TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009

14
TÍNH TOÁN PHÂN BỐ DÒNG ĐIỆN TRỞ VỀ
TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV
CALCULATIONS OF DISTRIBUTION OF RETURN
CURRENT ON 22KV NETWORK

Lê Kim Hùng, Trần Vinh Tịnh
Đại học Đà Nẵng
Võ Như Quốc
Công ty Điện lực 3

TÓM TẮT
Lưới điện phân phối (LĐPP) 22kV tồn tại dưới hai dạng cấu trúc 3 pha 3 dây và 3 pha 4
dây, với cấu trúc lưới khác nhau này dẫn đến sự khác nhau về các thông số kỹ thuật trong các
chế độ vận hành của hệ thống điện (HTĐ) [1], như: thông số chỉnh định bảo vệ rơle, mức di
trung tính và khả năng bất đối xứng của máy biến áp (MBA) trạm nguồn 22kV, sự phân bố
dòng điện trở về, mức độ an toàn điện đối với con người và các giới hạn cho phép của điện trở
nối đất tại trạm biến áp (TBA) nguồn 22kV. Bài báo này nghiên cứu sự khác nhau về phân bố
dòng điện trở về (DĐTV) đối với từng cấu trúc lưới điện.
ABSTRACT

The 22kV distribution networks exist under two forms: three phase three wire and three
phase four wire, the two different configurations lead to different parameters during network
operation such as: relay protection systems, neutral point displacement, asymmetry of
transformers at 22kV substations, distribution of return current, human safety and allowable
limits on earthing resistances at 22kV substations. This acticle presents the differences on
return current distribution on each network configuration.

1. Đặt vấn đề

= 0 → I
tv
b. Tính toán ở chế độ tải 3 pha KĐX: Trong chế độ vận hành (CĐVH) KĐX, để
tính chế độ KĐX ta áp dụng phương pháp thành phần đối xứng (TPĐX) [2].
= 0, do vậy không
có DĐTV chạy trong đất.
Hệ thống dòng điện KĐX I
A
, I
B
, I
C
được phân tách thành 3 hệ thống TPĐX
TTT I
1
, TTN I
2
và TTK I
0
CBAtv
IIIII
•••••
++==
0
3
, trong đó: dòng điện TTK là hệ thống 3 dòng điện bằng nhau
và đồng pha, chạy trong 3 pha và cùng chạy trong dây trung tính (chạy trong đất), do đó
DĐTV chạy trong đất là .
Nếu biết giá trị hiệu dụng của dòng điện pha I
A

I
C
* Với các MBA có cuộn dây đấu Y
)]/9 (2)
0
Công suất tác dụng tổn hao trên ĐTNĐ: ∆P
, với điểm trung tính nối đất thì trong trường hợp
KĐX, xuất hiện TPĐX dòng TTK chạy qua điện trở nối đất (ĐTNĐ). Kết quả là xuất
hiện tổn hao và điện áp trên điện trở đó, điện áp này có thể gây nguy hiểm cho con
người trong quá trình vận hành.
0
= (3I
0
)
2
.R
nđ
nđ
RIU .3
0
0
••
=∆
. Tổn hao điện áp trên
điện trở đất là: , trong quá trình vận hành điều kiện ∆U
0
< ∆U
cp
phải
được đảm bảo. Điều kiện an toàn U

nđtải

I
tv

B B’
C
C’
A
A’
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009

16
và dây trung tính) như hình 2.
Ở CĐVH tải 3 pha đối xứng, dòng điện I
tt
= 0 → I
tv
b. Tính toán ở chế độ tải 3 pha
KĐX: Trong trường hợp này,
DĐTV được chia làm 2
phần, 1 phần đi trong dây
trung tính I
= 0, do vậy không có
DĐTV chạy trong dây trung tính và
đất.
tvtt
và 1 phần đi
trong đất I
tvđ

−=−=
(4)
Trong đó: Z
mN
là tổng trở tương hỗ giữa mạch ”pha-đất” và mạch ”trung tính-đất”, Z
NN

là tổng trở mạch ”dây trung tính-đất”, Z
u1
là tổng trở nối đất của MBA nguồn, Z
u2
là
tổng trở nối đất của phụ tải hoặc lưới nhận điện.
Nhận xét
2.2. Dòng điện trở về trong chế độ sự cố của LĐPP 22kV
: Đối với cấu trúc 3 pha 4 dây, do có dây trung tính kết hợp với các cơ cấu
NĐLL nên DĐTV nguồn giảm đi dẫn đến mức di trung tính của MBA nguồn 22kV
giảm xuống, đồng thời điện áp giáng trên ĐTNĐ trạm nguồn 22kV giảm xuống, do vậy
cho phép mở rộng phạm vi cho phép của ĐTNĐ trạm nguồn (>0,5Ω) mà vẫn đảm bảo
tính an toàn cho con người.
Khi có sự cố ngắn mạch (NM) KĐX kèm chạm đất (NM 1 pha chạm đất N
(1)
và
NM 2 pha chạm đất N
(1,1)
2.2.1. Đối với cấu trúc lưới 3 pha 3 dây: Xét LĐPP 22kV 3 pha 3 dây với đất làm dây
trung tính đặc trưng cho mạch trở về như hình 3
), dòng điện sự cố chạm đất sẽ được phân ra giữa dây trung
tính và rất nhiều điểm NĐLL [3].
+ Ngắn mạch một pha chạm đất: Giả sử NM 1 pha chạm đất ở pha C như hình 4,

++
=++=
•
••••
(6)
0
)1()1(
==
••
ba
II

Dòng điện đi trong đất trở về nguồn là:
Tải
R
nđnguồn
R
nđtải
I
tv

A A’
B B’
C
C’
Hình 3: LĐPP 22kV 3 pha 3 dây sử dụng đất làm
dây trung tính.
Tải
R
nđnguồn

3
ZZZ
E
III
cntv
++
===
•
•••
(7)
Dòng điện NM 1 pha I
N
(1)
02
2
)1,1(
1
)1,1(
0
02
0
)1,1(
1
)1,1(
2
02
02
1
)1,1(
1

(8)
Thay Z
2
= Z
1








+
−
−=








+
−
−=
=
•
•

b
a
vào các biểu trên và biến đổi ta có:
(9)
Dòng điện đi trong đất trở về nguồn là:
01
)1,1(
0
)1,1(
2
3
3
ZZ
E
III
antv
+
===
•
•••
(10)
2.2.2. Đối với cấu trúc lưới 3 pha 4
dây: Xét LĐPP 22kV 3 pha 4 dây
với cơ cấu NĐLL dây trung tính
như hình 4.
Khi xảy ra sự cố NM 1 pha
và 2 pha kèm chạm đất cũng giống
như trường hợp cấu trúc lưới 3 pha
3 dây, DĐTV nguồn (dòng TTK) sẽ
phân thành 2 phần, 1 phần đi trên

tvđ

A A’
B B’
C C’
I
tvtt

R
nđll
R
nđll

Hình 4: LĐPP 22kV 3 pha 4 dây với cơ cấu
nối đất lặp lại dây trung tính.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009

18
3. Tính toán phân bố DĐTV (3I
0
Xét mạch điện như
hình 5, với: A, B, C là 3
pha nguồn cung cấp; Z
) qua các cơ cấu nối đất lặp lại
a
,
Z
b
, Z
c

0
3.1. Sơ đồ tính toán phân bố dòng điện trở về
ta sẽ tính toán sự phân bố DĐTV qua các cơ cấu
NĐLL bằng thuật toán Simulink trên chương trình MATLAB, kết quả sẽ trình bày ở
mục sau.
Từ hình 6 thiết lập
được sơ đồ tính toán phân bố
DĐTV đối với LĐPP 22kV 3
pha 4 dây, dây trung tính được
NĐLL với khoảng cách
NĐLL từ 200 ÷ 250 mét như
hình 6.
Sơ đồ thay thế
tính toán như hình 7.
Trong đó: Z
dtt
là tổng
trở của dây trung tính,
R
nđnguồn
là ĐTNĐ của
trạm nguồn 22kV, R
nđtải

là ĐTNĐ của TBA phụ
tải, R
nđll
là điện trở NĐLL của dây trung tính, R
đ
= R


N
1
N
2

Z
d
= r
d
+ jx
d

Z
n
= r
n
+ jx
n

Hình 5: Sơ đồ mạch điện 3 pha 4 dây điển hình
3I
0

R
nđnguồn
R
nđll
R
nđll

nđtải
R
nđnguồn

Z
dtt

R
nđll
R
nđll

3I
0

3I
0

Z
dtt
Z
dtt

Hình 7: Sơ đồ tính toán phân bố dòng điện trở về
3I
02

3I
01
3I