›
›

Bài giảng Giải tich hệ thống điện - Bài 7: Tính toán ngắn mạch trong HTĐ - Cô Thái

7.1 Tổng quan về ngắn mạch
7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng
7.3 Các thành phần đối xứng
7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 
pdf 74 trang xuanthi 02/01/2023 620
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Giải tich hệ thống điện - Bài 7: Tính toán ngắn mạch trong HTĐ - Cô Thái", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_giai_tich_he_thong_dien_bai_7_tinh_toan_ngan_mach.pdf

Nội dung text: Bài giảng Giải tich hệ thống điện - Bài 7: Tính toán ngắn mạch trong HTĐ - Cô Thái

  1. 7.1 Tổng quan về ngắn mạch 2  Ngắn mạch trong HTĐ là hiện tượng các dây dẫn pha chạm nhau hoặc chạm dây trung tính hoặc chạm đất (HTĐ có dây trung tính nối đất). Lúc ngắn mạch xảy ra, điện áp tại các nút và dòng điện trên các nhánh sẽ bị thay đổi và HTĐ trải qua quá trình quá độ đến xác lập.  Ngắn mạch thoáng qua là ngắn mạch tự biến mất sau khi xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn. Nguyên nhân: sét (phổ biến), dây dẫn lắc lư, va chạm của các vật bên ngoài,  Ngắn mạch lâu dài là ngắn mạch vẫn còn tồn tại khi đóng máy cắt trở lại sau tác động cắt tức thời nếu không có biện pháp xử lý. Nguyên nhân: dây dẫn chạm đất, cách điện dây dẫn hư hỏng,
  2. 7.1 Tổng quan về ngắn mạch 4  Dạng sóng dòng ngắn mạch: 2 2 . Thành phần DC IIIrms DC t AC. rms . Thành phần AC
  3. 7.1 Tổng quan về ngắn mạch 6  Mô hình máy phát điện: ’’ + X d ’ Eg X d (constant) - Xd X Điện X d kháng máy ' điện X d '' X d Siêu Quá Xác độ lập quá độ T (Chu kỳ) 0 3-6 30-120
  4. 7.1 Tổng quan về ngắn mạch 8 Tính toán ngắn mạch để: . Giải bài toán ngắn mạch . Chọn khí cụ điện . Tính toán giá trị đặt rơle điều khiển máy cắt . Nghiên cứu ổn định hệ thống điện
  5. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 10  Trong trường hợp ngắn mạch ba pha đối xứng, dòng điện trong ba pha đối xứng và lệch nhau 120°. Do đó chỉ cần tính dòng ngắn mạch trong 1 pha, sau đó suy ra dòng trên các pha còn lại.  Tính toán ngắn mạch dùng định lý Thevenin   (3) VVTh N (0) I N - ZZZZTh N Th N 1 V (0) k + 2 . V ,V (0): điện áp tại chỗ NM trước Mạng th N Z sự cố. Điện áp này tìm được nhờ giải điện k Th. k bài toán PBCS trước sự cố (bỏ qua = k dòng tải). . Zth: tổng trở Thevenin nhìn từ chỗ (3) (3) xảy ra NM. (Có thể tìm được nhờ I I N Nk Z k ZN các phép biến đổi tương đương hoặc N từ ma trận tổng trở).
  6. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 12 Tính toán khi quy về phía I:  Kháng trở 2 máy phát: 2 2 XVd 1% dmI 13 X d 1 0.24 0.676  100SdmG1 60 2 2 XXXd d 1// d 2 XVd 2 % dmI 13 X d 2 0.24 1.014  0.4056  100SdmG2 40  Kháng trở máy biến áp: 2 2 X T % VdmI 13 X T 0.16 0.2704  100SdmT 100  Kháng trở đường dây: 2 2 VdmI 13 XXLL 2 160 2 0.5587  VdmII 220
  7. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 14  Dòng qua hai máy phát X 1.014 I d 2 I 6.079 3.6474 kA GNI1 () XXd 1 d 2 0.676 1.014 X 0.676 I d1 I 6.079 2.4316 kA GNI2 () XXd 1 d 2 0.676 1.014
  8. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 16 BT7.2 Tính toán lại bài BT7.1 trong đơn vị tương đối với Scb = 100 MVA, UcbII = 220 kV Giải: B1. Điện áp cơ bản phía máy phát UcbI = 13 kV (theo tỷ số điện áp dây của MBA) B2. Tính tổng trở cơ bản và dòng điện cơ bản cho hai cấp điện áp: 2 2 13 103 220 103 Z 1690  Z 484  cbI 100 106 cbII 100 106 100 106 100 106 IA 4441.2 IAcbII 262.4 cbI 3 13 103 3 220 103
  9. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 18 B4. Dòng ngắn mạch và dòng chạy qua hai máy phát: * VTh 1 IN 1.3687 ( dvtd ) X th 0.7306 VTh 1 (điện áp trước NM tại N = UcbII ) XTh X G1/ / X G 1 X B X L 0.7306 dvtd * X G2 0.6 IGN1 I 1.3687 0.8212 dvtd XXGG1 2 0.4 0.6 * X G1 0.4 IGN2 I 1.3687 0.5475 dvtd XXGG1 2 0.4 0.6
  10. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 20 BT7.3 Cho sơ đồ 1 sợi của HTĐ điện như hình vẽ. Tổng trở các phần tử được cho trong đơn vị tương đối, bỏ qua điện trở. Các máy phát đều vận hành tại điện áp định mức. Giả sử có một sự cố ba pha đối xứng xảy ra tại nút 3 với tổng trở chạm ZN = j0.16 đvtđ. Xác định dòng sự cố, điện áp nút và dòng điện trên các nhánh đường dây. G1 j0.1 G2 j0.2 j0.1 j0.2 1 j0.8 2 j0.4 j0.4 3
  11. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 22 . Điện áp tại các nút lúc sự cố - 1 đvtđ - * * + 1 đvtđ V1N 1 IG1 ( j 0.2) + 1 ( j 1.2)( j 0.2) 0.76 dvtd j0.2 j0.4 * I G1 * I G2 j0.8 * * 1 2 V2N 1 IG2 ( j 0.4) 1 ( j 0.8)( j 0.4) 0.68 dvtd j0.4 j0.4 3 * I N3 * * ZN = j0.16 V3N ZNN I3 ( j 0.16)( j 2) 0.32 dvtd
  12. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 24  Nhận xét II - I - - - III + (lúc sự cố) + + (trước sự cố) + (Thevenin) = + 3 3 3 + V (0) + V (0) - 3 - 3 - - + V3(0) + V3(0) * * I N3 I N3 ZN ZN
  13. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 26  Độ thay đổi điện áp nút trong mạch Thevenin III: * * III V1N 0 (j 0.2) IG1 j0.2 j0.4 (j 0.2)( j 1.2) 0.24 dvt d * * j0.2 j0.2 V2N 0 (j 0.4) IG 2 1 2 (j 0.4)( j 0.8) 0.32 dvt d j0.1 * * V2N (j 0.16) I N 3 1 3 (j 0.16)( j 2) 1 0.68 dvtd - V3(0) + V * V (0) V 1 0.24 0.76 dvtd * 1N 1 1 I N3 * j0.16 V2N V2(0) V 2 1 0.32 0.68 dvtd * V3N V3(0) V 3 1 0.68 0.32 dvtd
  14. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 28  VBUS    VNV1( ) 1 (0) ZZZ11 1k  1 n 0            VNV( ) (0) ZZZk1  kk  kn INk () k k           VNVn( ) n (0) ZZZn1  nk  nn 0
  15. 7.2 Tính toán ngắn mạch đối xứng 30 BT7.4 Tính toán lại bài BT7.3 dùng ma trận tổng trở thanh cái. Giải: . Ma trận tổng trở thanh cái ZBUS 0.16 0.08 0.12 Z j 0.080.24 0.16 BUS 0.12 0.16 0.34 . Dòng ngắn mạch tại nút 3   V3 (0) 1 I3 ( N ) = = j2 ( dvtd ) Z33 ZN j0.34 j 0.16
  16. 7.3 Các thành phần đối xứng 32 1. Các thành phần đối xứng . Gải bài toán trong trường hợp bất đối xứng, ta sử dụng phương pháp các thành phần đối xứng. . Phương pháp các thành phần đối xứng cho phép thay thế một hệ thống ba đại lượng pha không đối xứng (như điện áp hay dòng điện) bởi ba hệ thống đối xứng trong đó mỗi hệ thống gồm ba đại lượng đối xứng.     Va Va0 Va1 Va2     Vb Vb0 Vb1 Vb2     Vc Vc0 Vc1 Vc2
  17. 7.3 Các thành phần đối xứng 34 * Để giảm số lượng ẩn số, có thể biểu diễn VV  V b0 c 0 a0 a 1  120  2  Vb1 aVa1, V c 1 aVa 1   2 Vb2 aVa2 , V c 2 a V a 2     Va Va0 Va1 Va2   2   Vb Va0 a Va1 aVa2    2  Vc Va0 aVa1 a Va2
  18. 7.3 Các thành phần đối xứng 36 * Chú ý: . Thành phần thứ tự 0 1    VVVVa0 a b c 3 . Nếu ba đại lượng pha là đối xứng, các thành phần thứ tự không và thứ tự nghịch = 0     VVVVa0 0, a 2 0, a 1 a
  19. 7.3 Các thành phần đối xứng 38 2. Biểu diễn công suất ba pha theo các thành phần thứ tự       S3 p P jQ V a I a V b I b V c I c * Ia    * VVVIa b c c * Ib T * VIa a  * TTT VIb c AVa012  AI a012  V a012  A  A  I a012   * VI b T 11 *       AAAA  ,    SVIVIVI3p 3( a 0 a 0 a 1 a 1 a 2 a 2 ) 3
  20. 7.3 Các thành phần đối xứng 40 a. Tải tổng trở đấu Y   Va0 ZZIY 3 g 0 0 a0 V 0ZI 0  a1 Y a1   Va2 0 0 ZIY a2 Z Z Z Ia0 Y Ia1 Y Ia2 Y V V V a0 3Zg a1 a2 Mạch thứ tự không Mạch thứ tự thuận Mạch thứ tự nghịch
  21. 7.3 Các thành phần đối xứng 42 b. Tải tổng trở đấu ∆ a Iab Z Z∆ ∆ Vab Z b ∆ c       VZIVZIVZIab ab, bc bc , ca ca        VVVZIIIZIab bc ca ( ab bc ca ) 3 ab0     Ta có: VVVab bc ca 0 Iab0 0
  22. 7.3 Các thành phần đối xứng 44 c. Máy phát điện đồng bộ Ia ZS + E I = 3I - ag g a0 n Ebg Ecg Zg ZS Ib g ZS Ic
  23. 7.3 Các thành phần đối xứng 46 d. Máy biến áp hai cuộn dây . Mạch thứ tự thuận và nghịch và tổng P Q trở tương ứng là như nhau ZT . Mạch thứ tự không phụ thuộc vào cách nối các cuộn dây MBA Ia1 ZT Ia2 ZT Va1 Va2 Mạch thứ tự thuận Mạch thứ tự nghịch
  24. 7.3 Các thành phần đối xứng 48 3 Ia0 ZT P Q P Q Va0 4 Ia0 ZT+3ZG P Q P Q Va0 ZG 5 I a0 ZT P Q P Q Va0
  25. 7.3 Các thành phần đối xứng 50 f. Nhận xét về mạch thứ tự và tổng trở thứ tự 1. Tổng trở thứ tự thuận và nghịch bằng nhau đối với các phần tử tĩnh và đối với máy phát trong tình trạng siêu quá độ 2. Tổng trở thứ tự không thường không bằng tổng trở thứ tự thuận và nghịch 3. Chỉ có sơ đồ thứ tự thuận của máy điện có chứa nguồn áp 4. Không có dòng thứ tự thuận hay dòng thứ tự nghịch chạy giữa điểm trung tính và đất 5. Tổng trở thực Zg nối giữa trung tính và đất không nằm trong sơ đồ thứ tự thuận và nghịch, nhưng trong sơ đồ thứ tự không nó được tương đương với tổng trở có giá trị 3Zg.
  26. 7.3 Các thành phần đối xứng 52 Gải - Chọn Scb = 100 MVA, và Vcb = 345 vùng chứa đường dây - Vì giá trị cơ bản chọn trùng với giá trị cơ bản của các phần tử, các giá trị tổng trở của các phần tử trong hệ đvtd chính là các giá trị đã cho trong bài: - MF G1: XG1,1 = XG1,2 = 0.2 đvtđ, XG1,0 = 0.04 đvtđ, Xg = 0.05 đvtđ. - MF G2: giống như MF G1. - MBA T1: XT1,1 = XT1,2 = XT1,0 = 0.08 đvtđ - MBA T2: Giống như MBA T1 - Đường dây: XL1,1 = XL1,2 = 0.15 đvtđ, XL1,0 = 0.5 đvtđ
  27. 7.3 Các thành phần đối xứng 54 Mạch thứ tự thuận 1 j0.08 2 j0.15 3 j0.08 4 j0.2 j0.2 Nút gốc Mạch thứ tự nghịch 1 j0.08 2 j0.15 3 j0.08 4 j0.2 j0.2 Nút gốc
  28. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 56 . Sự cố bất đối xứng tạo ra dòng điện bất đối xứng chạy trên ba pha của HTĐ. Khi đó điện áp của là các đại lượng bất đối xứng. k a Ika b Ikb c Ikc . Khảo sát sự cố bất đối xứng bằng cách áp dụng lý thuyết Thevenin trên ba mạng thứ tự của HTĐ (tương tự như việc áp dụng trong sự cố đối xứng).
  29. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 58 . Mạch thứ tự thuận. VNV( )  (0) ZZZ  1a1 1 a 1 111 1k 1 1 n 1 0            VNV( ) (0) ZZZk1  kk  kn INka () ka1 ka 1 1 1 1 1           VNV( ) (0) ZZZn1  nk  nn 0 na1 na 1 1 1 1 (Thường bỏ qua các dòng tải, coi điện áp thứ tự thuận tại tất cả các nút trước sự cố là VN).
  30. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 60 . Mạch thứ tự nghịch. Đối với các đại lượng điện áp thứ tự nghịch, ta cũng có các pt tương tự. Lưu ý, trước sự cố, điện áp thứ tự nghịch bằng 0 tại tất cả các nút (do đối xứng)   VZI1a 1 k ka 2 2 2     VZI  VZIia ik ka ka2 kk 2 ka 2 2 2 2   VZI  na2 nk 2 ka 2
  31. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 62 2. Ngắn mạch một pha chạm đất k a Ika ZN b Ikb c Ikc   IIkb kc 0 (dòng điện trên pha b và c lúc sự cố bằng 0) Ta có   VZIka N ka (điện áp trên pha a lúc sự cố)
  32. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 64 . Các thành phần đối xứng của Ika1 dòng NM pha a Zkk1 V + a1 V V I N - N ka0 ZZZZ 3 kk0 kk 1 kk 2 N III   Ika2 ka1 ka 2 ka 0 V Zkk2 a2 . Dòng NM tại pha a (3Ika0) I 3V ka0  N Z V Ika kk0 a0 ZZZZ 3 3ZN kk0 kk 1 kk 2 N
  33. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 66  Ika 1 1 1 0 0 I 0  1 2  ka0 Ika 1 a a Ikb 1   3 2 II   ka1 ka 2 I 1 a a Ikb ka2 Nhận xét: Do Ika0 = 0, nên không có dòng thứ tự không chạy vào mạng điện thứ tự không. Như vậy, việc tính toán ngắn mạch hai pha chạm nhau (ko chạm đất) không liên quan đến mạng thứ tự không.
  34. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 68 . Dòng ngắn mạch trên các pha  Ika 0 (a2 a ) V 3 V  I NN j kb ZZZZZZ kk1 kk 2 N kk 1 kk 2 N (a a2 ) V 3 V  I N j N kc Z ZZZZZ kk1 kk 2 N kk 1 kk 2 N
  35. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 70 Ta có II  II 0  kb kc ka ka0 3 VVIIZIZ  (   ) 3  kb kc kb kc N ka0 N V  3VVV  2  ka 1 1 1 V ka0 ka kb 0 ka 1 2  Vka 1 a a V kb 1 3 2 VV    ka1 ka 2 V 1 a a Vkb ka2 3VVVVZI (    ) 2 3  ka0 ka 0 ka 1 ka 2 N ka 0
  36. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 72 . Các thành phần đối xứng của dòng NM pha a   VN Ika 1 ZZZ 3 kk2 kk 0 N Z kk1 ZZZ 3 kk2 kk 0 N ZZ 3 II  kk0 N ka2 ka 1 ZZZ 3 kk2 kk 0 N Z II  kk2 ka0 ka 1 ZZZ 3 kk2 kk 0 N
  37. 7.4 Tính toán ngắn mạch bất đối xứng 74 BT7.6 Xem ví dụ 4.2 trang 158, 4.3 trang 163, 4.4 trang 168 của sách “ Ngắn mạch và ổn định trong HTĐ” –Nguyễn Hoàng Việt và Phan Thị Thanh Bình