Bài giảng Chương 7: Ngắn mạch không đối xứng

CAO ĐẲNG PHƯƠNG ĐÔNG QUẢN NAM BÀI GIẢNG NGẮN MẠCH ĐIỆN CHƯƠNG 7: NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG Ba véctơ toàn phần không đối xứng của hệ thống 3 pha có thể phân tích thành 3 hệ thống véctơ thành phần đối xứng: - Hệ thống véctơ thứ tự thuận - Hệ thống véctơ thứ tự nghịch - Hệ thống véctơ thứ tự không F F Fa b c . . . , , F F Fa b c . . . , ,1 1 1 F F Fa b c . . . , ,2 2 2 F F Fa b c . . . , ,0 0 0 I. Phương pháp thành phần đối xứng: Toàn phần Thứ tự thuận Thứ tự nghịch Thứ tự không      = = = 210 210 210 cccc bbbb aaaa FFFF FFFF FFFF          F F F a a a a F F F a b c a1 a           =                     1 1 1 1 1 2 2 0 2       F F F a a a a F F F a1 a a b c 0 2 2 2 1 3 1 1 1 1 1           =                      Đặt Toán tử pha a = ej120o 0000 . c . b . a . FFFF ===trong đó: Một vài tính chất của các thành phần đối xứng trong hệ thống điện 3 pha U ; Ud1 d2= =3 31 2U Uf f - Có thể lọc được các thành phần thứ tự của dòng điện và điện áp. - Trong điện áp dây không có thành phần thứ tự không. . . . . . Iđ = IA + IB + IC = 3I0 - Dòng điện đi trong đất bằng tổng hình học dòng điện các pha, do đó bằng 3 lần dòng thứ tự không. - Giữa điện áp dây và điện áp pha của các thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch cũng có quan hệ : II. Các phương trình cơ bản của thành phần đối xứng: Định luật Ohm: 111 .ZIU  = 222 .ZIU  = 000 .ZIU  = Định luật Kirchhoff II:  -= 111 .ZIEU NN  -= 222 .0 ZIU NN  -= 000 .0 ZIU NN  Z1, Z2, Z0 - tổng trở TTT,TTN,TTK của phần tử. UN1, UN2, UN0, IN1, IN2, IN0 - các thành phần thứ tự của điện áp và dòng điện tại chổ ngắn mạch. E - sức điện động tổng đối với điểm ngắn mạch. Z1, Z2, Z0 - tổng trở tổng của sơ đồ thứ tự tương ứng với điểm NM. III. Tham số thành phần thứ tự của các phần tử: - Tổng trở thứ tự thuận X1 của các phần tử chính là tổng trở đặc trưng khi ngắn mạch đối xứng. - Phần tử có liên hệ từ quay: X0  X2  X1 - Phần tử có liên hệ từ đứng yên: X2 = X1 ; X0  X1 - Phần tử không có liên hệ từ giữa các pha: X2 = X0 = X1 1. Máy phát điện:  Máy điện không cuộn cản: X2  1,45x’d  Máy điện có cuộn cản: X2  1,22x”d  Xo = (0,15  0,6)x”d LOAÛI MAÏY ÂIÃÛN X2 X0 Maïy phaït tuabin håi < 200MW 0,15 0,05 Maïy phaït tuabin håi  200MW 0,22 - Maïy phaït tuabin næåïc coï cuäün caín 0,25 0,07 Maïy phaït tuabin næåïc khäng cuäün caín 0,45 0,07 Maïy buì vaì âäüng cå âäöng bäü 0,24 0,08 2. Phụ tải tổng hợp: X2 = X”PT = 0,35 Xo =  3. Kháng điện: X0 = X2 = X1 4. Đường dây: X2 = X1 X0  X1 TÊNH CHÁÚT CUÍA ÂÆÅÌNG DÁY TÈ SÄÚ X0/X1 Âæåìng dáy âån khäng coï dáy chäúng seït 3,5 Âæåìng dáy âån coï dáy chäúng seït bàòng theïp 3,0 Âæåìng dáy âån coï dáy chäúng seït dáùn âiãûn täút 2,0 Âæåìng dáy keïp khäng coï dáy chäúng seït 5,5 Âæåìng dáy keïp coï dáy chäúng seït bàòng 4,7 Trị số trung bình của tỉ số giữa X0 và X1 của đường dây trên không 5. Máy biến áp: X2 = X1 X0  X1 X0 của MBA phụ thuộc tổ nối dây: Tổ nối dây  chỉ có thể cho dòng thứ tự không chạy quẩn trong cuộn dây mà không ra ngoài lưới điện. Tổ nối dây Y cho dòng thứ tự không đi qua cuộn dây chỉ khi trung tính nối đất. a) Tổ Yo / : 1 0 0 0 Xxx xx x.x xX III II II I =  =   IIxx 0 x1 - điện kháng thứ tự thuận của máy biến áp Với: b) Tổ Yo / Yo: X0 = xI + xII = X1  Nếu phần mạng điện nối với cuộn dây II có trung tính nối đất:  Nếu phần mạng điện nối với cuộn dây II có trung tính không nối đất: X0 =  Đối với máy biến áp 3 cuộn dây thường có một cuộn dây nối  , trong sơ đồ thay thế của máy biến áp xo sẽ nối song song trực tiếp với điện kháng của cuộn  , vì vậy có thể bỏ qua xo. c) Tổ Yo / Y /  : d) Tổ Yo / Yo /  : e) Tổ Yo /  /  : IV. Sơ đồ các thành phần thứ tự: 1. Sơ đồ thứ tự thuận: là sơ đồ dùng để tính toán ở chế độ đối xứng. 2. Sơ đồ thứ tự nghịch: sơ đồ thứ tự nghịch có cấu trúc tương tự như sơ đồ thứ tự thuận. Điểm khác biệt là: - các nguồn sức điện động bằng không. - đối với các máy phát điện, điện kháng thứ tự nghịch khác với điện kháng thứ tự thuận 3. Sơ đồ thứ tự không: Muốn vẽ sơ đồ thứ tự không ta nên bắt đầu từ điểm ngắn mạch. Xuất phát từ điểm ngắn mạch ta tìm đường đi của dòng thứ tự không và vẽ dần sơ đồ thay thế về các phía của hệ thống điện. Sơ đồ thứ tự không chỉ bao gồm các phần tử mà dòng thứ tự không có thể đi qua. Tổng trở nối đất của điểm trung tính được đưa vào sơ đồ thứ tự không có trị số bằng 3 lần trị số thực tế của nó. V. Tính toán các dạng ngắn mạch cơ bản: Qui ước: - Coi pha A là pha đặc biệt. - Xét NM ngay tại đầu nhánh rẽ của phần tử và chiều dương của dòng điện là từ các pha đến điểm NM. Các phương trình cơ bản: U E j I X U j I X U j I X NA A NA NA NA N N . . . . . . . . . . 1 1 1 2 2 2 0 0 0 0 0 = - = - = -     1. Ngắn mạch 2 pha: Điều kiện ngắn mạch là: UU NC . NB . = II NC . NB . -= I NA . = 0 2. Ngắn mạch 1 pha: Điều kiện ngắn mạch là: 0=U NA . 0=INC . 0=INB . 3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất: Điều kiện ngắn mạch là: 0=U NC . 0=U NB . 0=INA . I E j X X I I I N A A N A N A N . . . . . ( ) 1 1 2 2 1 0 0 =  = - =    ; U jX I U U U N A N A N A N A N . . . . . 1 2 1 2 1 0 0 = = =  ; I E j X X X I I I N A A N A N N A . . . . . ( ) 1 1 2 0 2 0 1 =   = =     U j X X I U U U N A N A N A N A N . . . . . ( )1 2 0 1 1 2 0 0 =   =   + I E j X X X X X I I I N A A N A N A N . . . . . ( ) 1 1 2 0 2 0 1 2 0 0 =     =       U j I X X X X U U U N A N A N A N N A . . . . . ( )1 1 2 0 0 2 2 0 1 =  = =     Dạng NM Dòng Áp N(2) N(1) N(1,1) Biểu thức tính toán các thành phần đối xứng của dòng và áp tại chỗ ngắn mạch không đối xứng (khi coi mạch điện là thuần kháng và ngắn mạch trực tiếp) VI. Quy tắc Đăíóng trị thứ tự thuận: Dòng thứ tự thuận của một dạng ngắn mạch không đối xứng bất kì được tính như là dòng ngắn mạch 3 pha ở điểm xa hơn điểm ngắn mạch thực một điện kháng phụ X (n). )( )(1 1 )( n A NA XXj E I n    =   )( 1 )()( . nNA nn N ImI = )()( 1 )( 1 . nn NA n NA IjXU  = Daûng NM (n) X (n) m(n) 3 pha (3) 0 1 2 pha (2) X2 1 pha (1) X2 + Xo 3 2 pha - âáút (1,1) Giá trị của điện kháng phụ X (n) và hệ số m(n) 3 X X X X 2 0 2 0     3 1 2 0 2 0 2 -  X X X X    ( ) VI. Sử dụng phương pháp đường cong tính toán: a) Lập sơ đồ thay thế:  Lập các sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không của hệ thống điện trong hệ đơn vị tương đối theo phép quy đổi gần đúng với các lượng cơ bản Scb, Ucb = Utb.  Biến đổi sơ đồ thứ tự nghịch và thứ tự không để tính X2, Xo của sơ đồ đối với điểm ngắn mạch. Tính điện kháng phụ X (n) tùy theo dạng ngắn mạch. b) Aïp dụng quy tắc đẳng trị thứ tự thuận: Đặt thêm điện kháng phụ X (n) vào sơ đồ thứ tự thuận và xem như ngắn mạch 3 pha giả tưởng sau điện kháng này. c) Biến đổi sơ đồ thay thế: Dựa vào sơ đồ, tùy thuộc khoảng cách từ các máy phát điện đến điểm ngắn mạch ta xác định nhóm các máy phát điện có thể nhập chung, HTCSVCL phải tách riêng ra. Dùng các phép biến đổi đưa sơ đồ về dạng từng nhánh độc lập nối từ nguồn đến điểm ngắn mạch. d) Tính điện kháng tính toán: cb iâm i*tti S S xx = Sđmi - tổng công suất định mức của các máy phát điện nhập chung trong nhánh thứ i. Từ các trị số xtti và thời điểm t cần xét, tra theo đường cong tính toán tương ứng ta tìm được dòng thứ tự thuận I(n)*N1ti của nhánh thứ i. e) Tra đường cong tính toán: f) Tính dòng thực:         =  =  )n( HN k i iâm )n( tiN* )n()n( Nt II.ImI 1 1 1 Iđmi- là tổng dòng định mức của các máy phát điện nhập chung trong nhánh thứ i. tb iâm iâm U. S I 3   = Thành phần chu kì của dòng ngắn mạch tổng trong hệ đơn vị có tên là: I(n)N1H - dòng thứ tự thuận do HTCSVCL cung cấp NH* cb cb )n( HN* )n( HN x I III == 11 Icb - dòng cơ bản tương ứng với công suất cơ bản Scb đã chọn và điện áp Utb của cấp cần xét ngắn mạch. tb cb cb U. S I 3 =