Bài giảng Phân tích ngắn mạch trong hệ thống điện

1 Phân tích Ngắn mạch trong Hệ thống điện TS. Trương Ngọc Minh Nội dung môn học 1 2 Quá trình quá độ của MFĐ khi ngắn mạch 3 Thiết lập sơ đồ tính dòng điện ngắn mạch 4 Tính toán dòng điện ngắn mạch quá độ 5 Tính toán dòng điện ngắn mạch không đối xứng 6 Sự cố phức tạp trong hệ thống điện Khái niệm chung 2 3 Chương 1 Khái Niệm Chung ‣ Ngắn mạch là gì? ‣ Tổng trở ngắn mạch 1.1. Một vài khái niệm cơ bản Định nghĩa 4 ‣ Do cách điện bị hỏng ‣ Già cỗi khi làm việc lâu ngày; ‣ Bị tác động bởi điện trường mạnh gây phóng điện ‣ Do tác động của con người, động vật hoặc gió bão ‣ Do sét đánh ‣ Thao tác không đúng quy trình 5 1.1. Một vài khái niệm cơ bản Các nguyên nhân gây ngắn mạch 6 1.1. Một vài khái niệm cơ bản Phân loại dạng ngắn mạch ‣ Gây phát nóng cục bộ nhanh; ‣ Sinh ra lực cơ khí lớn giữa các phần của thiết bị; ‣ Gây sụt áp lưới điện; ‣ Có thể gây mất ổn định Hệ thống điện; ‣ Sinh ra các dòng điện không đối xứng; ‣ Gây gián đoạn cung cấp điện => Ngắn mạch cần được loại trừ nhanh (3-5 chu kì) 7 1.1. Một vài khái niệm cơ bản Hậu quả của ngắn mạch ‣ Lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn phù hợp; ‣ Tính toán cài đặt và chỉnh định bảo vệ rơ le; ‣ Lựa chọn sơ đồ thích hợp để hạn chế dòng ngắn mạch; ‣ Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch. 8 1.2. Dòng điện ngắn mạch Mục đích tính toán dòng ngắn mạch 9 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ngắn mạch 3 pha xa nguồn mạng đơn giản u(t)=Umsin(ωt +α ) i(t)= UmZ sin(ωt +α −ϕN )+Ce−RLt = iCK (t)+ ia(t) Z = R2 +(ωL)2 ϕN = arctg(ωLR ) = ICKmsin(ωt +α −ϕN )+ ia0e− tTa Ta = L R ‣ Dòng điện trước khi ngắn mạch xảy ra: ‣ Tại thời điểm t = 0: 10 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ngắn mạch 3 pha xa nguồn mạng đơn giản i(0)= i0 i(t)= Um Z ' sin(ωt +α −ϕ)= Imsin(ωt +α −ϕ) Z ' = (R+R' )2 +(ωL+ωL' )2 ϕ = arctgω(L+L' ) R+R' i(0)= iCK (0)+ ia(0)= ICKmsin(α −ϕN )+C = Imsin(α −ϕ) ia0 =C = Imsin(α −ϕ)− ICKmsin(α −ϕN ) ia(t)= Imsin(α −ϕ)− ICKmsin(α −ϕN )⎡⎣ ⎤⎦e−RLt 11 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ngắn mạch 3 pha xa nguồn mạng đơn giản 12 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ngắn mạch 3 pha xa nguồn mạng đơn giản 13 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ngắn mạch 3 pha xa nguồn mạng đơn giản ‣ Dòng ngắn mạch bao gồm 02 thành phần: ‣ Thành phần dòng điện chu kỳ xác định bởi thông số mạch và sức điện động nguồn sau ngắn mạch; ‣ Thành phần tự do mang đặc tính ngẫu nhiên. 14 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ngắn mạch 3 pha xa nguồn mạng đơn giản 15 1.2. Dòng điện ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch xung kích 16 1.2. Dòng điện ngắn mạch Trị số ixk ‣ Thời điểm xuất hiện trị số xung kích 0,01s; ‣ ia(0) = Ickm i(t)= iCK (t)+ ia(t) kxk =1+e−0,01Ta ixk = iCK (0,01)+ ia0e−0,01Ta ≈ ICKm(1+e−0,01Ta )= kxkICKm = 2kxkICK là hệ số xung kích ICK là trị số hiệu dụng của thành phần dòng điện ngắn mạch 17 1.2. Dòng điện ngắn mạch Trị số hiệu dụng dòng ngắn mạch toàn phần ‣ Tại thời điểm bất kỳ It = 1 T iN 2 dt t−T/2 t+T/2 ∫ T là chu kỳ thời gian của dòng điện xoay chiều It = Iat 2 + ICK2 ICK = ICKm2 Iat = ia(t)= ia0e− tTa = ICKme− tTa ‣ Trị số hiệu dụng lớn nhất tại t = 0,01s Iat = ia(0,01)= ixk − ICKm = 2(kxk −1)ICK Ixk = ICK 1+2(kxk −1)2 18 1.2. Dòng điện ngắn mạch Công suất ngắn mạch ‣ Công suất ngắn mạch SNt = 3UtbINt Utb Scat ≥ SNt là điện áp dây trung bình của mạng điện INt là trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch tại t ‣ Ý nghĩa - Lựa chọn máy cắt phù hợp ; - Tính toán tổng trở ngắn mạch ZHT = Utb 2 SN 19 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ngắn mạch ở gần MFĐ đồng bộ ‣ Dòng điện ngắn mạch thay đổi phức tạp do: - Ảnh hưởng của hỗ cảm giữa stato và roto làm thay đổi sức điện động của máy phát ở giai đoạn đầu; - Tác động của thiết bị tự động điều chỉnh kích từ làm thay đổi dòng điện kích từ ở giai đoạn sau. 20 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ảnh hưởng của hiện tượng hỗ cảm 21 1.2. Dòng điện ngắn mạch Ảnh hưởng của TĐK 22 1.2. Dòng điện ngắn mạch Sự thay đổi của dòng điện ngắn mạch 23 1.2. Dòng điện ngắn mạch Sự thay đổi của dòng điện ngắn mạch ‣ Tính toán khảo sát các hiện tượng quá điện áp, cộng hưởng điện từ, đánh giá khả năng dập hồ quang của máy cắt; ‣ Tính toán trị số đặc trưng như trị số dòng xung kích, trị số hiệu dụng dòng ngắn mạch toàn phần ở đầu quá trình quá độ 24 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Tính toán ngắn mạch duy trì khi MFĐ có TĐK 25 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Tính toán ngắn mạch duy trì khi MFĐ có TĐK 26 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Tính toán ngắn mạch duy trì khi MFĐ có TĐK TN = I If = Ifdm I fdm Tỉ số ngắn mạch Đặc tính không tải của MFĐ Eq = C × I f Đặc tính ngắn mạch của MFĐ I = TN × I f Xd = Eq I = C TN 27 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Tính toán ngắn mạch duy trì khi MFĐ có TĐK I = Eqgh Xd + Xth = Udm Xth = Ith Xth = XdUdm Eqgh −Udm Điện kháng tới hạn: Dòng ngắn mạch ở trạng thái tới hạn: I*th = 1 Xth X*th = Xd Eqgh −1 28 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Tính toán ngắn mạch duy trì khi MFĐ có TĐK 29 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Tính toán ngắn mạch duy trì khi MFĐ không có TĐK ‣ Sức điện động Eq của MFĐ không thay đổi: Eq = Uo cosϕ( )2 + Uo sinϕ + IoXd( )2 ‣ Trị số dòng ngắn mạch: IN = E∑ Z∑ = E∑ R∑ 2 + X∑ 2 30 ‣ Ảnh hưởng đến trị số của dòng ngắn mạch; ‣ Ảnh hưởng đến phân bố của dòng điện ngắn mạch 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Ảnh hưởng của phụ tải 31 ‣ Phụ tải có trị số định mức: 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Xác định tổng trở phụ tải Z* pt = cosϕ + jsinϕ ‣ Khi phụ tải là tổng trở đầy đủ Zpt: !Udm = !Eq − j!IXd = j!IX pt X pt = Xd Udm Eq −Udm ‣ Khi thay Zpt là tổng trở thuần kháng Xpt: !Udm = !Eq − j!IXd = !IZpt !Eq = !IZpt + j!IXd = !I(Zpt + jXd ) 32 1.3. Dòng điện ngắn mạch duy trì Ví dụ tính toán 33 Chương 2 Qúa Trình Qúa Độ Của MFĐ Khi Ngắn Mạch 34 2.1. Các yếu tố ảnh hưởng việc tính toán dòng ngắn mạch quá độ ‣ Sự biến thiên của dòng điện kích từ tại t = 0; ‣ Sự biến thiên của sđđ đồng bộ Eq do dòng kích từ sinh ra; => khó khăn khi tính toán dòng ngắn mạch quá độ. ‣ Khái niệm sức điện động quá độ, điện kháng quá độ. 35 2.2. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ pha 2.2.1. Hệ toạ độ pha ‣ Từ thông tổng hợp phần ứng ; ‣ Từ thông của roto ; ‣ Từ thông cuộn cản; ‣ Từ thông tổng hợp: ψ s ψ s ψ f ψ Σ =ψ s +ψ f 36 2.2. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ pha 2.2.2. Hệ phương trình vi phân QTQĐ Scanned with CamScanner 37 2.2. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ pha 2.2.2. Hệ phương trình vi phân QTQĐ ψ s uA = − dψ A dt − r × iA ‣ Phương trình vi phân QTQĐ điện từ trong mỗi cuộn dây pha: uB = − dψ B dt − r × iB uC = − dψ C dt − r × iC ‣ - từ thông móc vòng toàn phần với các cuộn dây pha của stato; ‣ - dòng điện trong các cuộn dây pha của stato; ‣ r - điện trở của cuộn dây pha. ψ A,ψ B ,ψ C iA,iB ,iC 38 2.2. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ pha 2.2.2. Hệ phương trình vi phân QTQĐ ψ s u f = dψ f dt − rf × i f ‣ Phương trình vi phân QTQĐ điện từ trong các cuộn dây trên roto: 0 = − dψ D dt − rD × iD 0 = dψ Q dt − rQ × iQ ‣ - từ thông móc vòng trong cuộn dây kích từ, cuộn cản dọc trục và cuộn cản ngang trục; ‣ - dòng điện trong cuộn dây kích từ, cuộn cản dọc trục và cuộn cản ngang trục; ‣ - điện trở các cuộn dây trên roto; ‣ - điện áp kích từ. ψ f ,ψ D ,ψ Q i f ,iD ,iQ rf ,rD ,rQ u f 39 2.2. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ pha 2.2.2. Hệ phương trình vi phân QTQĐ ψ s ψ A = LAiA + MABiB + MACiC + MAf i f + MADiD + MAQiQ ‣ Quan hệ giữa các từ thông và dòng điện: L - hệ số tự cảm của các cuộn dây M - hệ số hỗ cảm giữa các cuộn dây ψ B = MBAiA + LBiB + MBCiC + MBf i f + MBDiD + MBQiQ ψ C = MCAiA + MCBiC + LCiC + MCf i f + MCDiD + MCQiQ ψ f = M fAiA + M fBiB + M fCiC + Lf i f + M fDiD ψ D = MDAiA + MDBiB + MDCiC + MDf i f + LDiD ψ Q = MQAiA + MQBiB + MQCiC + LQiQ 40 2.2. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ pha 2.2.2. Hệ phương trình vi phân QTQĐ ψ s MAf = M f cosγ ‣ Hỗ cảm giữa các cuộn dây pha với cuộn dây kích từ: MBf = M f cos(γ −120 o ) MCf = M f cos(γ +120 o ) LA = L+ L ' cos2γ MAB = M + M ' cos2(γ +120o ) 41 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.1. Một số giả thiết ‣ Các giả thiết tần số hệ thống không thay đổi và bỏ qua bão hoà từ của lõi sắt; ‣ Mô hình MFĐ 3 pha được mô tả tương đương thành mô hình áy điện có 2 cuộn dây phần ứng vuông góc. ψ s 42 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev 43 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ψ s ‣ Hệ phương trình trong hệ toạ độ pha: us⎡⎣ ⎤⎦ = − Rs⎡⎣ ⎤⎦ is⎡⎣ ⎤⎦ − d dt ψ s⎡⎣ ⎤⎦ ur⎡⎣ ⎤⎦ = Rr⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ + d dt ψ r⎡⎣ ⎤⎦ ψ r⎡⎣ ⎤⎦ = Mrs⎡⎣ ⎤⎦ is⎡⎣ ⎤⎦ + Mr⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ ψ s⎡⎣ ⎤⎦ = Ms⎡⎣ ⎤⎦ is⎡⎣ ⎤⎦ + Msr⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ 44 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ψ s ‣ Hệ phương trình trong hệ toạ độ pha: us⎡⎣ ⎤⎦ = uA uB uC ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ is⎡⎣ ⎤⎦ = iA iB iC ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ψ s⎡⎣ ⎤⎦ = ψ A ψ B ψ C ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ur⎡⎣ ⎤⎦ = u f 0 0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ir⎡⎣ ⎤⎦ = i f iD iQ ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ψ r⎡⎣ ⎤⎦ = ψ f ψ D ψ Q ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 45 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ψ s ‣ Hệ phương trình trong hệ toạ độ pha: Rs⎡⎣ ⎤⎦ = R 0 0 0 R 0 0 0 R ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ Ms⎡⎣ ⎤⎦ = LA MAB MAC MAB LB MBC MAC MBC LC ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ Rr⎡⎣ ⎤⎦ = Rf 0 0 0 RD 0 0 0 RQ ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ Mr⎡⎣ ⎤⎦ = Lf M fD 0 M fD LD 0 0 0 LQ ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ Msr⎡⎣ ⎤⎦ = MAf MAD MAQ MBf MBD MBQ MCf MCD MCQ ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 46 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ψ s ‣ Hệ phương trình trong hệ toạ độ pha: Ms⎡⎣ ⎤⎦ = L −M M −M L M −M −M L ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ Msr⎡⎣ ⎤⎦ = M f cosγ MD cosγ MQ sinγ M f cos(γ −120 o ) MD cos(γ −120 o ) MQ sin(γ −120 o ) M f cos(γ −120 o ) MD cos(γ −120 o ) MQ sin(γ −120 o ) ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 47 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ψ s ‣ Ma trận biến đổi Park - Gorev: A⎡⎣ ⎤⎦ = 2 3 cosγ cos(γ −120o ) cos(γ +120o ) sinγ sin(γ −120o ) sin(γ +120o ) 1/ 2 1/ 2 1/ 2 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ A⎡⎣ ⎤⎦ −1 = cosγ sinγ 1 cos(γ −120o ) sin(γ −120o ) 1 cos(γ +120o ) sin(γ +120o ) 1 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 48 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ψ s ‣ Các biến sau biến đổi Park - Gorev: us '⎡⎣ ⎤⎦ = ud uq u0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ = [A] us⎡⎣ ⎤⎦ is '⎡⎣ ⎤⎦ = id iq i0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ = [A] is⎡⎣ ⎤⎦ ψ s '⎡⎣ ⎤⎦ = ψ d ψ q ψ 0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ = [A] ψ s⎡⎣ ⎤⎦ 49 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ψ s ‣ Dòng điện stato theo biến đổi Park - Gorev: id = 2 / 3 iA cosγ + iB cos(γ −120 o )+ iC cos(γ +120 0 )⎡⎣ ⎤⎦ iq = 2 / 3 iA sinγ + iB sin(γ −120 o )+ iC sin(γ +120 0 )⎡⎣ ⎤⎦ i0 = 1/ 3 iA + iB + iC⎡⎣ ⎤⎦ iA = id cosγ + iq sinγ + io iB = id cos(γ −120 o )+ iq sin(γ −120 0 )+ io iC = id cos(γ +120 o )+ iq sin(γ +120 0 )+ io 50 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ψ s ‣ Biến đổi Park - Gorev: us⎡⎣ ⎤⎦ = − Rs⎡⎣ ⎤⎦ is⎡⎣ ⎤⎦ − d dt ψ s⎡⎣ ⎤⎦ ur⎡⎣ ⎤⎦ = Rr⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ + d dt ψ r⎡⎣ ⎤⎦ ψ r⎡⎣ ⎤⎦ = Mrs⎡⎣ ⎤⎦ is⎡⎣ ⎤⎦ + Mr⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ ψ s⎡⎣ ⎤⎦ = Ms⎡⎣ ⎤⎦ is⎡⎣ ⎤⎦ + Msr⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ us '⎡⎣ ⎤⎦ = − Rs '⎡⎣ ⎤⎦ is '⎡⎣ ⎤⎦ − d dt ψ s '⎡⎣ ⎤⎦ + −ψ q ψ d 0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ dγ / dt ur '⎡⎣ ⎤⎦ = Rr⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ − d dt ψ r '⎡⎣ ⎤⎦ ψ s '⎡⎣ ⎤⎦ = Ms '⎡⎣ ⎤⎦ is '⎡⎣ ⎤⎦ + Msr '⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ ψ r '⎡⎣ ⎤⎦ = Mrs '⎡⎣ ⎤⎦ is '⎡⎣ ⎤⎦ + Mr⎡⎣ ⎤⎦ ir⎡⎣ ⎤⎦ => => => => 51 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.2. Phép biến đổi Park - Gorev ‣ Các ma trận theo phép biến đổi Park - Gorev: Rs '⎡⎣ ⎤⎦ = A⎡⎣ ⎤⎦ Rs⎡⎣ ⎤⎦ A⎡⎣ ⎤⎦ −1 = R 0 0 0 R 0 0 0 R ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ Ms '⎡⎣ ⎤⎦ = A⎡⎣ ⎤⎦ Ms⎡⎣ ⎤⎦ A⎡⎣ ⎤⎦ −1 = L+ M + 32 L ' 0 0 0 L+ M − 32 L 0 0 0 L− 2M ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ Msr '⎡⎣ ⎤⎦ = A⎡⎣ ⎤⎦ Msr⎡⎣ ⎤⎦ = M f MD 0 0 0 MQ 0 0 0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ Mrs '⎡⎣ ⎤⎦ = Msr⎡⎣ ⎤⎦ A⎡⎣ ⎤⎦ −1 = M f 0 0 MD 0 0 0 MQ 0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 52 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.3. Đặc điểm của dòng điện sau biến đổi Park - Gorev 53 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.3. Đặc điểm của dòng điện sau biến đổi Park - Gorev 54 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.4. Từ thông của máy phát điện ‣ Từ thông có ích: ψ d = i f Xad ‣ Từ thông tản của cuộn kích từ: ψσ f = I f Xσ f ‣ Từ thông tổng do cuộn kích từ sinh ra: ψ f =ψ d +ψσ f = I f (Xad + Xσ f ) = I f X f ‣ Từ thông phản ứng phần ứng: ψ ad = Id Xad ψ aq = Iq Xaq 55 2.3. Phân tích MFĐ theo hệ toạ độ quay vuông góc 2.3.4. Từ thông của máy phát điện ‣ Từ thông tản của stato: ‣ Từ thông tổng của stato: ψ sd =ψ ad +ψσ d ‣ Từ thông tổng móc vòng với cuộn kích từ: ψ ld = Ild Xad ψσ d = Id Xσ ψ sq =ψ aq +ψσq ψ f Σ =ψ f +ψ ad ‣ Từ thông sinh bởi các cuộn cản: ψσ d = Ild Xσ ld ψ lq = Ilq Xaq ψσq = Ilq Xσ lq ψσq = Iq Xσ 56 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.1. Chế độ xác lập ‣ Từ thông tổng hợp móc vòng qua các cuộn dây phần ứng: ψ sd =ψ d +ψ ad +ψσ d ψ sq = 0+ψ aq +ψσq = Iq Xq = −Ud Xq = Xaq + Xσ Xd = Xad + Xσ = I f Xad + Id Xd =Uq 57 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.1. Chế độ xác lập ‣ Phương trình cân bằng áp treo các trục: Uq = Eq + Id Xd Ud = − Iq Xq ‣ Các đại lượng tổng hợp: !I = Iq + jId !U =Uq + jUd !E = Eq 58 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.1. Chế độ xác lập MFĐ cực ẩn Xd = Xq MFĐ cực lồi Xd ≠ Xq !U = !Eq − j!IXq !U = !Eq − j!Id Xd − j!Iq Xq EQ = Eq + Id (Xd − Xq ) !U = !EQ − j!IXq 59 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.2. Chế độ quá độ với máy phát không có cuộn cản ‣ Từ thông phản ứng phần ứng dọc trục thay đổi theo thời gian; ‣ Từ thông tổng móc vòng của cuộn kích từ không đổi; ψ f Σ =ψ f +ψ ad ψ ad ‣ Từ thông của cuộn kích từ thay đổi đột ngột. 60 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.2. Chế độ quá độ với máy phát không có cuộn cản ‣ Thành phần từ thông có ích của : ψ d ' = (1−σ f )ψ f ∑ ψ f Σ σ f = Xσ f X f - hệ số tản của cuộn dây kích từ. ‣ Sức điện động quá độ :Eq ' Eq ' =ψ d ' = (1−σ f )ψ f ∑ - không thay đổi tại t = 0.Eq ' 61 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.2. Chế độ quá độ với máy phát không có cuộn cản ‣ Từ thông có ích trước khi ngắn mạch:ψ d ' ψ d ' = (1−σ f )ψ f ∑ = (1−σ f )(ψ f −ψ ad ) ψ d = I f Xad = Eq =Uq + Id Xd ‣ Từ thông có ích trước khi ngắn mạch:ψ d = I f Xad − Id Xad 2 Xad + Xσ f = Eq ' 62 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.2. Chế độ quá độ với máy phát không có cuộn cản Eq '‣ Sức điện động quá độ ngang trục tại thời điểm ngắn mạch: Eq ' = Eq − Id Xad 2 Xad + Xσ f =Uq + Id Xd − Id Xad 2 Xad + Xσ f =Uq + Id Xd ' Xd ' = Xd − Xad 2 Xad + Xσ f = Xσ + 1 1 Xad + 1 Xσ f - điện kháng quá độ. Ed '‣ Sức điện động quá độ dọc trục tại thời điểm ngắn mạch: Ed ' =Ud − Iq Xq = 0 = Ed 63 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.2. Chế độ quá độ với máy phát không có cuộn cản tgξ = IXq +U sinϕ U cosϕ Id = I sinξ tgδ = IXq cosϕ U + IXq sinϕ Uq =U cosδ 64 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.3. Chế độ quá độ với máy phát có cuộn cản ‣ Từ thông tổng móc vòng của cuộn kích từ: ψ f Σ =ψ f +ψ ld −ψ ad =ψ d +ψσ f +ψ ld −ψ ad ‣ Từ thông tổng móc vòng của cuộn cản dọc trục: ‣ Từ thông tổng móc vòng của cuộn cản ngang trục: ψ ldΣ =ψ ld +ψσ ld +ψ ad ψ lqΣ =ψ lq +ψσ lq +ψ aq 65 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.3. Chế độ quá độ với máy phát có cuộn cản ‣ Lượng từ thông thay đổi đột ngột của cuộn kích từ: Δψ f Σ = Δψ d + Δψσ f + Δψ ld − Δψ ad = 0 ‣ Lượng từ thông thay đổi đột ngột cuộn cản dọc trục: Δψ ldΣ = Δψ ld + Δψσ ld + Δψ d − Δψ ad = 0 ΔI f (Xad + Xσ f )+ ΔIld Xad − ΔId Xad = 0 ΔIld (Xad + Xσ ld )+ ΔI f Xad − ΔId Xad = 0 ΔI f Xσ f = ΔIld Xσ ld 66 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.3. Chế độ quá độ với máy phát có cuộn cản ‣ Thành phần từ thông có ích của : ψ d '' = (1−σ f )ψ f ∑ ψ f Σ σ f = Xσ f X f - hệ số tản của cuộn dây kích từ. ‣ Sức điện động siêu quá độ ngang trục :Eq " Eq " =ψ d " = (1−σ f )ψ f ∑ - không thay đổi tại t = 0.Eq " 67 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.3. Chế độ quá độ với máy phát có cuộn cản Eq "‣ Sức điện động siêu quá độ ngang trục tại thời điểm ngắn mạch: Eq " =Uq + Id Xd " Xd " = Xσ + 1 1 Xad + 1 Xσ f + 1 +Xσ ld ‣ Điện kháng siêu quá độ dọc trục: 68 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.3. Chế độ quá độ với máy phát có cuộn cản ‣ Thành phần từ thông có ích móc vòng sang cuộn dây phần ứng ngang trục: ψ q '' = (1−σ lq )ψ lq∑ = (1−σ lq )(ψ lq +ψσ lq +ψ aq ) σ lq = Xσ lq Xaq + Xσ lq - hệ số tản của cuộn dây ngang trục ‣ Sức điện động siêu quá độ dọc trục :Ed " Ed " =ψ q " = (1−σ lq )ψ lq∑ - không thay đổi tại t = 0.Ed " 69 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.3. Chế độ quá độ với máy phát có cuộn cản Ed "‣ Sức điện động siêu quá độ dọc trục tại thời điểm ngắn mạch: Ed " =Ud − Iq Xq " Xq " = Xσ + 1 1 Xaq + 1 +Xσ lq ‣ Điện kháng siêu quá độ ngang trục: ‣ Sức điện động quá độ toàn phần: E" = Eq "2 + Ed "2 70 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.3. Chế độ quá độ với máy phát có cuộn cản tgξ = IXq +U sinϕ U cosϕ Id = I sinξ Ud =U sinδ δ = ξ −ϕ Uq =U cosδ Iq = I cosξ E" = (U cosϕ )2 + (U sinϕ + IXd " )2 71 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.4. Sự thay đổi của SĐĐ và điện kháng sau ngắn mạch ‣ Sức điện động quá độ E’q và sức điện động siêu quá độ E”q: 72 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.4. Sự thay đổi của SĐĐ và điện kháng sau ngắn mạch ‣ Điện kháng quá độ và điện kháng siêu quá độ: Xd ' = Xσ + 1 1 Xad + 1 Xσ f Xd = Xσ + Xad Xd " = Xσ + 1 1 Xad + 1 Xσ f + 1 Xσ ld 73 2.4. Sức điện động và điện kháng của MFĐ 2.4.4. Sự thay đổi của SĐĐ và điện kháng sau ngắn mạch ‣ Ảnh hưởng của vị trí xảy ra ngắn mạch: 74 Chương 3 Thiết Lập Sơ Đồ Tính Dòng Điện Ngắn Mạch 75 3.1. Hệ đơn vị tương đối 3.1.1. Trị số tương đối ‣ Trị số tương đối: tỉ số của đại lượng trong hệ đơn vị có tên với đại lượng cơ bản cùng đơn vị đã chọn ‣ Các đại lượng cơ bản: Ucb ,Scb , Icb ,Zcb U*(cb) = U Ucb S*(cb) = S Scb I*(cb) = I Icb Z*(cb) = Z Zcb Zcb = Ucb 3Icb Scb = 3UcbIcb I = I*(cb) Scb 3Ucb Z = Z*(cb) Ucb 2 Scb 76 3.1. Hệ đơn vị tương đối 3.1.2. Chuyển đổi đại lượng trong nhiều hệ tương đối khác nhau về cùng một hệ đơn vị cơ bản ‣ Chọn đại đại lượng cơ bản chung: Ucb ,Scb Xd " = Xd*(dm) " = Xd (Ω) " Sdm Udm 2 ‣ Chuyển thông số từ hệ tương đối về hệ đơn vị có tên ‣ Chuyển thông số từ hệ đơn vị có tên về hệ tương đối với hệ cơ bản đã chọn Xd (Ω) " = Xd*(dm) " = Xd " Udm 2 Sdm Xd*(cb) " = Xd (Ω) " Scb Ucb 2 = Xd (Ω) " Udm 2 Ucb 2 Scb Sdm 77 3.1. Hệ đơn vị tương đối 3.1.3. Hệ đơn vị tương đối trong mạng điện nhiều cấp U Ui, Ii, Zi: các thông số ở cấp điện áp i ki: tỉ số biến của MBA i 78 3.1. Hệ đơn vị tương đối 3.1.3. Hệ đơn vị tương đối trong mạng điện nhiều cấp U ‣ Các đại lượng cơ bản của cấp cơ sở: Ui*(cb) = Ui (0) Ucb (0) = k1k2...ki−1ki Ucb (0) Ui Ii*(cb) = Ii 3Ucb ( i) Scb ScbUcb (0) , Ucb ( i) = 1 k1k2...ki−1ki Ucb (0) Zi*(cb) = Zi Scb Ucb ( i)2Ui*(cb) = Ui Ucb ( i) 79 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.1. Đường dây tải điện ‣ Đường dây trên không điện áp ≤ 35kV Z = R + jX = (r0 + jx0 )l (Ω) Z*(cb) = Z(Ω) Scb Ucb 2 Hệ đơn vị có tên Hệ đơn vị tương đối 80 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.1. Đường dây tải điện ‣ Đường dây cáp và trên không điện áp ≤ 330kV66kV <Udm Z*(cb) = Z(Ω) Scb Ucb 2 Z = R + jX = (r0 + jx0 )l (Ω) B = b0l =ωC0 l (1/Ω) B*(cb) = b0l Ucb 2 Scb Hệ đơn vị có tên Hệ đơn vị tương đối 81 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.1. Đường dây tải điện ‣ Đường dây siêu cao áp điện áp Udm ≥ 400kV Mô hình theo sơ đồ hình Π Z∏ ≈ Z = (r0 + jx0 )l (Ω) Y∏ ≈ Y = (g0 + jb0 )l Z*∏(cb) = Z∏ Scb Ucb 2 Y*∏(cb) = Y∏ Ucb 2 Scb 82 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.1. Đường dây tải điện ‣ Đường dây siêu cao áp điện áp Udm ≥ 400kV Mô hình theo sơ đồ hình Π 83 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.2. Máy biến áp ‣ MBA 2 cuộn dây XB = UN% 100 Udm 2 Sdm (Ω) X*B(cb) = UN% 100 Udm 2 Sdm Scb Ucb 2 84 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.2. Máy biến áp ‣ MBA 3 dây quấn 85 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.2. Máy biến áp ‣ MBA 3 dây quấn UN%C = UN%C−T +UN%C−H −UN%T−H 2 UN%T = UN%C−T +UN%T−H −UN%C−H 2 UN%H = UN%C−H +UN%T−H −UN%C−T 2 XC = UN%C 100 Udm 2 Sdm XT = UN%T 100 Udm 2 Sdm XH = UN%H 100 Udm 2 Sdm 86 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.3. Kháng điện và tụ điện XK = XK% 100 Udm 3Idm (Ω) Hệ đơn vị có tên Hệ đơn vị tương đối X*K (cb) = XK% 100 Udm 3Idm 3Icb Ucb = XK% 100 Udm Idm Icb Ucb Kháng phân đoạn 87 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.3. Kháng điện và tụ điện XK = Udm 2 QKdm (Ω) Hệ đơn vị có tên Hệ đơn vị tương đối X*K (cb) = Udm 2 Qdm Scb Ucb 2 Kháng bù ngang 88 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.3. Kháng điện và tụ điện XC (Ω) Hệ đơn vị có tên Hệ đơn vị tương đối X*C (cb) = XC Scb Ucb 2 Tụ bù dọc 89 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.4. Phụ tải điện Z = U 2 S (cosϕ + jsinϕ ) (Ω) Hệ đơn vị có tên Hệ đơn vị tương đối Z*(cb) = U 2 S (cosϕ + jsinϕ ) Scb Ucb 2 Z*(dm) = cosϕ + jsinϕ X pt* = 1,2Z 90 3.2. Sơ đồ thay thế và thông số tính toán 3.2.5. Hệ thống ‣ Hệ thống được mô tả rút gọn thành thành sức điện động và điện kháng đẳng trị ‣ Điện kháng tương đối và công suất hệ thốngX*HT XHT (Ω) = Utb 2 SN (Ω) XHT*(cb) = Utb 2 SN Scb Ucb 2 = Scb SN SHT XHT*(cb) = X*HT Scb SHT 91 3.3. Biến đổi đẳng trị sơ đồ tính toán 3.3.1. Ghép song song các nhánh có nguồn Edt = EiYi i=1 n ∑ Yi i=1 n ∑ Ydt = Yi i=1 n ∑ = 1Xii=1 n ∑ Xdt = 1 Ydt 92 3.3. Biến đổi đẳng trị sơ đồ tính toán 3.3.2. Biến đổi sao - tam giác X12 = X1 + X2 + X1X2 X3 X13 = X1 + X3 + X1X3 X2 X23 = X2 + X3 + X2X3 X1 93 3.3. Biến đổi đẳng trị sơ đồ tính toán 3.3.2. Biến đổi sao - tam giác X1 = X12X13 X12 + X13 + X23 X2 = X12X23 X12 + X13 + X23 X3 = X13X23 X12 + X13 + X23 94 3.3. Biến đổi đẳng trị sơ đồ tính toán 3.3.2. Biến đổi sao - tam giác 95 3.3. Biến đổi đẳng trị sơ đồ tính toán 3.3.3. Tách nhập các nhánh có nguồn ‣ Nguồn nằm tại đỉnh sơ đồ tam giác có thể tách thành nhánh có nguồn độc lập 96 3.3. Biến đổi đẳng trị sơ đồ tính toán 3.3.4. Biến đổi sao - lưới Yik = YiYk Yj j=1 n ∑ Ynn = Yj j=1 n−1 ∑ 97 3.4. Ví dụ tính toán 98 Chương 4 Tính Toán Dòng Điện Ngắn Mạch Qúa Độ ‣ Tần số hệ thống không thay đổi; ‣ Bỏ qua bão hoà mạch từ; ‣ Thay phụ tải bằng tổng trở hằng; ‣ Bỏ qua thông số của một vài phần tử; ‣ Sức điện động của nguồn vẫn là đối xứng. 99 4.1. Các giả thiết tính toán ‣ Tính toán trị số dòng ngắn mạch quá độ?; ‣ Thông số của MFĐ; ‣ Cách thức tính toán (tính chính xác hoặc tính gần đúng); ‣ Phương pháp tính toán. 100 4.2. Một số vấn đề cần lưu ý 101 4.3. Tính trị số ban đầu của dòng ngắn mạch CK 4.3.1. Tính toán chính xác theo các thành phần Dòng ngắn mạch quá độ ban đầu I’(0) và dòng ngắn mạch siêu quá độ ban đầu I”(0) tgξ = IXq +U sinϕ U cosϕ Id = I sinξ Ud =U sinδ δ = ξ −ϕ Uq =U cosδ Iq = I cosξ Ed " =Ud − Iq Xq "Eq " =Uq + Id Xd " I "(0) = Id "2 + Iq "2 102 4.3. Tính trị số ban đầu của dòng ngắn mạch CK 4.3.2. Tính toán gần đúng theo các đại lượng tổng hợp Xác định trị số hiệu dụng sức điện động của MFĐ E~ " = (U cosϕ )2 + (U sinϕ + IXd " )2 E~ ' = (U cosϕ )2 + (U sinϕ + IXd ' )2 Hệ đơn vị tương đối định mức của MFĐ E~ " = (cosϕ )2 + (sinϕ + Xd " )2 E~ ' = (cosϕ )2 + (sinϕ + Xd ' )2 103 4.3. Tính trị số ban đầu của dòng ngắn mạch CK 4.3.2. Tính toán gần đúng theo các đại lượng tổng hợp Xác định mô hình của phụ tải: - Động cơ không đồng bộ E" = 0,8 X " = 0,35 + Ngắn mạch gần thanh cái cấp điện cho động cơ; + Ngắn mạch xa thanh cái cấp điện cho động cơ; + Ngắn mạch rất xa thanh cái cấp điện cho động cơ. - Phụ tải tổng hợp: - Động cơ đồng bộ: Thiết lập sơ đồ tính toán tại thời điểm sau khi xảy ra ngắn mạch 104 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần ‣ Xác định hằng số thời gian suy giảm của các thành phần dòng quá độ ‣ Không xét ảnh hưởng của TĐK ở giai đoạn đầu của QTQĐ Scanned with CamScanner 105 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần ‣ Sơ đồ gồm 01 MFĐ cấp dòng ngắn mạch qua Xng đến điểm sự cố; ‣ Thành phần duy trì Ick0, thành phần quá độ I’(t), siêu quá độ I”(t). Scanned with CamScanner ΔΔ ICK 0 = Eq0 Xd + Xng ΔI ' = Eq ' Xd ' + Xng − Eq0 Xd + Xng ΔI " = Eq " Xd " + Xng − Eq ' Xd ' + Xng 106 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần • Hằng số thời gian của cuộn kích từ Td0 = X f Rf = Xad + Xσ f Rf Hằng số thời gian riêng: Hằng số thời gian của cuộn kích từ: Td ' = (Xσ || Xad )+ Xσ f Rf = Td0 Xd ' Xd Td ' = Td0 Xd ' + Xng Xd + Xng 107 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần • Hằng số thời gian của cuộn cản T”d và T”q Phụ thuộc vào vị trí của điểm sự cố đến MFĐ - MF nhiệt điệnTd " = Td " ≈ 0,1s - MF thuỷ điệnTd " = Td " ≈ 0,05s • Hằng số thời gian của cuộn dây stato Ta = X2 Rs Ta = X2 + Xng Rs + Rng - X2 : điện kháng thứ tự nghịch - Rs : điện trở dây quấn stato 108 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần Dòng điện quá độ ở giai đoạn đầu: Thành phần tự do của dòng ngắn mạch: I "(t) = (I "(0)− I ' (0))e − t Td " + (I ' (0)− ICK 0 )e − t Td ' + ICK 0 ia (t) = 2I "(0)e − t Ta Trị số hiệu dụng của dòng ngắn mạch toàn phần: IN (t) = I "(t)⎡⎣ ⎤⎦ 2 + ia (t)⎡⎣ ⎤⎦ 2 IN (t) = I "(0)⎡⎣ ⎤⎦ 2 + 2 I "(0)e − t Ta⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ 2 109 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.2. Tính theo đường cong tính toán Scanned with CamScanner Scanned with CamScanner ‣ Đường cong tính toán? IN " (t) = f (Xtt ,t) Xtt = Xd " + XN ‣ Sử dụng hệ đơn vị tương đối định mức của MFĐ ‣ Đường cong tính toán của MF nhiệt điện và thuỷ điện khác nhau do các thông số khác nhau 110 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.2. Tính theo đường cong tính toán Scanned with CamScanner 111 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.2. Tính theo đường cong tính toán ‣ Các đường cong tính toán chỉ xây dựng đến Xtt = 3; Itt " (t) = 1 Xtt (Xtt > 3) ‣ Phụ tải được loại bỏ khỏi sơ đồ tính toán (trừ động cơ hoặc máy bù đồng bộ); ‣ Thời gian t càng lớn thì đường cong ngắn mạch càng nằm trên cao; ‣ Khi tính toán sơ đồ nhiều MFĐ, biến đổi sơ đồ về thành các nhánh có sđđ; ‣ Phương pháp đơn giản, dễ sử dụng. 112 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 10 How do you calculate the fault current (If) at bus 3? ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT15 ZL5 5 ZL2 If ZT23 ZT34 2003 IEEE T & D CONFERENCE 11 Use Thevenin equivalent VTh ZTh 3 If • VTh: open circuit voltage – also called the pre- fault voltage, Vf – often use 1∠0° 2003 IEEE T & D CONFERENCE VTh: điện áp hở mạch 15 Adding a current source to the original circuit has the same electrical effect as adding it to the equivalent circuit 2003 IEEE T & D CONFERENCE Vf ZTh 3 If ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If 113 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 17 Calculation details Bus Admittance Matrix: Ybus 2003 IEEE T & D CONFERENCE I = Ybus V vector of current injections vector of bus voltages ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If 17 Calculation details Bus Admittance Matrix: Ybus 2003 IEEE T & D CONFERENCE I = Ybus V vector of current injections vector of bus voltages ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If 114 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 182003 IEEE T & D CONFERENCE ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If » » » » » » ¼ º « « « « « « ¬ ª = 555351 4443 35343332 232221 151211 bus 00 000 0 00 00 Y YYY YY YYYY YYY YYY Diagonals: Σ of Y connected at node Y22 = 1/ZT12 + 1/ZL2 + 1/ZT23 Off diagonals: - of Y connected between nodes Y53 = -1/ZT35 115 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 20 Bus Impedance Matrix: Zbus 2003 IEEE T & D CONFERENCE V = Zbus I vector of current injections vector of bus voltages ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If Zbus = Ybus-1 222003 IEEE T & D CONFERENCE To find the change in voltages due to the fault current at bus 3: » » » » » » ¼ º « « « « « « ¬ ª ⋅ » » » » » » ¼ º « « « « « « ¬ ª = » » » » » » ¼ º « « « « « « ¬ ª ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ 0 0 I- 0 0 V V V V V f 5554535251 4544434241 3534333231 2524232221 1514131211 5 4 3 2 1 ZZZZZ ZZZZZ ZZZZZ ZZZZZ ZZZZZ 116 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 23 To calculate current in line 2-3: 2003 IEEE T & D CONFERENCE 23T 32 f23 Z VVI ∆−∆=∆ 1 2 3 4 ZT23 5 If ∆I23f 117 Chương 5 Tính Toán Dòng Điện Ngắn Mạch Không Đối Xứng ‣ Chế độ không đối xứng của HTĐ ‣ Các phương pháp phân tích chế độ không đối xứng 118 5.1. Khái niệm chung 119 5.2. Cơ sở toán học của phương pháp thành phần đối xứng Hệ thứ tự thuận Hệ thứ tự nghịch Hệ thứ tự không Hệ không đối xứng !IB1 = a 2 !I A1 !IC1 = a !I A1 !IB2 = a !I A2 !IC2 = a 2 !I A2 !I A0 = !IB0 = !IC0 !I A = !I A1 + !I A2 + !I A0 !IB = !IB1 + !IB2 + !IB0 !IC = !IC1 + !IC2 + !IC0 a = e j120 0 = − 1 2 + j 3 2 !I A1 = !I A + a !IB + a 2 !IC 3 !I A2 = !I A + a 2 !IB + a !IC 3 !I A0 = !I A + !IB + !IC 3 120 5.3. Điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không ‣ Các thiết bị không quay khi làm việc: X2 = X1, ngược lại X2 X1 ‣ Các phần tử không có hỗ cảm: X0 = X1, ngược lại X0 X1 ‣ Mạch điện có điện dung: thành phần tác dụng thứ tự không khác với thứ tự thuận ≠ ≠ 121 5.3. Điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không 5.3.1. Máy phát điện đồng bộ - Điện kháng thứ tự nghịch được xác định bằng thực nghiệm MFĐ có cuộn cảnX2 = Xd " + Xq " 2 ≈ Xd " X2 ≈1,45Xd ' MFĐ không có cuộn cản X0 ≈ ∞ 122 5.3. Điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không 5.3.2. Phụ tải tổng hợp, kháng điện và tụ điện - Phụ tải: điện kháng thứ tự nghịch khác điện kháng thứ tự thuận X2 ≈ 0,35 X2 ≈ 0,45 Điện áp dưới 10 kV Điện áp trên 35 kV - Kháng điện và tụ điện: X2 = X1 = X0 123 5.3. Điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không 5.3.3. Máy biến áp - Điện kháng thứ tự nghịch bằng điện kháng thứ tự thuận - Sơ đồ thứ tự không MBA 2 dây quấn có tổ nối dây Yo/Yo 124 5.3. Điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không 5.3.3. Máy biến áp - Sơ đồ thứ tự không MBA 2 dây quấn có tổ nối dây Yo/Y 125 5.3. Điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không 5.3.3. Máy biến áp - Sơ đồ thứ tự không MBA 2 dây quấn có tổ nối dây sao - tam giác 126 5.3. Điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không 5.3.3. Máy biến áp - Sơ đồ thứ tự không MBA 3 dây quấn 127 5.3. Điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không 5.3.4. Đường dây - Điện kháng thứ tự nghịch bằng điện kháng thứ tự thuận - Điện kháng thứ tự không phụ thuộc kiểu đường dây và loại dây dẫn X0 = 3X1 X0 = (3,5÷ 4,6)X1 - đường dây trên không có điện áp dưới 220 kV - đường dây cáp ‣ Sơ đồ thứ tự thuận 128 5.4. Thành lập sơ đồ các thành phần đối xứng ‣ Sơ đồ thứ tự nghịch ‣ Sơ đồ thứ tự không - Điểm ngắn mạch không nối với trung điểm của sơ đồ - Sức điện động bằng 0 - Trị số điện kháng là thông số không phụ thuộc chế độ ngắn mạch - Sức điện động bằng 0 - Có xét tổng trở của mạch trung tính - Bỏ qua phụ tải 129 5.4. Thành lập sơ đồ các thành phần đối xứng 130 5.5. Dòng điện và điện áp tại điểm ngắn mạch 5.5.1. Hệ phương trình dòng điện và điện áp !UNa1 = !EaΣ − j!INa1X1Σ !UNa2 = 0− j!INa2X2Σ !UNa0 = 0− j!INa0X0Σ 131 5.5. Dòng điện và điện áp tại điểm ngắn mạch 5.5.1. Hệ phương trình dòng điện và điện áp !INb = 0 !UNa = 0 !INc = 0 !INa = 0 !UNb = !UNc !INb = − !INc !INa = 0 !UNc = 0 !UNb = 0 132 5.5. Dòng điện và điện áp tại điểm ngắn mạch 5.5.2. Dạng ngắn mạch 2 pha !INb = (a 2 − a) !INa1 = − j 3 !INa1 !UNa = 2 !UNa1 = 2 j!INa1X2Σ !INa = 0 !UNb = !UNc = − j!INa1X2Σ !INc = (a − a 2 ) !INa1 = j 3 !INa1 133 5.5. Dòng điện và điện áp tại điểm ngắn mạch 5.5.3. Dạng ngắn mạch 1 pha !INb = 0 !UNa = 0 !INa = 3 !INa1 !UNb = j!INa1 (a 2 − a)X2Σ + (a 2 −1)X0Σ⎡⎣ ⎤⎦ !INc = 0 !UNc = j!INa1 (a − a 2 )X2Σ + (a −1)X0Σ⎡⎣ ⎤⎦ 134 5.5. Dòng điện và điện áp tại điểm ngắn mạch 5.5.4. Dạng ngắn mạch 2 pha chạm đất !UNa = 3 !UNa1 !INa = 0 !INb = !INa1 a 2 − X2Σ + aX0Σ X2Σ + X0Σ ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ !INc = !INa1 a − X2Σ + a 2X0Σ X2Σ + X0Σ ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥