộc khoảng cách từ các máy phát điện đến điểm ngắn mạch ta xác định nhóm các máy phát điện có thể nhập chung, HTCSVCL phải tách riêng ra. Dùng các phép biến đổi đưa sơ đồ về dạng từng nhánh độc lập nối từ nguồn đến điểm ngắn mạch.

tti

i* 

S âm  S

d) Tính điện kháng tính toán:

Sđmi - tổng công suất định mức của các máy phát điện nhập chung trong nhánh thứ i.

e) Tra đường cong tính toán:

*N1ti của nhánh thứ i.

Từ các trị số xtti và thời điểm t cần xét, tra theo đường cong tính toán tương ứng ta tìm được dòng thứ tự thuận I(n)

f) Tính dòng thực:

)n(



âm 

)n( Nt

)n( tiN* 1

)n( HN 1

k  i

1 =

   

   

Thành phần chu kì của dòng ngắn mạch tổng trong hệ đơn vị có tên là:

âm

 = i

S âm  U. 3

Iđmi- là tổng dòng định mức của các máy phát điện nhập chung trong nhánh thứ i.

N1H - dòng thứ tự thuận do HTCSVCL cung cấp



)n( HN 1

)n( HN* 1

I x

NH*

I(n)

S cb U. 3

Icb - dòng cơ bản tương ứng với công suất cơ bản Scb đã chọn và điện áp Utb của cấp cần xét ngắn mạch.