tài liệu lớp 14ddc02

- Dòng điện rất lớn gây ra tác động cơ điện lên các thiết bị, từ thời điểm xảy ra ngắn mạch.. - Tăng lực cơ điện có thể gây hỏng hóc trong các thiết bị  Năng lượng nhiệt trong thiết[r]

(1)

CHƯƠNG 6 phần 6-2

(2)

6.10 Tính tốn ngắn mạch mạng hạ thế 1 Định nghĩa

Ngắn mạch tượng tiếp xúc trực tiếp pha khác nhau, pha với dây trung tính, pha với đất, làm cho dòng điện tăng đột ngột.

2 Nguyên nhân

 Hư hỏng cách điện thiết bị  Quá điện áp gây sét  Vận hành không đúng

 Do động vật hay chim đường dây trần không, hay chuột thiết bị nhà

(3)

(4)

- Dòng điện tăng đột ngột lớn nhiều lần so với dòng làm việc bình thường.

- Điện áp điểm ngắn mạch nhỏ, gần Tại nhánh khác điện áp giảm

-Các phần tử lưới điện có điện trở điện kháng dung kháng nên hệ thống mạch dao động

-Thông thường, dòng ngắn mạch pha lớn nhất

(5)

-Nếu thời gian trì dịng ngắn mạch lớn (>0.01s) xảy hiện tượng hồ quang điện chỗ NM

-Dòng điện lớn gây tác động điện lên thiết bị, từ thời điểm xảy ngắn mạch

- Tăng lực điện gây hỏng hóc thiết bị  Năng lượng nhiệt thiết bị tỷ lệ thuận với bình

phương dịng điện làm nóng chảy thiết bị  Giảm điện áp lưới

(6)

Ngắt phần tử ngắn mạch khỏi lưới

Lựa chọn thiết bị bền vững bị tác động dòng ngắn mạch

Sử dụng thiết bị giảm dòng ngắn mạch – kháng điện.

Thường xuyên kiểm tra cách điện phần tử lưới điện.  Lựa chọn hiệu chỉnh xác thiết bị bảo vệ.

(7)

7.Tính tốn dịng điện ngắn mạch

Mục đích

Xác định điều kiện làm việc thiết bị chế độ cố. Lựa chọn thiết bị: cái, sứ cách điện, cáp, dây dẫn… Lựa chọn thiết bị bảo vệ, rơ le.

Tính dịng ngắn mạch pha để lựa chọn thông số định mức thiết bị bảo vệ

Để hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ thông số rơ le , cần tính ngắn mạch khơng đối xứng

(8)

8

Các đặc điểm :

Thiết bị phía hạ áp nhận nguồn điện từ MBA trung / hạ công suất 25…2500kVA

Khi cơng suất hệ thống phía cao áp MBA SHT>25Sđm _MBA : nguồn vô lớn, tổng trở nguồn không đáng kể , bỏ qua  Tính điện trở R điện kháng X phần tử

 Tính đơn vị có tên, với U= U20 máy biến áp nguồn ( ví dụ với MBA 22/0,4 U 20 =1,05Uđm_luoi = 400V)

7.Tính tốn dịng điện ngắn mạch

Tính dịng ngắn mạch lưới hạ thế

(9)

9

Tính dịng ngắn mạch lưới hạ thế Trình tự tính dịng ngắn mạch pha

1 Xây dựng sơ đồ thay với giá trị R,X

2 Tính tổng trở phần tử từ điểm ngắn mạch nguồn

3 Tính dịng điện ngắn mạch Tính dịng điện xung kích

(10)

1 Xây dựng sơ đồ thay từ sơ đồ nguyên lý với giả thiết điện trở điện kháng hệ thống 0

(11)

(12)

2 Tính tốn điện trở, điện kháng phần tử Máy biến áp

(13)

Trở kháng dây dẫn

 - điện trở suất cuả vật liệu dây nhiệt độ vận hành bình thường  22,5m mm2 /m cho đồng

 36 m mm2 /m cho nhôm

S tiết diện dây (mm2)

Cảm kháng cáp nhà chế tạo cung cấp Spha< 50mm2 cảm kháng bỏ qua.

Spha>= 50 mm2 : X0= 0,08m/m (f=50Hz)

Đối với dẫn lắp ghép tham khảo catalog nhà chế tạo.

S L ρ =

(14)

Cáp dây dẫn

CB

Iđm (A) 100 140 200 400 600

X (m) 0.86 0.55 0.28 0.1 0.094

R (m) 1.8 0.74 0.36 0.15 0.12

Cầu dao

Iđm (A) 50 100 200 400 600 1000 1600

R (m) 1.3 0.75 0.6 0.4 0.094 0 0

Tính dòng ngắn mạch lưới hạ thế L

X =

(15)

Máy biến dòng

Tỉ số biến dòng 100/5 150/5 200/5 300/5 400/5 500/5

X (m) 2.7 1.2 0.67 0.3 0.17 0.07

R (m) 1.7 0.75 0.42 0.2 0.17 0.05

Tính dòng ngắn mạch lưới hạ thế

(16)

3 Tính tổng trở từ điểm ngắn mạch nguồn

4.10 Tính tốn ngắn mạch mạng hạ thế

( ) ( ) 2

1 L B 2 1 L B 1

N R R X X

Z = + + +

( ) ( )2

2 L 1 L B 2 2 L 1 L B 2

N R R R X X X

Z = + + + + +

( ) ( )2

3 L 1 L B 2 3 L 1 L B 2

N R R R X X X

(17)

3 Tính dịng điện ngắn mạch điểm N1,N2,N3

4 Tính dịng điện xung kích

Kxk=1.3 máy biến áp 400-2000kVA Kxk= điểm ngắn mạch xa

4.10 Tính tốn ngắn mạch mạng hạ thế

Z U I 1 N 20 1

N = 3

Z U I 2 N 20 2

N = 3

Z U I 3 N 20 3

N = 3

I K

2

(18)

Nếu động nằm cách điểm ngắn mạch 5-7m, dịng ngắn mạch động gây ra

Dịng điện xung kích

Trị hiệu dụng dịng điện xung kích

Tính dịng ngắn mạch lưới hạ Ảnh hưởng động cơ

2 xk

Ni

xki = I 1 + 2(K - 1)

I ) 9 , 0 + ( 2 = I X I K

i '' đmĐC

d Ni xk xki 2 , 0 = ; 9 , 0

= I X

X

i '' đmĐC d''

d ĐC

(19)

Ví dụ

Tính dòng điện ngắn mạch ba pha điểm N1,N2 Giả thiết điện trở hệ thống thiết bị bảo vệ, đo lường không đáng kể

(20)

21

Tính tốn dịng điện ngắn mạch khơng đối xứng

 Trong lưới hạ áp, tính dịng điện ngắn mạch pha theo

công thức sau

 Z tổng trở phần tử từ điểm ngắn mạch trở nguồn (khi xét dòng chạm vỏ sơ đồ TN bao gồm dây pha dây PE , khơng bao gồm MBA)

Tính dòng ngắn mạch lưới hạ thế

Σ MBA ha -ha p ) 1 ( 1 N Z + 3 Z U = I 2 B 0 B 2 B 1 2 B 0 B 2 B 1

MBA = (R + R + R ) + (X + X + X )

(21)

Sơ đồ đấu dây MBA

Sơ đồ thay

(22)

(d)

(e)

(f)

Sơ đồ đấu dây MBA Sơ đồ thay thuận- nghịch

(23)

Sơ đồ đấu dây MBA Sơ đồ thay thuận- nghịch

(24)

25

Tính tốn dịng điện ngắn mạch N (1) min

 Dùng để chọn kiểm tra thiết bị bảo vệ tự động hóa.  Dựa vào phương pháp thành phần đối xứng: hệ

thống vector không đối xứng mơ tả bằng: thứ tự thuận, thứ tự nghịch thứ tự không (1,2,0)

 Sức điện động nguồn có thứ tự thuận

 Trong mạng hạ tính ngắn mạch N (1) theo phương

pháp gần :

ZU I P_N -Σ N -P ) 1 ( N = 0 = R ; 3 o X + d X' 2 =

XMPĐ MPĐ

3 R + R 2 = R ; 3 o X + X 2 =

X 1 MBA 1 0

(25)

Mục R (m) X (m) Z (m) ISC (kA)

Máy phát Ra X’ d

Mạch 22,5L/S 0,08xL

Tổng R X 2 2

X +

R 2 2 đm

X + R

(26)

Máy phát điện:

Ra = 0 X’d

%=30%=0,3

Mạch cáp :

R=Ra+Rc = 0+18,75 = 18,75m

X=X’d+Xc = 108+8 = 116m

IN (3) = 1,965kA (rms) (trị hiệu

(27)

Tính giá trị tối thiểu dòng ngắn mạch pha-đất

Mục R (m) X (m) Z (m) IN(1)(kA)

Máy phát Ra Mạch

Tổng R X

3 o X + d X' 2 ( ) Sph m + 1 L 5 ,

22 0,08 × L × 2

2 2 + X

R 2 2

X + R Vn × 95 , 0 Ω m 88 = 3 1 × ) 06 , 0 × 380 400 + 108 × 2 ( = Xa 2 ( ) Ω m 89 , 50 = 120 70 / 120 + 1 × 100 × 5 , 22 = Rc Ω m 8 , 115 = 104 + 89 , 50 = X + R =

Z 2 2 2 2

kA 81 , 1 = 8 , 115 220 × 95 , 0 = tính) (pha/trung

(28)

máy biến áp : RB = 3,55m

mạch

Xc = 0,08 x 100 x = 16m

- ứng dụng phương pháp tổng trở R = RB + Rc = 3,55 + 50,89 = 54,44m

X = XB + Xc = 12,6 +16 = 28,6m

Tổng tổng trở:

Ω m 55 , 3 = 630000 400 8700 = R Ω m 6 . 12 = 630000 400 100 5 = S U 100 % u = X = X 2 2 B 2 đm 2 đm N 1 B ( ) Ω m 89 , 50 = 120 70 / 120 + 1 × 100 × 5 , 22 = Rc Ω m 34 , 61 = 26 , 28 + 44 , 54 = X + R =

Z 2 2 2 2

kA 41 , 3 = 34 , 61 220 × 95 , 0 = tính) (pha/trung

(29)

Nếu động nằm cách điểm ngắn mạch 5-7m, dịng ngắn mạch động gây ra

Khi dịng điện xung kích

Trị hiệu dụng dịng điện xung kích

Ảnh hưởng động cơ

2 , 0 = X ; I X 9 , 0 =

I " đm-ĐC "d d ĐC -N 2 xk i -N i

-xk = I 1 + 2(K 1)

I -) I X 9 , 0 + I K ( 2 =

i " đm-ĐC

d xk

i

(30)

31

Tính dịng NM 3pha 1 pha vị trí trên hình vẽ trường hợp

( a) :nguồn là MBA

(31)

 Các chế độ khơng bình thường :  Tăng dòng tải

 Tăng dòng khởi động tự khởi động động cơ  Sự cố ngắn mạch

Sự cố gây hư hỏng cách điện, tiếp điểm phần tử lưới

điện nguy hiểm người vận hành.

Bảo vệ ngắn mạch tải bắt buộc tải lưới điện

hạ áp

Các thiết bị bảo vệ: cầu chì, máy cắt tự động (CB)

Yêu cầu thiết bị bảo vệ phải cắt nhanh phần bị cố khỏi

lưới đồng thời phải đảm bảo tính chọn lọc

Dịng điện định mức cầu chì CB phải lựa chọn có giá

trị nhỏ nhất, không tác động động khởi động quá tải ngắn hạn

b.Bảo vệ lưới điện hạ áp

(32)

CB hiệu chỉnh được

(33)

CB khơng hiệu chỉnh được

Dịng Icu

(34)

4.6 Chọn thiết bị bảo vệ

1 Chọn CB hạ Các điều kiện chọn CB

+ Điện áp định mức: UđmCB ≥ Uđmlưới

+ Dòng điện định mức: IđmCB ≥ Itt (đối với tủ)

+ Dòng điện định mức: IđmCB ≥ Iđm (đối với thiết bị) + Icắtđm ≥ (dòng ngắn mạch pha max qua CB ) + Itt ≤ Ir (dòng cắt nhiệt ) ≤ Khc Icp : phối hợp bảo vệ chống tải dây dẫn

+ Iđn ≤ Im (dòng cắt từ ) ≤ INmin = Ichạm vỏ=

35

) 3 ( N

I

(35)

4.6 Chọn thiết bị bảo bệ

Các trường hợp chọn CB

+ IđmCB < 100 A: sử dụng CB không hiệu chỉnh,hoặc dùng Trip Unit không chỉnh (Fixed)

+ IđmCB > 100 A: sử dụng CB hiệu chỉnh được, dùng Trip Unit chỉnh

(36)

(37)

(38)

(39)

Chỉnh giá trị cho Trip Unit

+ Trip Unit thuộc loại từ nhiệt (TM -Thermal magnetic)

Chỉnh Kr → Ir = Kr x IđmTripUnit Chỉnh Km → Im = Km x IđmTripUnit

+ Trip Unit thuộc loại điện tử (Electronic )

Chỉnh K0 ,Kr → Ir = K0 x Kr x IđmTripUnit Chỉnh Km → Im = Km x Ir

40

I = I

I I

) hay (

(40)

Ví dụ chọn CB nhánh nối từ máy biến áp đến tủ phân phối chính

Itt (A)

Icp.Khc (A)

I(3)

N(A)

Loại CB Loại trip unit

Trip Unit

Icu (kA) I(1)

N(A) Kr Ir(A) Km Im(A)

1178,2461187,01

22215

NS1250

(41)

(42)

Chọn CB cho tuyến đường dây

•Dịng điện tính tốn : Itt = 292,37(A) •Dịng điện đỉnh nhọn : Iđn = 492,37(A) •Icpdd.Khcdd = 531x0,64 = 339,84(A)

Điều kiện chọn CB: Điều kiện :

In > Itt ↔ In > 292.37(A) Uđm(CB) ≥ UHT ↔ Uđm(CB) ≥ 400(V) Icu > INM(max) ↔ Icu > 15.69(KA)

(43)

Điều kiện : Kiểm tra chọn Trip Unit

•Itt < Ir < Icpdd.Khcdd ↔ 292.37(A) < Ir < 339.84(A) •Iđn < Im < INM(min) ↔ 492.37(A) < Im < 13750(A)

Thông số CB chọn:

•Compact CB : NS400N, 4P, Schneider •In = 400(A)

•Uđm = 690V (50Hz)

•Icu = 50(KA) tương ứng với U = 380/415V (50/60Hz) •Bộ Trip Unit STR23SE (electronic)

(44)

(45)

Kiểm tra điều kiện chỉnh định Trip Unit

 292.37(A) < Ir < 339.84(A)  292.37(A) < Ko.Kr.In < 339.84(A)

 0,73 < Ko.Kr < 0,85

•Chỉnh: Ko = 0,8 ; Kr = ;  Ir = Ko.Kr.In = 0,8.1.400 = 320(A)

292.37(A) < 320(A) < 339.84(A) Thỏa

Chỉnh dòng ngưỡng cắt từ bảo vệ chống ngắn mạch

Đk: 492.37(A) < Im < 13750(A) 492.37(A) < Isd < 13750(A) 492.37(A) < Ksd.Ir < 13750(A)

1,54 < Ksd < 42,96

Chỉnh: Ksd = 5,  Isd = Ksd.Ir = 5x320 = 1600(A) 492,37(A) < 1600(A) < 13750(A) Thỏa

400 84 , 339 < < 400 37 , 292 K

K0 r

(46)

Chọn CB nhánh nối đến thiết bị tủ động lực

IN(3)TỦĐỘNGLỰC

= 19.547(A)

Tên thiết bị L (m) IN (1)(A) I

tt (A) Imm (A)

Icp x Khc (A)

CB

Loại Curve Iđm

(A)

Icu (kA)

3 x Motor băng tải 14,00 3 370,26 17,09 39,88 21 C60L B 20 25

2 x Máy sấy 19,00 1 540,25 10,64 10,64 17 C60L B 16 25

2 x Máy sấy 14,60 1 935,11 10,64 10,64 17 C60L B 16 25

2 x Máy sấy 10,20 2 585,72 10,64 10,64 17 C60L B 16 25

2 x Máy sấy 14,60 1 935,11 10,64 10,64 17 C60L B 16 25

2 x Máy sấy 19,00 1 540,25 10,64 10,64 17 C60L B 16 25

3xQuạt công

nghiệp 15,10 1 270,42 8,55 19,94 12 C60L B 10 25

3xQuạt công

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

 Dùng để bảo vệ tải ngắn

mạch Khi dòng điện lớn định mức, dây chì nóng chảy ngắt mạch điện.

Đặc tính, thơng số cầu chì

 Điện áp định mức – điện áp

làm việc lâu dài CC

 Dòng điện định mức – dòng

điện CC chịu đựng thời gian dài mà khơng chảy.

 Dịng điện chảy dịng điện

đó dây chì bị chảy khơng làm hư hỏng vỏ cầu chì.

 Đặc tính bảo vệ - phụ thuộc

thời gian ngắt vào dòng điện ngắt

(52)

Ưu điểm:

 Cấu tạo đơn giản.  Thời gian tác động

nhanh

 Giá thành thấp

Nhược điểm:

 Chỉ ngắt dòng

khá lớn so với dịng định mức dây chì, khơng đảm bảo tính chọn lọc

 Khi cầu chì ngắt có

thể gây áp

 Có thể bị ngắt pha

(khi pha không đều)

(53)

(54)

Một số cầu chì – cầu dao

(55)

(56)

Dây dẫn có dịng Icp (Iz) cung cấp điện cho tải có dịng I tt (Ib)và bảo vệ cầu chì có dịng định mức IđmCC (In) Icp xác định :

IđmCC > Itt

Dịng chảy cầu chì I2  1.6 IđmCC

Bảo vệ chống tải cho dây dẫn : I2 1.45 Icpdd

Dây dẫn cần chọn : I > 1.1 I

Standard IEC 60364

(57)

Ví dụ

Cáp pha XPLE khay cáp có mạch kề : Một cáp pha (mạch 1)

3 cáp lõi (mạch 2)

6 cáp lõi (mạch 3)làm thành hai dây / pha

Vậy có mạch pha kề Nhiệt độ mơi trường 40°C

Chọn cầu chì IđmCC> Itt = 23 A ; IđmCC = 25 A and Icpdd = 31 A ,tuy nhiên Khc=0,68 Dòng cho phép có hiệu chỉnh 23/ 0,68 = 33,8 (A) , chọn Icpdd = 42 A , dây dẫn có tiết diện mm2

Dòng pha 23 A

Hệ số hiệu chỉnh theo cách dây gồm K1, K2 , K3 K1 = 1, K2 = 0.75, K3 = 0.91

(58)

Lựa chọn cầu chì cho động cơ

Cầu chì phải bảo vệ động khỏi ngắn

mạch tải, không ngắt khi động khởi động bình thường

KmmCC hệ số tải ngắn hạn cầu chì

Khởi động nhẹ (tkd<10s: bơm, quạt) Kmm_CC =2.5 Khởi động nặng, nhiều lần (tkd>10s: băng tải, thiết bị nâng hạ) KmmCC =1.6 -

Đối với máy hàn K =1.6

tt max

lv

đmCC I = I

I ≥

KImmCC mm

≥

đmCC

(59)

 Số bậc bảo vệ không 3-4 bậc

 Đảm bảo bảo vệ tác động vị trí cố

 Đảm bảo chọn lọc theo dòng điện thời gian

Xây dựng sơ đồ chọn lọc hệ thống bảo vệ

Lựa chọn vị trí lắp đặt bảo vệ Thiết bị bảo vệ phải đặt vị trí cho

 Khơng bị tác động hư hỏng khí

 An tồn cho người vận hành sử dụng

Bảo vệ phải thiết lập điểm:

 Tiết diện dây dẫn thay đổi  Tại điểm yêu cầu chọn lọc

 Nếu thiết bị cần bảo vệ nơi khó tiếp cận, đặt bảo vệ

(60)

(61)

(62)