Bài giảng Cung cấp điện: Phần 2 - Trường Đại học Thái Bình

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Cung cấp điện: Phần 2 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Tính toán ngắn mạch; Lựa chọn các thiết bị cung cấp điện; Chất lượng điện năng; Chiếu sáng công nghiệp; Độ tin cậy cung cấp điện. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cung cấp điện: Phần 2 - Trường Đại học Thái Bình CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 6.1. KHÁI NIỆM VỀ NGẮN MẠCH 6.1.1. Khái niệm Phân tích ngắn mạch là một phần quan trọng trong giải tích hệ thống điện. Bài toán ngắn mạch bao gồm việc xác định điện áp tại các nút và dòng điện chạy trên các nhánh trong quá trình xảy ra ngắn mạch. Ngắn mạch trong hệ thống điện được chia thành ngắn mạch 3 pha đối xứng (balanced faults) và ngắn mạch không đối xứng (unbalanced faults). Ngắn mạch không đối xứng gồm ngắn mạch một dây chạm đất, ngắn mạch hai dây không chạm đất, ngắn mạch hai dây chạm đất. Các thông tin có được từ bài toán ngắn mạch sẽ phục vụ cho công việc chỉnh định rơle và chọn lựa thiết bị bảo vệ. Biên độ của dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào tổng trở của khép kín qua điểm xảy ra ngắn mạch và điện áp của mạng điện. Tổng trở trong bài toán ngắn mạch bao gồm cả tổng trở quá độ của các máy phát trong lưới (bao gốm thành phần siêu quá độ, quá độ và ở trạng thái tĩnh). Chính vì vậy một trong những vấn đề khó của bài toán ngắn mạch là thành lập ma trận tổng trở hay tổng dẫn. Trong cung cấp điện ngắn mạch một pha chạm đất là ngắn mạch có xác suất xảy i t Hình 6.1: Dạng sóng dòng điện ngắn mạch ra lớn nhất (khoảng 65%) và ngắn mạch ba pha có xác suất thấp nhất (khoảng 5%). Tuy nhiên, chúng ta cần phân tích hai dạng này bởi các ảnh hưởng của nó là đáng kể đến tình trạng làm việc của hệ thống điện. Mặc khác việc tính toán ngắn mạch một pha tương đối phức tạp hơn so với ngắn mạch ba pha, nên trong thực tế thiết kế người ta hay dùng kết quả của bài toán ngắn mạch ba pha đối xứng. Dạng sóng dòng điện ngắn mạch xảy ra trong hệ thống điện có dạng như hình 6.1. Từ dạng sóng hình 6.1 chúng ta thấy rằng dòng điện ngắn mạch bao gồm hai thành phần là thành phần không chu kỳ có dạng hàm mũ giảm dần và thành phần có chu kỳ không đổi (trong tính toán chúng được xem như có biên độ không đổi). Vì tính toán ngắn mạch chúng ta phải kể đến cả máy biến áp và máy phát trong lưới, nghĩa là chúng ta phải tính toán với nhiều cấp điện áp khác nhau. Điều này sẽ phức tạp khi tính trong hệ đơn vị có tên thông thường, do đó khi tính ngắn mạch người ta thường qui đổi về cùng một cấp điện áp thông qua việc sử dụng hệ đơn vị tương đối (hệ đơn vị không tên). - 86 - Nguyên nhân ngắn mạch: Nguyên nhân chung và chủ yếu của ngắn mạch là do cách điện bị hỏng. Lý do cách điện bị hỏng có thể là: bị già cỗi khi làm việc lâu ngày, chịu tác động của nhiệt độ… Hậu quả của ngắn mạch: Phát nóng cục bộ rất nhanh, nhiệt độ cao, gây cháy nổ. Gây sụt áp lưới điện, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy móc thiết bị Gây ra mất ổn định hệ thống điện do các máy phát bị mất cân bằng công suất, quay theo những vận tốc khác nhau. Mục đích tính toán ngắn mạch: Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng điện trong thời gian tồn tại ngắn mạch. Tính toán hiệu chỉnh bảo vệ rơle. Lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch. Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch. Những bài toán liên quan đến tính toán dòng ngắn mạch: Lựa chọn sơ đồ mạch cung cấp điện, nhà máy điện. Lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn. Thiết kế chỉnh định bảo vệ rơle. Tính toán quá điện áp trong hệ thống điện. Tính toán nối đất. Nghiên cứu ổn định hệ thống điện. 6.1.2. Phân loại ngắn mạch Ngắn mạch gián tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian, gồm điện trở do hồ quang điện và điện trở của các phần tử khác trên đường đi của dòng điện từ pha này đến pha khác hoặc từ pha đến đất. Điện trở hồ quang điện thay đổi theo thời gian, thường rất phức tạp và khó xác định chính xác. Theo thực nghiệm: 1000.l R (6.1) I Trong đó: I - dòng ngắn mạch [A] l - chiều dài hồ quang điện [m] Ngắn mạch trực tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé, có thể bỏ qua (còn được gọi là ngắn mạch kim loại). Ngắn mạch đối xứng: là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dòng, áp 3 pha ở tình trạng đối xứng. Ngắn mạch không đối xứng: là dạng ngắn mạch làm cho hệ thống dòng, áp 3 pha mất đối xứng. - 87 - - Không đối xứng ngang: khi sự cố xảy ra tại một điểm, mà tổng trở các pha tại điểm đó như nhau. - Không đối xứng dọc: khi sự cố xảy ra mà tổng trở các pha tại một điểm không như nhau. 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. Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch: Bảng 6.1: Các loại ngắn mạch 6.2. MÔ HÌNH THAY THẾ CÁC PHẦN TỬ TRONG TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 6.2.1. Ngắn mạch tại thanh cái hạ áp MBA Ngắn mạch tại thanh cái MBA dùng để chọn CB hạ áp bảo vệ cho TBA. Trong một số trường hợp, kết quả ngắn mạch này dùng để tính toán phối hợp bảo vệ giữa CB hạ áp và cầu chì trung thế FCO bảo vệ cho MBA. Trong quá trình tính toán, chỉ xét tổng trở MBA, bỏ qua các thành phần khác trong HT. U1f In 0 Hình 6.2: Sơ đồ tính ngắn mạch tại TC hạ áp - 88 - Tổng trở MBA: U n U n % .U 1 f 1 Z BA   . (6.2) ...