Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điện.

Các số liệu về tình trạng ngắn mạch là căn cứ quan trọng để giải quyết một loạt vấn đề như: lựa chọn thiết bị điện, thiết kế hệ thống bảo vệ rơle, định phương thức vận hành v.v.. Vì vậy tính toán ngắn mạch là một phần không thể thiếu được của thiết kế cung cấp điện.

Các dạng ngắn mạch thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điộn là ngắn mạch ha pha, hai pha và một pha chạm đất. Trong đó ngắn mạch ba pha là nghiêm trọng nhât. Vì vậy thường người ta căn cứ vào dòng điện ngắn mạch ba pha để lựa chọn các thiết bị điện.

Tính toán ngắn mạch nói chung là phức tạp. Tuy nhiên các hệ thống cung cấp điện mà chúng ta xét ở đây thường có cấp điện áp là trung và hạ áp và được coi là ở xa nguồn (qua nhiều cấp điện áp) đồng thời có công suất tương đối nhỏ so với hệ thông điện quốc gia, vì vậy cho phép dùng phương pháp đơn giản để tính dòng điện ngắn mạch.

Tính toán ngắn mạch phía cao áp

Phía cao áp của mạng điện xí nghiệp hoặc mạng điện, khu dân cư đô thị thường thường có cấp trung áp (22 – 35 kV). Đối với xí nghiệp lớn có thể dùng đến cấp điện áp 110 kV.

Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp vì không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia nên cho phép tính gần đúng điện kháng của hệ thống điện quốc gia thông qua công suất ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn.

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế để tính ngắn mạch

Điện kháng của hệ thống điện được tính theo công thức sau:

 

XHT =  U2/SN, Ω

trong đó:

  • SN – công suất cắt của máy cắt MC1, kVA
  • U – điện áp đường dây, kV.

Điện trở và điện kháng của đường dây:

Rdd = r0l , Ω

Xdd = x0l , Ω

trong đó:

  • r0, x0 – điện trở và điộn kháng trên 1 km dây dẫn, Ω/km
  • l – chiều dài đường dây, km.

Do ngắn mạch ở xa nguồn nên dòng điện ngắn mạch siêu quá độ I” bằng dòng điện ngắn mạch ổn định I, nên có thể viết:

IN = I” = I = U/√3Z∑

trong đó:

  • Zv – tổng trở từ hệ thống tới điểm ngắn mạch, Ω
  • U – điện áp của đường dây, kV

Trị số dòng ngắn mạch xung kích được tính theo biểu thức:

ixk = 1,8. √2 .IN , kA

Trị số IN và ixk được dùng để kiểm tra khả năng ổn định nhiệt và ổn định động của thiết bị điện trong trạng thái ngắn mạch.

Tính ngắn mạch phía hạ áp

Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp có thể coi máy biến áp hạ áp là nguồn (vì được nối với hệ thống có công suất vô cùng lớn), vì vậy điện áp phía hạ áp không thay đổi khi xảy ra ngắn mạch, do vậy ta có: IN = I” = I.

Ở mạng hạ áp, khi tính toán ngắn mạch phải xét đến điện trở của tất cả các phần tử trong mạng như máy biến áp, dây dẫn, cuộn dây sơ cấp của máy biến điện áp BU, máy biến dòng điện BI, cuộn dòng điện của áptômát, điện trở tiếp xúc của các tiếp điểm đóng cắt v.v… Điện trở và điện kháng của các phần tử trong mạng hạ áp được tính như sau:

  • Máy biến áp:

RB=(ΔPN.U2đm/ S2đm ). 103 , mΩ

XB=(UN%.U2đm/ Sđm ). 10 , mΩ

trong đó:

  • ΔPN – tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW, tra được trong lý lịch máy;
  • UN% – trị số tương đối của điện áp ngắn mạch của máy biến áp, tra trong sổ tay;
  • Sđm – dung lượng định mức của máy biến áp, kVA
  • Uđm – điện áp định mức của máy biến áp, kV muốn quy đổi điện trở và điện kháng về phía nào (cao hạ áp của máy biến áp) thì dùng điện áp định mức phía đó.

 

  • Đường dây:
    • Điện kháng của đường dây, một cách gần đúng có thể lấy như sau:
      Đường dây trên không       xo = 0,3 Ω/km (mΩ/m)
      Đường dây cáp                     x0 = 0,07 Ω/km (mΩ/m)
    • Điện trở của dây dẫn: Rđ=ρ . l/f, Ω
      Trong đó:

      • F – tiết diện của dây dẫn, mm2
      • ρ – điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn
        Đồng, ρCu = 18,8 Ωmm2/km
        Nhôm, ρAl = 31,5 Ωmm2/km
        Sắt, ρFe = 140 Ωmm2/km
      • l – chiều dài dây dẫn, km

Điện kháng và điện trở của các phần tử khác có thể tìm thấy trong sổ tay.

Tương tự như ở phần cao áp, dòng điện ngắn mạch ở mạng hạ áp được tính như sau:

I=I” =I = Uđm/[√3√(R2 + X2 )] , kA

ixk = √2 . 1,3IN

Trong đó:

  • U tính bằng V
  • R và X tính bằng mΩ
  • 1,3 hệ số xung kích

Trích: Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng

Tính toán ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện
5 (100%) 2 votes