Chơng: VIII

Tính toán dòng ngắn ngạch

8.1 Khái niệm chung:

Ngắn mạch là sự chạm chập giữa các pha với nhau hoặc giữa các
pha với đất hay dây chung tính. Mạng có trung tính không trực tiếp nối đất
(hoặc nối đát qua TB. bù) khi có trạm đát một pha thì dòng điện ng.m. là dòng
điện điện dung của các pha đối với đất tạo nên.
Khi xuất hiện ng.m. tổng trở của mạch trong hệ thống giảm xuống
(mức độ giảm phụ thuộc vào vị trí của điểm ng,m, trong hệ thống).

dòng
ng.m. trong các nhánh riêng lẻ của HT. tăng lên so với các dòng điện ở chế độ
làm việc bình thờng

Gây nên sự giảm áp trong HT. (sự giảm này càng
nhiều khi càng gần vị trí ng.m.).
Thông thờng ở chỗ ng.m. có một điện trở quá độ nào đó (điện trở hồ
quang, điện trở của các phần tử ngang theo đờng đi của dòng điện từ pha này
tới pha khác hoặc từ pha tới đất), Trong nhiều trờng hợp điện trở này có trị
số rất nhỏ mà thực tế có thể bỏ qua đợc. Những loại ng.m. nh vậy gọi là
ngắn mạch có tính chất kim loại
(ng.m. trực tiếp). Dòng ng.m. có tính chất kim
loại lớn hơn khi có điện trở quá độ. Vì vậy khi cần tìm giá trị lớn nhất có thể
của dòng ng.m. ta coi rằng chỗ ng.m. không có điện trở quá độ.
1) Phân loại các dạng ngăn mach:
a) Ngắn mạch ba pha: kí hiệu N
(3)

Nhận xét:

+ Ngắn mạch ba pha là ng.m. đối xứng.
+ Các dạng ng.m. khác là không đối xứng.
+ Ng.m. ba pha chỉ xẩy ra với xác suất nhỏ (5%). Tuy nhiên việc
nghiên cứu nó lại vẫn rất cần thiết, vì đó là dạng ng.m. đối xứng


Các dạng ng.m. khác đều có thể dùng phơng pháp thành phần không
đối xứng để đa về dạng ng.m. ba pha.
Trong thời gian xẩy ra ng.m. kể từ lúc xẩy ra cho tới khi cắt đợc
phần tử bị hỏng. Trong mach điện xẩy ra một quá trình quá độ phức
tạp, mang tính chất của các dao động điện từ, liên quan đến sự biến
thiên của điện áp, dòng điện, từ thông và những dao động cơ-điện, liên
qua đến biến thiên công suât, mômen quay, mômem cản
Khi nghiên cứu ng.m. nếu đứng trên quan điểm điện từ của quá
trình quá độ để khảo sát hiện tợng. Ngợc lại khi nghiên cứu ổn định
ngời ta lại đứng trên quan điểm điện cơ. Việc tách thành 2 quá trình
nh trên là để việc nghiên cứu và tính toán thực hiện đợc đơn giản.
Để có lời giải chính xác, sau khi nghiên cứu riêng rẽ cần phải tổng
hợp lại và nhiều lúc theo quan điểm nghiên cứu riêng rẽ mà yêu cầu
của các vấn đề lại
mâu thẫn
nhau. Ví dụ muốn giảm dòng mg.m. thì

(1,1
)
I
N
(1,1
)
I
N
(2)
I
N
(2)

I
N
(3)
I
N
(3)
i
xk
I


.Tiếp đó quá trình quá độ chuyển dần sang trạng thái xác lập I

. Lúc có
TĐK thì I

là bé nhất so với trị số dòng điện lúc trớc đó, còn khi có bộ

000 ckkck
iii +=
tại thời điểm t=0

(HV.) trờng hợp i
0
=0 tức i
ck0
=i
kck0
(thời điểm xẩy ra ngắn mạch đúng
vào lúc dòng điện đi qua điểm 0).
Nội dung tính toán ngắn mạch:nhằm xác định các đại lợng sau:

I Giá trị ban đầu của thành phần chu kỳ, ggọi là dòng ngắn mạch
siêu quá độ.
i
xk
Dòng điện xung kích (trị số cực đại của dòng ng.m. toàn phần). Giá
trị này cần thiết cho việc chọn TB., thanh góp, sứ.. (kiểm tra ổn định động
của TB.).
I
xk
- Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích (tức giá trị hiệu dụng của
dòng ng.m. toàn phần trong chu kỳ đầu). dùng voà việc kiểm tra TB. điện
về ổn định lực điện động ở chu kỳ đầu.
I

t
qđ
- Thời gian qui đổ. Là khoảng thời gian cần thiết để dòng ng.m.
xác lập phát ra một lợng nhiệt đúng bằng lợng nhiệt do dòng ng.m.
thực tế gây ra trong thời gian t
N
.

t
qd
= t
qđck
+ t
qđkck
trong đó: t
qđck
thời gian qui đổi của thành phần CK.
t
qđkck
thời gian qui đổi của thành phần KCK.

Xác định t
qđck
:

+ Khi t
N
< 5 giây đợc xác định theo đờng cong t
qđck
= f(


)
2

+ Khi t
N
<1,5.T

t
qdkck
= T. (

)
2
.(1-e
-2t/T
).
Trong đó: T là hằng số thời gian. T=
R
X
.314

+ Khi t
N
>20.T hoặc t
N
>20 giây giá trị của t
qđkck
có thể bỏ qua.


i
kck0
i
ck0
i
xk
t

+Gây hiêu ứng cơ giới giữa các dây dẫn, i
xk
có thể làm hỏng các khí
cụ điện, vỡ sứ.
+Khi có ngắn mạch U giam xuống thấp

động cơ ngừng quay


ngừng chệ hoặc hỏng sản phẩm, cháy động cơ, không khởi động đợc.
+Cố thể phá hoại sự ổn định của hệ thống.
+Ngắn mạc hai pha hoặc một pha cham đất còn gây ra dòng thứ tự
không làm nhiễu loạn đờng dây thông tin và tín hiệu đờng sắt ở gần.
+ CCĐ bị giãn đoạn.

Biện pháp hạn chế:

+Dùng sơ đồ nối dây hợp lý, đơn giản, rõ dàng ít gây nhầm lẫn. Khi
có sự cố chỉ có phần tử sự cố bị cắt, các phần tử khác vẫn phải đợc làm
việc bình thờng.
+Các TB. và bộ phận có dòng ng.m. đi qua phải đợc chọn để có khả
năng chịu đợc tác dụng nhiệt và cơ của dòng ng.m.

Tính toán chính xác I
N
là một vấn đề
rất khó khăn, nhất là đối với sơ dồ phức tạp, có nhiều nguồn cung cấp

do đó để giải quyết một bài toán thực tế không đòi hỏi độ chính
xác cao lắm có thể sử dụng những phơng pháp tính toán thực dụng,
gần đúng, nhằm giảm bót sự phức tạp và đơn giản trong thực hiện.
Trong tính toán ngời ta đa ra những giả thiết cơ bản sau:
1 - Trong quá trình ng.m. s.đ.đ. của các máy điện coi nh trùng pha
với nhau, nghĩa là không xét tới dao động công suất của các máy
phát.
2 Không xét tới sự bão hoà của các mạch từ, nghĩa là cho phép coi
mạch là tuyến tính và có thể sử dụng nguyên tắc xếp chồng.
3 Bỏ qua dòng điện từ hoá của các máy biến áp.
4 Coi hệ thống là ba pha đối xứng.
5 Không xét đến điện dung trừ khi có đờng dây cao áp tải điện đi
cực xa.
6 Chỉ xét tới điện trỏ tác dụng nếu r

0,3.x

. Trong trờng hợp đó
r

và x

là điện trở và điện kháng đẳng trị từ nguồn đến điểm
ng.m.
7 Phụ tải xét gần đúng và đợc thay thế bằng tổng trở cố định tập


Nh vậy nếu chọn 2 đại lợng làm cơ bản thì các đại lợng khác có thể xác
định đợc theo chúng. Thông thờng ngời ta hay chọn S và U làm các
lợng cơ bản.

Công suất cơ bản:
S
cb
là công suất ba pha và công suất cơ bản thờng
chọn là 100, 1000 kVA, hoặc chọn bằng công suất định mức của máy phát
điên hoặc của tất cả các máy phát điện tham gia trong hệ thống. Mục đích
là để tính toán đợc đơn giản.
Điện áp cơ bản: U
cb
thờng đợc chọn bằng U
đm
tại cấp điện áp tính toán.
+ Dẫy điện áp định mức trung bình:

0,23; 0,4; 0,529; 0,69; 3,15; 6,3; 10,5; 22; 37; 115; 230

Nhng cũng có trờng hợp phải lấy điện áp thực (định mức) của phần
tử đặt tại cấp đó. Ví dụ cuộn kháng điện 10 kV làm việc ở cấp 6 kV thì lúc đó
lấy U
đm
=10 kV chứ không phải lấy bằng U
tb

=
cb
cb
I
U
3
=
cb
cb
S
U
2Các đại lợng cơ bản trên có thể biểu diễn trong hệ đơn vị tơng đối theo công
thức sau:

E
*cb
=
cb
U
E
(1)

U
*cb
=
cb
U

cb
cb
cb
cb
cb
U
xS
U
Ix
x
x
==
(4)

Trong đó:
U
cb
[kV] - là điện áp dây, xác định theo điện áp định mức trung bình.
x [

] - điện kháng trên một pha.
I
cb
[kA] - đòng điện cơ bản.
S
cb
[kVA] hoặc [MVA] - công suất cơ bản.

Điện áp ng.m. của máy biến áp u
N

dm
dm
dm
dm
dm
U
I
x
U
S
x
x
x
3
2
==
(6)

Trong tính toán ng.m. phải chuyển về hệ tơng đối cơ bản:

E
*cb
=
cb
dm
cb
cb
U
U
E

x
x
.
3
3
*
*
==
(8)
hoặc
x
*cb
= x
*dm
2
2
.
cb
dm
dm
cb
U
U
S
S

(9)

Nếu chọn U
cb


a) Điện kháng của các máy phát, máy bù đồng bộ và các động cơ không
đồng bộ:
Thông thờng nhà chế tạo cho biết điện kháng siêu quá độ dọc trục. Điện
kháng này chính là điện kháng tơng đối với các lợng cơ bản là định mức
"
)(dmd
x
.
Ta có:

dm
dm
d
dm
d
dmd
S
U
x
x
x
x
2
""
"
)(
==
..
cb
cb
dm
dm
dmd
cb
cb
d
cb
d
cbd
U
S
S
U
x
U
S
x
x
x
x ===Nếu chọn U
cb
=U
dm
thì

x
cha biết đợc thì có thể sử dụng các giá trị trung
bình của điện kháng siêu quá độ của nguồn cung cấp cho trong bảng
(7.2). Bỏ qua điện trở tác dụng của cuộng dây máy phát điện, máy bù
đồng bộ và động cơ.

b) Trở kháng của các máy biến áp:Đối với máy biến áp 2 cuộn dây, nhà chế tạo thờng cho biết trị số điện
áp ngắn mạch u
N
% là trị số điện áp tơng đối tính trong hệ định mức. Với
các máy biến áp lớn S
dm
630-750 kVA (một cách gần đúng có thể bỏ qua
điện trở tác dụng)

gần đúng ta có: u
*Ndm

x
B*dmTừ u
N
% có thể đẽ dàng tính đợc điện kháng của máy biến áp trong hệ
đơn vị có tên hoặc tơng đối với các lợng cơ bản:


ZI .3mà u
N
% =
100.
.3
100.
dm
Bdm
dm
N
U
ZI
U
U
=
Z
B


x
B
=
dm
dm

U
S
Uu
x
x
2
2
.100
%.
=
=
2
.
..
100
%








cb
dm
d
cbN
U
U

cb
[MVA]; U
cb
[kV].

Với các máy biến áp công suất nhỏ
: S
dm
< 630 kVA để tính chính xác
cần xét đến cả điện trở tác dụng lúc đó ta có:
Trong hệ đơn vị có tên:


r
B
=
2
2
100..
dm
dmN
S
UP
(

) (13)

x
B
=

% - thành phần phản kháng của điện áp ng.m.

u
r
% - thành phần tác dụng của điện áp ng.m.
dm
N
ủ
S
P
u
100.
%

=
(16)u
r
%; u
x
%; u
N
% - chính là trị số tơng đối của điện trở, điện kháng và
tổng trở của biến áp với các lợng cơ bản là định mức.



2
)(*
..
100
%








=
cb
dm
dm
cb
r
cbB
U
U
S
S
u
r
(17)
Tính gần đúng:


và x
B
ở hệ đơn vị có tên thì cũng có thể đổi
ra hệ cơ bản: 2
)(*
.
cb
cb
BcbB
U
S
xx =2
)(*
.
cb
cb
BcbB
U
S
rr =Đối với máy biến áp ba cuộn dây, nhà máy sản xuất thờng cho điện
áp ng.m. tơng đối trong hệ định mức giữa các cuộn dây điện áp


u
NC-H
- Có đợc khi để cuộn T hở mạch; cuộn H ngắn mạch. Đặt u


vào cuộn cao áp và nâng dần áp cho đến khi dòng điện trong cuộn T
và H đạt giá trị định mức. Lúc đó ta có đợc giá trị

P
NC-T
. Chính vì
vậy ta có thể viết:

u
NC-H
% = u
NC
% + u
NH
%


P
NC-H
=

P
NC
+

% + u
NC-H
%) (21)
u
NH
% =
2
1
(u
NC-H
% + u
NT-H
% + u
NC-T
%)
Sau khi tính đợc điện áp ng.m. % của các cuộn dây theo hệ định mức
tơng tự nh máy biến áp 2 cuộn dây, ta sẽ tính đợc điện kháng của
các cuộn dây qui về các điều kiện cơ bản nh sau:

Tính chính xác:
Z
c
Z
H
Z
T
2









=
cb
dmT
dmT
cbNT
TcbB
U
U
S
Su
x
2
)(*
.
100
%



dmT
cbNT
TcbB
S
Su
x .
100
%
)(*
=dmH
cbNH
HcbB
S
Su
x .
100
%
)(*
=

Trong đó: S
dmC
; S
dmT
; S

NC-T
-

P
NT-H
)


P
NT
= 1/2 (

P
NC-T
+

P
NT-H
-

P
NC-H
)


P
NH
= 1/2 (

P

S
P .

r
*B(cb)H
=
dmH
cb
NH
S
S
P .

c) Điện kháng của cuộn điện kháng:
(cuộn kháng điện) nhà chế tạo
thờng cho trị số điện kháng tơng đối trong hệ định mức x
K
%.
Qui đổi về hệ cơ bản sẽ có:
Tính chính xác:
cb
dm
dm
cb
K
cbK
U
U
I
I

dm
= 10 kV).
Trong hệ đơn vị có tên điện kháng của cuộn kháng điện là:

x
K
% =
100.
dm
K
x
x



100.
3
dm
dm
K
I
U
x



dm
dmK
K
I


r
*dd(cb)
= r
0
.l.
2
cb
cb
U
S

x
0
; r
0
có thể tra bảng [

/km] hoặc có thể tính:

r
0
=
FF .
100


=
[




0,3 (lới đến 1 kV) Với cáp

0,07 [

/km]
x
0


0,12 (lới 35 kV)
e) Các thành phần khác:
ngoài các thành phần kể trên khi tính toán
ng.m. ở mạng hạ áp còn phải kể tới điện trở tác dụng và điện
kháng của 1 số thành phần khác nh: cuộn sơ cấp của các máy