Để thiết lập sơ đồ và tiến hành tính toán ngắn mạch cần có những giả
thiết đơn giản hóa. Những giả thiết này làm giảm đáng kể khối lượng tính
toán trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết cho các ứng dụng thực
tế. Mỗi nội dung tính toán thường có những giả thiếtriêng. Sau đây là
những giả thiết cơ bản liên quan đến bước thiết lập sơ đồ thay thế khi tính
toán ngắn mạch:
1. Tần số hệ thống không thay đổi;
Thực tế sau khi xảy ra ngắn mạch công suất của các máy phát thay đổi
đột ngột. Sự thay đổi này dẫn đến mất cân bằng mô men qua (giữa mô men
phát động của tuabin và mô men hãm điện từ của máy phát), tốc độ quay bị
thay đổi trong quá trình quá độ. Tuy nhiên ngắn mạch được tính toán ở giai
đoạn đầu sự biến thiên tốc độ còn chưa đáng kể. Giả thiết tần số hệ thống
không đổi không mắc sai số nhiều, đồng thời làm đơn giản đáng kể phép
tính, ví dụ các điện kháng sẽ có trị số không đổi.
2. Bỏ qua bão hòa từ;
Bình thườnglõi thép của nhiều thiết bị điện làm việc ở trạng thái gần bão
hòa. Trong trạng thái ngắn mạch mức độ bão hòa từ có thể tăng cao hơn ở
một số phần tử. Tuy nhiên, để đơn giản vẫn coi mạch từ không bão hòa, khi
đó điện cảm của phần tử là hằng số và mạch điện là tuyến tính. Thực tế cho
thấy sai số mắc phải không nhiều, bởi số phần tử mang lõi thép chỉ chiếm
số lượng ít trong hệ thống điện, ở tình trạng ngắn mạch điện áp đặt vào
cuộn dây ít khi bị tăng cao
28 trang |
Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 3041 | Lượt tải: 4
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Giáo trình ngắn mạch, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 11
CHƯƠNG 2. THIẾT LẬP SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN NGẮN
MẠCH HỆ THỐNG ĐIỆN
I. NHỮNG GIẢ THIẾT CƠ BẢN
Để thiết lập sơ đồ và tiến hành tính toán ngắn mạch cần có những giả
thiết đơn giản hóa. Những giả thiết này làm giảm đáng kể khối lượng tính
toán trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết cho các ứng dụng thực
tế. Mỗi nội dung tính toán thường có những giả thiết riêng. Sau đây là
những giả thiết cơ bản liên quan đến bước thiết lập sơ đồ thay thế khi tính
toán ngắn mạch:
1. Tần số hệ thống không thay đổi;
Thực tế sau khi xảy ra ngắn mạch công suất của các máy phát thay đổi
đột ngột. Sự thay đổi này dẫn đến mất cân bằng mô men qua (giữa mô men
phát động của tuabin và mô men hãm điện từ của máy phát), tốc độ quay bị
thay đổi trong quá trình quá độ. Tuy nhiên ngắn mạch được tính toán ở giai
đoạn đầu sự biến thiên tốc độ còn chưa đáng kể. Giả thiết tần số hệ thống
không đổi không mắc sai số nhiều, đồng thời làm đơn giản đáng kể phép
tính, ví dụ các điện kháng sẽ có trị số không đổi.
2. Bỏ qua bão hòa từ;
Bình thường lõi thép của nhiều thiết bị điện làm việc ở trạng thái gần bão
hòa. Trong trạng thái ngắn mạch mức độ bão hòa từ có thể tăng cao hơn ở
một số phần tử. Tuy nhiên, để đơn giản vẫn coi mạch từ không bão hòa, khi
đó điện cảm của phần tử là hằng số và mạch điện là tuyến tính. Thực tế cho
thấy sai số mắc phải không nhiều, bởi số phần tử mang lõi thép chỉ chiếm
số lượng ít trong hệ thống điện, ở tình trạng ngắn mạch điện áp đặt vào
cuộn dây ít khi bị tăng cao
3. Thay phụ tải bằng tổng trở hằng;
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 12
Thực tế phụ tải xác định bởi đặc tính tiêu thụ công suất. Khi thay thế
bằng tổng trở hằng đặc tính công suất không hoàn toàn phù hợp. Tuy nhiên,
sai số mắc phải nằm trong phạm vi cho phép
4. Bỏ qua các lượng nhỏ trong thông số của một số phần tử;
Giả thiết này được áp dụng tùy theo bài toán và mục đích phân tích ngắn
mạch. Nói chung trong các bài toán thiết kế, đòi hỏi độ chính xác không cao
có thể áp dụng:
- Bỏ qua dung dẫn của các đường dây điện áp thấp.
- Bỏ qua mạch không tải của các máy biến áp
- Bỏ qua điện trở của cuộn dây máy phát điện, máy biến áp và cả điện
trở đường dây trong nhiều trường hợp.
5. Hệ thống sđđ 3 pha của nguồn là đối xứng.
Khi ngắn mạch không đối xứng phản ứng phần ứng các pha lên từ trường
quay không hoàn toàn giống nhau. Tuy nhiên, từ trường vẫn được giả thiết
quay đều với tốc độ không đổi. Khi đó sđđ 3 pha luôn đối xứng. Thực tế hệ
số không đối xứng của các sđđ không đáng kể
II. HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI
1. Trị số tương đối
- Khi tính toán ngắn mạch cũng như thực hiện nhiều tính toán khác đối
với hệ thống điện, người ta hay sử dụng hệ đơn vị tương đối. Sử dụng hệ
đơn vị tương đối trong nhiều trường hợp làm đơn giản được phép tính, ít
nhầm lẫn hơn so với dùng đơn vị có tên.
Trị số tương đối của một đại lượng là tỉ số giữa đại lượng đó một
lượng cơ bản đã chọn trong cùng hệ đơn vị có tên.
* cb
cb
AA
A
(2-1)
Trong đó: A: Trị số thực của đại lượng A
Acb: Lượng cơ bản của đại lượng A
A*(cb): Trị số tương đối của đại lượng A
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 13
Trong HTĐ cần 4 đại lượng cơ bản là:
Scb: Công suất cơ bản Ucb: Điện áp cơ bản
Icb: Dòng điện cơ bản Zcb: Tổng trở cơ bản.
4 lượng cơ bản này có mối quan hệ với nhau như sau:
3
3
cb cb cb
cb
cb
cb
S U I
UZ
I
(2-2)
- Do đó chỉ cần chọn tùy ý 2 lượng cơ bản, 2 lượng còn lại được xác
định từ (2-2)
Thường chọn trước Scb và Ucb, khi đó:
2
3
cb
cb
cb
cb
cb
cb
SI
U
UZ
S
(2-3)
Sau khi có được 4 lượng cơ bản Icb, Ucb, Scb, Zcb, thì trị số tương đối
của các đại lượng trong HTĐ được xác định như sau:
* * *
* * *
* * *
; ; ;
; ; ;
; ; ;
cb cb cb
cb cb cb
cb cb cb
cb cb cb
cb cb cb
cb cb cb
U E IU E I
U U I
S P QS P Q
S S S
Z R XZ R X
Z Z Z
(2-4)
Trong đó: Ucb, Icb, Scb, Zcb là các lượng cơ bản
U, E, I, S, P, Q, X, R, Z là các đại lượng có tên cần chuyển
sang trị số tương đối.
Chú ý:
- Đơn vị sử dụng trong các công thức trên: U(kV); I(kA); S(MVA);
P(MW), Q(MVAr); Z(Ω), R(Ω) và X(Ω).
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 14
- Các lượng cơ bản được chọn tùy ý không ảnh hưởng đến kết quả cuối
cùng. Tuy nhiên, người ta thường chọn sao cho phép tính phải thực hiện
ít nhất (ví dụ trùng với nhiều lượng cần tính).
Chuyển từ hệ đơn vị tương đối sang hệ đơn vị có tên như sau:
Từ (2-1) và (2-3) ta có:
*
*
* *
2
* *
3
cbcb
cbcb
cb
cbcb cb
cb
cb
cbcb cb
cb
U U U
E E U
SI I I I
U
UZ Z Z Z
S
(2-4)
2. Đổi hệ cơ bản
Nhiều trường hợp trị số tương đối cho theo nhiều hệ cơ bản khác
nhau. Khi đó trước khi thực hiện tính toán cần đổi về cùng một hệ cơ bản
chọn.
Ta có: A = A*(cb1)Acb1 = A*(cb2)Acb2
=> 1*( 2) *( 1)
2
cb
cb cb
cb
AA A
A
(2-5)
Từ đó nếu ta coi một trong 2 hệ cơ bản là hệ định mức thì trị số tương
đối trong hệ cơ bản còn lại được tính theo các công thức sau :
đm
cb
2
cb
2
đm
đm*
cb
đm
đm*cb*
cb
đm
đm*cb*
đm
cb
cb
đm
đm*
cb
đm
đm*cb*
cb
đm
đm*cb*
cb
đm
đm*cb*
S
S
U
UZ
Z
ZZZ
S
SSS
U
U
S
SI
I
III
U
UUU
U
UEE
(2-6)
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 15
Vì Sđm và Uđm của các thiết bị là khác nhau nên việc chuyển về hệ đơn
vị cơ bản chọn là luôn luôn cần thiết.
Một số điểm chú ý:
- Khi biểu diễn trong hệ đơn vị tương đối, điện áp dây và điện áp pha
có trị số bằng nhau. Cũng tương tự công suất 3 pha và công suất 1 pha cũng
bằng nhau.
- Nhiều đại lượng vật lý khác nhau nhưng biểu diễn trong hệ đơn vị
tương đối luôn luôn có trị số bằng nhau.
Chẳng hạn, với giả thiết tần số hệ thống luôn luôn không đổi và bằng
trị số định mức, nên nếu mặc định đmcb thì 1* , do đó:
* * * *
* * * *
* * * * *
X L L
E
L I X I
(2-7)
3. Hệ đơn vị tương đối trong tính toán mạng điện nhiều cấp điện áp
* Qui đổi chính xác trong hệ đơn vị có tên
- Chọn cấp cơ sở (giả sử chọn cấp điện áp máy phát làm cấp cơ sở)
- Tiến hành qui đổi các thông số của các cấp còn lại về cấp cơ sở
Các thông số đoạn thứ n được qui đổi về cấp cơ sở là:
1 2
1 2
1 2
2
1 2
...
...
1
...
...
nq
đ n n
nq
n
nq
đ n
n
nq n
E k k k E
U k k k U
I I
k k k
Z k k k Z
(2-8)
Trong đó:
En, Un, In, Zn: là thông số của đoạn n
Enqđ, Unqđ, Inqđ, Znqđ: là thông số sau khi đã qui đổi về cấp cơ sở
k1
Hình 2.1. Mạng điện nhiều cấp điện áp
k2 kn
~ Cấp cơ
sở
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 16
ki: tỉ số của MBA tính theo hướng từ cấp cơ sở đến cấp cần qui đổi.
* Qui đổi chính xác trong hệ đơn vị tương đối
- Chọn Scb (tùy ý)
- Chọn cấp cơ sở (giả sử chọn cấp điện áp MF làm cấp cơ sở thì:
Ucbcs=Ucb0)
Điện áp cơ bản của một cấp i bất kì tính theo biểu thức sau:
0
1 2
1
...cbi cbi
U U
k k k
(2-9)
Trong đó: k1, k2, …, ki cũng được tính theo chiều từ cấp điện áp cơ sở
sang các cấp tiếp theo.
* Qui đổi gần đúng trong hệ đơn vị tương đối
- Chọn Scb (tùy ý)
- Chọn điện áp cơ bản cấp nào bằng điện áp trung bình của cấp đó
Ucbi=Utbi
- Coi điện áp định mức của các thiết bị điện ở cấp điện áp nào bằng điện
áp trung bình của cấp đó.
Điện áp trung bình của một số mạng điện thường được dùng như sau:
Uđm(kV) 6 10 15 22 35 66 110 220 500
Utb(kV) 6,3 10,5 15,75 23 37 69 115 230 525
Sau khi có các lượng cơ bản, việc tính toán các trị số tương đối sẽ
được tiến hành theo các công thức thông thường (như một cấp điện áp).
III. SƠ ĐỒ THAY THẾ VÀ THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CỦA CÁC
PHẦN TỬ TRONG HTĐ
1. Đường dây tải điện
a) Đường dây trên không U ≤ 35 kV
Trong hệ đơn vị có tên:
1 2l (km)
r0, x0 (Ω/km)
Hình 2.2
ZD=RD+jXD1 2
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 17
D 0
D 0
D D D
R r l
X x l
Z R jX
(2-10)
Trong hệ đơn vị tương đối:
D cb cb
D*(cb) D 02 2
cb cb cb
D cb cb
D*(cb) D 02 2
cb cb cb
cb
D*(cb) D*(cb) D*(cb) 0 0 2
cb
R S SR R r l.
Z U U
X S SX X x l.
Z U U
SZ R jX r jx l.
U
(2-11)
Ucb điện áp cơ bản của cấp chứa đường dây đang xét
b) Đường dây cáp và đường dây trên không có 35kV < U ≤ 330kV
- Trong hệ đơn vị có tên:
D 0 0
D 0
Z r jx l
B b l
(2-12)
- Trong hệ đơn vị tương đối:
cbD*(cb) 0 0 2
cb
2
cb
D*(cb) 0
cb
SZ r jx l
U
UB b l
S
(2-13)
c) Đường dây siêu cao áp U > 300 kV
Các đường dây siêu cao áp thường là các đường dây dài tải điện đi xa
hoặc liên kết giữa các hệ thống. Trong chế độ xác lập (kể cả trạng thái ngắn
mạch) các đường dây siêu cao áp vẫn được mô tả theo sơ đồ mạch điện có
thông số tập trung. Tuy nhiên các thông số của sơ đồ cần được xác định
1 2l (km)
r0, x0 (Ω/km)
b0 (S/km)
Hình 2.3
ZD=RD+jXD1 2
jBD/2 jBD/2
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 18
theo điều kiện tương đương với mô hình đường dây có thông số rải. Có hai
cách mô hình đường dây siêu cao áp như sau:
+ Mô hình theo sơ đồ hình Π
Ta kí hiệu:
0 00 0
Z r jx l
Y g jb l
(2-14)
- Trong hệ đơn vị có tên:
+ Công thức chính xác:
sinh
tanh / 2
2 / 2
ZYZ Z
ZY
ZYYY
ZY
(2-15)
+ Công thức gần đúng:
1
6
1
6
YZZ Z
YY YZ
(2-16)
Thông thường khi tính toán ngắn mạch có thể bỏ qua g0 vì chúng ít
ảnh hưởng đến kết quả.
+ Mô hình theo sơ đồ thông số rải
Trong đó:
1 2l (km)
r0, x0 (Ω/km)
g0, b0 (S/km)
Hình 2.4
ZΠ1 2
YΠ/2 YΠ/2
Hình 2.5
Z
jB/2 jB/2
Z
jB/2 jB/2
Z
jB/2 jB/2
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 19
0 0
0
Z r jx l
B b l
(2-17)
Với l ≤ 100 km
Tuy nhiên nhược điểm của mô hình này là số nút, số nhánh của sơ đồ
tăng lên đáng kể.
2. Các máy biến áp
Qui ước: qui đổi các thông số về phía cao áp của các MBA
a) Máy biến áp 2 cuộn dây
- Trong hệ đơn vị có tên:
2
dmC
B N 2
dm
2
N dmC
B
dm
2
dmC
0
0
2
dmC
0
0
UR P
S
U % UX
100 S
UR
P
UX
Q
(2-18)
- Trong hệ đơn vị tương đối:
C H
ZB=RB+XBC H
Hình 2.6
Sđm; UđmC, UđmH
PN; P0
UN%; I0%
Z0=R0+X0
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 20
2
B dmC cb
B*(cb) N 2 2
cb cb(C) dm
2
B N dmC cb
B*(cb) 2
cb cb(C) dm
2
0 dmC cb
0*(cb) 2
cb cb(C) 0
2
0 dmC cb
0*(cb) 2
cb cb(C) 0
R U SR P
Z U S
X U % U SX
Z 100 U S
R U SR
Z U P
X U SX
Z U Q
(2-19)
Thông thường khi tính toán ngắn mạch có thể bỏ qua RB, R0 và X0 vì
chúng ít ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Do đó sơ đồ thay thế của MBA 2
cuộn dây khi tính toán ngắn mạch như hình sau:
Trong đó XB được tính theo (2-18) hoặc (2-19)
b) Máy biến áp 3 cuộn dây và tự ngẫu
Khi tính toán ngắn mạch có thể bỏ qua các điện trở của các cuộn dây,
điện trở và điện kháng không tải, MBA 3 cuộn dây và tự ngẫu có sơ đồ thay
thế như sau:
Điện áp ngắn mạch phần trăm của từng cuộn:
XT
Hình 2.8
C
T
H
C
T
H
XH
XC
T
C
H
Sđm; UđmC; UđmT; UđmH;
UNC-T%; UNC-H%; UNT-H%
XBC H
Hình 2.7
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 21
% 0,5 % % %
% 0,5 % % %
% 0,5 % % %
NC NC T NC H NT H
NT NC T NT H NC H
NH NC H NT H NC T
U U U U
U U U U
U U U U
(2-20)
- Trong hệ đơn vị có tên:
2
2
2
%
100
%
100
%
100
NC dmC
C
dm
NT dmC
T
dm
NH dmC
H
dm
U UX
S
U UX
S
U UX
S
(2-21)
- Trong hệ đơn vị tương đối:
2
*( ) 2
( )
2
*( ) 2
( )
2
*( ) 2
( )
%
100
%
100
%
100
NC dmC cb
C cb
cb C dm
NT dmC cb
T cb
cb C dm
NH dmC cb
H cb
cb C dm
U U SX
U S
U U SX
U S
U U SX
U S
(2-22)
Lưu ý:
+ Trong tính toán, điện áp ngắn mạch phần trăm của từng cuộn có thể
âm. Điều đó không có gì đáng lo ngại vì thực tế mô hình thay thế nêu trên
mang tính toán học. Khi đó coi điện kháng của cấp đó như là một dung
kháng để tính toán tiếp. Nhưng nói chung nếu rơi vào trường hợp trên
thường là giá trị âm rất nhỏ so với điện áp ngắn mạch hai cấp kia, nên có
thể lấy bằng 0.
3. Kháng điện và tụ điện
a) Kháng điện phân đoạn
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 22
- Trong hệ đơn vị có tên:
%
100 3
K dm
K
dm
x UX
I
(2-24)
- Trong hệ đơn vị tương đối:
*( )
% 3
100 3
K dm cb
K cb
cbdm
x U IX
UI
*( )
%
100
K dm cb
K cb
cb dm
x U IX
U I
(2-25)
b) Kháng bù ngang
- Trong hệ đơn vị có tên:
2
dm
K
dm
UX
Q
(2-26)
- Trong hệ đơn vị tương đối:
2
*( ) 2
dm cbK
K cb
cb cb dm
U SXX
Z U Q
(2-27)
c) Tụ bù dọc:
- Trong hệ đơn vị có tên:
1
CX C (2-28)
1 2
K
Uđm; Iđm; xK%
1 2
XK
Hình 2.9
Uđm;
Qđm XK
Hình 2.10
1 2
C
Hình 2.11
1 2
-XC
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 23
- Trong hệ đơn vị tương đối:
*( ) 2
cb
C cb C
cb
SX X
U
(2-29)
4. Phụ tải điện
Ta có:
2ˆˆ3 3 ˆˆ 3 ptpt
U US UI U
ZZ
2 2
2
2
ˆ
cos sin
pt pt pt
U UZ R jX P jQ
S S
U j
S
(2-30)
=>
2 2
2
2 2
2
cos
sin
pt
pt
U UR P
S S
U UX Q
S S
(2-31)
Trong hệ đơn vị tương đối :
2
* 2 2
2
* 2 2
cb
pt cb
cb
cb
pt cb
cb
SUR P
S U
SUX Q
S U
(2-32)
Khi không có số liệu của phụ tải đang làm việc người ta sử dụng công
suất định mức của phụ tải để tính toán. Khi đó nếu tính trong hệ tđđm của
phụ tải (Scb = Sđm; Ucb = Uđm), ta có:
S = P + jQ
U
Zpt = Rpt + jXpt
U
I
Hình 2.12
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 24
*
*
*
cos
sin
cos sin
pt
đm
pt
đm
pt
PR
S
QX
S
Z j
(2-33)
Một số điểm lưu ý:
- Cách mô hình phụ tải trên còn gọi là mô hình tĩnh, có chỉ đúng khi
phụ tải ở trạng thái gần CĐXL, ví dụ chế độ ngắn mạch duy trì, phụ tải xa
điểm ngắn mạch… Trong chế độ quá độ cần sử dụng các mô hình tính toán
khác.
- Phụ tải thực chất bao gồm các thiết bị dùng điện khác nhau. Mô hình
trên là cách mô tả gần đúng cho phụ tải tổng hợp. Trong trường hợp phụ tải
cá biệt: như động cơ lớn, lò điện, thiết bị điện phân… cần mô hình phụ tải
theo đặc trưng của thiết bị cụ thể.
- Nói chung trong CĐXL phụ tải có tỉ lệ lớn công suất tác dụng, tuy
nhiên trong tính toán gần đúng người ta vẫn cho phép mô tả phụ tải bằng
một điện kháng không đổi và có trị số là
* 1,2pt
đm
X
5. Hệ thống
Rất thường gặp các tính toán ngắn mạch, trong đó các kết quả cần
quan tâm chỉ giới hạn trong một phần lưới điện, có khi chỉ trong phạm vi
lưới thuộc một trạm biến áp khu vực.
HT
Hình 2.13
XHT
EHT
~
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 25
Rõ ràng khi đó mong muốn có được một sơ đồ đẳng trị đơn giản nhất
cho phần hệ thống điện phía trên, chẳng hạn một tổng trở hay một điện
kháng đẳng trị (gọi là điện kháng hệ thống). Điện kháng này có thể nhận
được theo cách đơn giản hơn, không cần biến đổi đẳng trị sơ đồ.
* Nếu biết công suất ngắn mạch của hệ thống là SN thì:
- Trong hệ đơn vị có tên:
2
HT tb
tb
HT
N
E U
UX
S
(2-34)
Trong đó: Utb: điện áp trung bình làm việc của phần lưới chứa thanh
cái bị ngắn mạch.
- Trong hệ đơn vị tương đối:
*( )
2
*( ) 2
1HT cb
tb cb cb
HT cb
N cb N
E
U S SX
S U S
(2-35)
* Nếu biết trước điện kháng ngắn mạch tương đối của hệ thống là
X*N và công suất của hệ thống là SHT thì:
- Trong hệ đơn vị có tên:
2
*
HT tb
tb
HT N
HT
E U
UX X
S
(2-36)
- Trong hệ đơn vị tương đối:
*( )
*( ) *
1HT cb
cb
HT cb N
HT
E
SX X
S
(2-37)
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 26
6. Các máy phát điện
- Máy phát điện được đề cập sau cùng mặc dù là phần tử quan trọng
nhất trong tính toán ngắn mạch. Đó là vì không thể nói đơn giản đầy đủ
ngay được sơ đồ thay thế của các máy phát điện. Khi thay thế trên sơ đồ
tình toán, máy phát điện có thể được biểu thị bằng một nguồn sđđ EF nối
tiếp với một điện kháng XF.
- Tuy nhiên EF, XF nhận giá trị nào, còn phụ thuộc vào trạng thái máy
phát khi ngắn mạch và thời điểm khảo sát. Nếu tính trong hệ đơn vị tương
đối định mức thì ta có:
+ Tính toán ở chế độ duy trì thì chọn: EF*(đm) = Eq; XF*(đm) = Xd
+ Tính toán cho quá trình quá độ thì chọn: EF*(đm) = E’q; XF*(đm) = X’d
+ Tính toán ngắn mạch thì chọn: EF*(đm) = E”; XF*(đm) = X”d
Ví dụ 2-1: Cho sơ đồ hệ thống như trên hình 2.9a hãy vẽ sơ đồ thay
thế, xác định trị số của các phần tử trên sơ đồ và tính dòng điện ngắn mạch
tại điểm N.
a) Tính chính xác trong hệ đơn vị có tên
Chọn cấp điện áp máy phát làm cấp cơ sơ
Sđđ của máy phát
~
F
a)
B1 B2 K D2
Sđm = 30MVA
Uđm = 10,5kV
X”d = 0,26
E” = 1,05
Sđm = 31,5MVA
Uđm = 121kV
UN% = 10,5
k1 = 10,5/121
Sđm = 15MVA
Uđm = 110kV
UN% = 10,5
k2 = 110/6,6
l = 80km
x0 = 0,4Ω/km
r0 0
b0 0
Uđm = 6kV
Iđm = 0,3kA
XK% = 5
l = 2,5km
x0 = 0,08Ω/km
r0 0
b0 0
N
D1
XFEF XB1 XD1 XB2 XK XD2
Nb) Hình 2.15
~
XF
Hình 2.14
EFF
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 27
kV35,6
3
5,10.05,1
3
U.EE đmF
Điện kháng máy phát
96,0
30
5,10.26,0
S
UXX
2
đm
2
đm
dF
Điện kháng máy biến áp B1 (qui đổi về phía cơ sở)
22 221 1% 10,5 121 10,5 0,37100 100 31,5 121N
đmC
B
đm
U UX k
S
Điện kháng đường dây D1 (qui đổi qua B1)
221 0 1 10,5. 0, 4.80 0, 24121DX x l k
Điện kháng máy biến áp B2 (qui đổi qua B1)
22 222 1% 10,5 110 10,5 0,64100 100 15 121N
đmC
B
đm
U UX k
S
Điện kháng của kháng điện (qui đổi qua B2, B1)
21,1
6,6
110.
121
5,10.
3,0.3
6
100
5k.k
I3
U
100
%XX
22
2
2
2
1
đm
đmK
K
Điện kháng đường dây cáp D2 (qui đổi qua B2, B1)
22
2 2
2 0 1 2
10,5 110. . 0,08.2,5. . 0, 42
121 6,6D
X x l k k
Điện kháng tổng
84,342,021,164,024,037,096,0
XXXXXXX 2DK2B1D1BF
Dòng điện ngắn mạch
10 6,35 1,653,84FN kV
EI kA
X
Vì sơ đồ tính toán được qui đổi về cấp cơ sở là cấp điện áp máy phát,
nên trị số dòng điện ngắn mạch vừa xác định là dòng điện chạy trong máy
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 28
phát. Để xác định dòng điện ngắn mạch tại điểm N, cần qui đổi dòng điện
này qua B1 và B2
1 26 10,5 1101,65. . 2, 4121 6,6NN kVI I k k kA
Dòng điện chạy trên D1 (và cuộn cao áp B1 và B2) là:
1110 10,51,65. 0,143121NN kVI I k kA
b) Tính chính xác trong hệ đơn vị tương đối
Sơ đồ thay thế giống như trên, ta tính lại các thống số:
Chọn Scb = 100 MVA
Chọn Ucbcs = Ucb1 = 10,5 kV (cấp máy phát)
=>
kV26,7121
6,6
110.
121
5,10
5,10
kk
UU
kV121
121
5,10
5,10
k
UU
21
1cb
3cb
1
1cb
2cb
kA95,7
26,7.3
100
U3
SI
kA48,0
121.3
100
U3
SI
kA5,5
5,10.3
100
U3
SI
3cb
cb
3cb
2cb
cb
2cb
1cb
cb
1cb
Ta xác định được các điện kháng tính toán như trên sơ đồ.
Sđđ máy phát
*( )
1
10,51,05. 1,05
10,5
đm
F cb
cb
UE E
U
Điện kháng máy phát
2 2
*( ) 2 2
1
10,5 1000, 26. . 0,87
10,5 30
đm cb
F cb d
cb
đm
U SX X
U S
Điện kháng máy biến áp B1
Bài giảng môn Ngắn mạch Bộ môn Kỹ thuật điện – ĐH Quy Nhơn
Trang 29
2 2
1*( ) 2 2
2
% 10,5 121 100. 0,33
100 100 121 31,5
C
đm
N cb
B cb
cb
đm
UU SX
U S
Điện kháng đường dây D1
1*( ) 0 2 2
2
1000, 4.80. 0, 22
121
cb
D cb
cb
SX x l
U
Điện kháng máy biến áp B2