Tài liệu Ngắn mạch trong hệ thống điện (7)

1 Chương 7:NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG I. Khái niệm chung: Ngoài ngắn mạch 3 pha đối xứng, trong hệ thống điện còn có thể xảy ra ngắn mạch không đối xứng bao gồm các dạng ngắn mạch 1 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 2 pha chạm đất. Khi đó hệ thống véctơ dòng, áp 3 pha không còn đối xứng nữa. Đối với máy phát, khi trong cuộn dây stato có dòng không đối xứng sẽ xuất hiện từ trường đập mạch, từ đó sinh ra một loạt sóng hài bậc cao cảm ứng giữa rôto và stato: sóng bậc lẽ ở stato sẽ cảm ứng sang rôto sóng bậc chẵn và ngược lại. Biên độ các sóng này phụ thuộc vào sự đối xứng của rôto, rôto càng đối xứng thì biên độ các sóng càng bé. Do đó thực tế đối với máy phát turbine hơi và turbine nước có các cuộn cản dọc trục và ngang trục, các sóng hài bậc cao có biên độ rất nhỏ, có thể bỏ qua và trong tính toán ngắn mạch ta chỉ xét đến sóng tần số cơ bản. Tính toán ngắn mạch không đối xứng một cách trực tiếp bằng các hệ phương trình vi phân dựa trên những định luật Kirchoff và Ohm rất phức tạp, do đó người ta thường dùng phương pháp thành phần đối xứng. Nội dung của phương pháp này là chuyển một ngắn mạch không đối xứng thành ngắn mạch 3 pha đối xứng giả tưởng rồi dùng các phương pháp đã biết để giải nó. II. Phương pháp thành phần đối xứng: Phương pháp này dựa trên nguyên tắc Fortesene - Stokvis. Một hệ thống 3 véctơ . . . Fa , Fb , Fc không đối xứng bất kỳ (hình 7.1) có thể phân tích thành 3 hệ thống véctơ đối xứng: . . . . . . . . . - Hệ thống véctơ thứ tự thuận : Fa1 , Fb1 , Fc1 - Hệ thống véctơ thứ tự nghịch: Fa 2 , Fb 2 , Fc 2 - Hệ thống véctơ thứ tự không : Fa0 , Fb0 , Fc0 Theo điều kiện phân tích ta có: . . . . . . . . . . . Fa = Fa1 + Fa 2 + Fa0 Fb = Fb1 + Fb 2 + Fb0 . Fc = Fc1 + Fc 2 + Fc0 2 Hình 7.1 o Dùng toán tử pha a = ej120 ta có: ⎡ F. ⎤ ⎡ ⎢ . a ⎥ ⎢1 ⎢ Fb ⎥ = ⎢1 ⎢. ⎥ ⎢ ⎢ Fc ⎥ ⎢1 ⎣ ⎦ ⎣ ⎡. ⎤ 1 1 ⎤⎥ ⎢ F0 ⎥ . a2 a ⎥ ⎢ Fa1 ⎥ ⎥ ⎢. ⎥ a a2 ⎥ ⎢ Fa2 ⎥ ⎦⎣ ⎦ và ngược lại: ⎡ F. ⎤ ⎡ ⎢ . 0 ⎥ 1 ⎢1 ⎢ Fa1 ⎥ = ⎢1 ⎢ . ⎥ 3⎢ ⎢ Fa2 ⎥ ⎢⎣1 ⎣ ⎦ . . . ⎡. ⎤ 1 1 ⎤⎥ ⎢ Fa ⎥ . a a 2 ⎥ ⎢ Fb ⎥ ⎥ ⎢. ⎥ a2 a ⎥ ⎢ Fc ⎥ ⎦⎣ ⎦ . Khi Fa + Fb + Fc = 3 F0 = 0 thì hệ thống 3 véctơ là cân bằng. Hệ số không cân bằng: b0 = F0/F1 Hệ số không đối xứng: b2 = F2/F1 Hệ thống véctơ thứ tự thuận và thứ thự nghịch là đối xứng và cân bằng, hệ thống véctơ thứ tự không là đối xứng và không cân bằng. Một vài tính chất của các thành phần đối xứng trong hệ thống điện 3 pha: Trong mạch 3 pha - 3 dây, hệ thống dòng điện dây là cân bằng. Dòng đi trong đất (hay trong dây trung tính) bằng tổng hình học dòng các pha, do đó băng 3 lần dòng thứ tự không. H Hệ thống điện áp dây không có thành phần thứ tự không. H Giữa điện áp dây và điện áp pha của các thành phần thứ tự thuận và thứ thự U d1 = 3U f 1 ; U d2 = 3U f 2 nghịch cũng có quan hệ 3: H Có thể lọc được các thành phần thứ tự. H H 3 III. Các phương trình cơ bản của thành phần đối xứng: Quan hệ giữa các đại lượng dòng, áp, tổng trở của các thành phần đối xứng cũng tuân theo định luật Ohm: . . . . . . U1 = j.I 1 . X 1 U 2 = j. I 2 . X 2 U 0 = j I 0.X 0 trong đó: X1, X2, X0 - điện kháng thứ tự thuận, nghịch và không của mạch. Khi ngắn mạch không đối xứng ta xem tình trạng mạch như là xếp chồng của các mạch tương ứng với các thành phần đối xứng tuân theo những phương trình cơ bản sau: . . . U N1 = E Σ −. j I N1 . X 1Σ . . . . U N 2 = 0 −. j I N 2 . X 2Σ U N 0 = 0 − j I N 0 . X 0Σ trong đó: UN1, UN2, UN0, IN1, IN2, IN0 - các thành phần thứ tự của dòng và áp tại điểm ngắn mạch. Nhiệm vụ tính toán ngắn mạch không đối xứng là tính được các thành phần đối xứng từ các phương trình cơ bản và điều kiện ngắn mạch, từ đó tìm ra các đại lượng toàn phần. IV. Các tham số thành phần thứ tự của các phần tử: Tham số của các phần tử là đặc trưng cho phản ứng khi có dòng, áp qua chúng. Do đó tham số thành phần thứ tự của các phần tử là phản ứng khi có hệ thống dòng, áp thứ tự thuận, nghịch và không tác dụng lên chúng. - Tham số thứ tự thuận của các phần tử là các tham số trong chế độ đối xứng bình thường đã biết. - Đối với những phần tử có ngẫu hợp từ đứng yên như máy biến áp, đường dây ... thì điện kháng không phụ thuộc vào thứ tự pha, tức là điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch giống nhau (X2 = X1). Đối với những phần tử có ngẫu hợp từ quay thì X2 ≠ X1. Điện kháng thứ tự không thì nói chung là X0 ≠ X2, X1, trừ trường hợp mạch không có ngẫu hợp từ thì X0 = X2 = X1. IV.1. Máy điện đồng bộ: - Điện kháng thứ tự nghịch X2 là phản ứng của máy điện do dòng thứ tự nghịch tạo từ trường quay ngược với vận tốc 2ω so với rôto. Trị số của X2 tùy thuộc độ đối xứng của máy điện, thường ghi trong lý lịch máy. Trong tính toán gần đúng có thể lấy: • Máy điện không cuộn cản: X2 = 1,45x’d • Máy điện có cuộn cản: X2 = 1,22x”d - Điện kháng thứ tự không Xo đặc trưng cho từ thông tản của dòng thứ tự không: Xo = (0,15 ÷ 0,6)x”d X1 thay đổi trong quá trình ngắn mạch nhưng X2 và Xo nếu không xét đến bảo hòa thì có thể xem là không đổi. Tính toán gần đúng có thể lấy giá trị trung bình trong bảng 7.1. 4 Bảng 7.1: LOạI MÁY ĐIệN Máy phát turbine hơi < 200MW Máy phát turbine hơi ≥ 200MW Máy phát turbine nước có cuộn cản Máy phát turbine nước không cuộn cản Máy bù và động cơ đồng bộ cỡ lớn X2 0,15 0,22 0,25 0,45 0,24 XO 0,05 0,05 0,07 0,07 0,08 IV.2. Phụ tải tổng hợp: Phụ tải tổng hợp chủ yếu là động cơ không đồng bộ nên có thể lấy một động cơ không đồng bộ đẳng trị thay thế cho toàn bộ phụ tải để tính toán. - Điện kháng thứ tự nghịch X2 ứng với từ thông thứ tự nghịch có độ trượt (2-s), lúc s=1 (tức động cơ bị hãm) thì X2 bé nhất, đó là trường hợp nguy hiểm nhất được tính toán trong thực tế: X2 = X2(s=1) = XN trong đó: XN - điện kháng ngắn mạch của động cơ với X*N = 1/I*mm Tính toán gần đúng lấy: X2 = X” = 0,35 - Hầu hết các động cơ có trung tính cách điện với đất nên không có dòng thứ tự không đi qua chúng. Do vậy không cần tìm Xo của các động cơ (tức Xo ≈ ∞). IV.3. Kháng điện: Kháng điện là phần tử đứng yên, liên lạc về từ yếu nên: Xo ≈ X1 = X2 IV.4. Máy biến áp: Máy biến áp có X1 = X2, còn Xo phụ thuộc vào tổ nối dây. Tổ nối dây ∆ chỉ có thể cho dòng thứ thự không chạy quẩn trong cuộn dây mà không ra ngoài lưới điện. Tổ nối dây Y cho dòng thứ thự không đi qua cuộn dây chỉ khi trung tính nối đất. H Nối Yo /∆ :(hình 7.2) xµo >> xII Xo = xI + xII =X1 Hình 7.2 H Nối Yo / Yo :(hình 7.3) Xo tùy thuộc vào chế độ làm việc của điểm trung tính lưới điện. 5 Hình 7.3 H Nối Yo / Y :(hình 7.4) Xo = xI + xµo Hình 7.4 Đối với máy biến áp 2 cuộn dây gồm 3 máy biến áp 1 pha hoặc đối với máy biến áp 3 pha 4 trụ hay 5 trụ thì xµo = ∞, đối với máy biến áp 3 pha 3 trụ thì xµo = 0,3 ÷ 1. Đối với máy biến áp 3 cuộn dây thường có 1 cuộn dây nối ∆ vì vậy có thể bỏ qua xµo H Nối Yo /∆ /Y :(hình 7.5) Xo = xI + xII Hình 7.5 Nối Yo /∆ /Yo :(hình 7.6) Xo tùy thuộc vào chế độ làm việc của điểm trung tính lưới điện. H Hình 7.6 H Nối Yo /∆ /∆ :(hình 7.7) Xo = xI + (xII // xIII) 6 Hình 7.7 IV.5. Đường dây: IV.5.1. Đường dây trên không: X2 = X1 Xo phụ thuộc đường đi của dòng thứ thự không, nghĩa là phụ thuộc vào sự phân bố của chúng trong đất, trong dây trung tính, trong những mạch nối đất song song (dây chống sét). Hỗ cảm giữa các pha làm giảm X1, X2 nhưng làm tăng Xo. - Đối với đường dây đơn 3 pha (1 lộ): Xo > X1 - Đối với đường dây kép 3 pha (2 lộ), X’o của một lộ lớn hơn điện kháng thứ tự không Xo của đường dây đơn 3 pha do có hỗ cảm giữa 2 mạch song song: X’o = Xo + XI-IIo trong đó: XI-IIo - điện kháng thứ tự không hỗ cảm giữa 2 lộ. Điện kháng tương đương của 1 pha đường dây kép là: X’’o = X’o/2 = (Xo + XI-IIo)/2 - Anh hưởng của dây chống sét: Dây chống sét thường được nối đất ở mỗi cột tạo thành những mạch vòng kín cho dòng cảm ứng đi qua khi có dòng thứ tự không trong các pha (đối với dòng thứ tự thuận và dòng thứ tự nghịch không có cảm ứng vì tổng từ thông móc vòng do chúng tạo nên bằng không). Chính hỗ cảm giữa dây chống sét và các pha làm giảm Xo của đường dây, hỗ cảm này phụ thuộc vào vật liệu, số lượng và sự bố trí của dây chống sét. Trong tính toán gần đúng có thể lấy trị số trung bình trong bảng 7.2. Bảng 7.2: z z TÍNH CHấT ĐƯờNG DÂY Đường dây đơn không có dây chống sét Đường dây đơn có dây chống sét bằng thép Đường dây đơn có dây chống sét dẫn điện tốt Đường dây kép không có dây chống sét Đường dây kép có dây chống sét bằng thép Đường dây kép có dây chống sét dẫn điện tốt Tỷ Số Xo/X1 3,5 3 2 5,5 4,7 3 7 IV.5.1. Đường dây cáp: Võ cáp thường được nối đất ở 2 đầu và nhiều điểm trung gian (hộp nối cáp), do đó tạo thành đường đi đối với dòng thứ tự không, võ cáp có ảnh hưởng tương tự như dây chống sét của đường dây trên không. Giá trị ro, Xo của dây cáp thay đổi trong phạm vi rộng. Trong tính toán gần đúng, với cáp 3 lõi có thể xem: ro ≈ 10r1 Xo ≈ (3,5 ÷ 4,6)X1 V. Sơ đồ Các thành phần thứ tự: V.1. Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch: Sơ đồ thứ tự thuận là sơ đồ dùng để tính toán ở chế độ đối xứng. Tùy thuộc vào phương pháp và thời điểm tính toán, các máy phát và các phần tử khác được thay thế bằng sức điện động và điện kháng tương ứng. Sơ đồ thứ tự nghịch và sơ đồ thứ tự thuận có cấu trúc tương tự nhau vì đường đi của dòng thứ tự nghịch và dòng thứ tự thuận là như nhau. Điểm khác biệt của sơ đồ thứ tự nghịch so với sơ đồ thứ tự thuận là: - các nguồn sức điện động bằng không. - các điện kháng thứ tự nghịch không thay đổi, không phụ thuộc vào dạng ngắn mạch và thời điểm tính toán. Ta gọi: Điểm đầu của sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch là điểm nối tất cả các trung tính máy phát và phụ tải, đó là điểm có thế điện bằng không. Điểm cuối của sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch là điểm sự cố. Điện áp giữa điểm cuối và điểm đầu của sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch tương ứng là điện áp ngắn mạch thứ tự thuận và thứ tự nghịch. z z z V.2. Sơ đồ thứ tự không: Đường đi của dòng thứ tự không rất khác với dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch. Sơ đồ thứ tự không phụ thuộc rất nhiều vào cách nối dây của máy biến áp và chế độ nối đất điểm trung tính của hệ thống điện. Muốn thành lập sơ đồ thứ tự không cần bắt đầu từ điểm ngắn mạch, coi rằng cả 3 pha tại điểm đó nhập chung và có điện áp là UNo. Sơ đồ thứ tự không chỉ bao gồm các phần tử mà dòng thứ tự không có thể đi qua. Tổng trở nối đất các điểm trung tính cần nhân 3, vì sơ đồ thứ tự không được lập cho 1 pha trong khi qua tổng trở nối đất có dòng thứ tự không của cả 3 pha. VI. Tính toán các dạng ngắn mạch cơ bản: Qui ước: - Coi pha A là pha đặc biệt (ở trong điều kiện khác 2 pha còn lại). - Xét ngắn mạch ngay tại đầu nhánh rẽ của phần tử và chiều dương của dòng điện là từ các pha đến điểm ngắn mạch. Theo điều kiện phân tích hệ thống véctơ không đối xứng, ta đã có: 8 ⎡I. ⎤ ⎡ ⎢ . NA ⎥ ⎢1 ⎢ I NB ⎥ = ⎢1 ⎢. ⎥ ⎢ ⎢ I NC ⎥ ⎢1 ⎣ ⎦ ⎣ ⎡. ⎤ 1 1 ⎤⎥ ⎢I N 0 ⎥ . a2 a ⎥ ⎢I NA1 ⎥ ⎥ ⎥ ⎢. a a2 ⎥ ⎢I NA 2 ⎥ ⎦⎣ ⎦ ⎡I. ⎤ ⎡ ⎢ . N 0 ⎥ 1 ⎢1 ⎢I NA1 ⎥ = ⎢1 ⎢. ⎥ 3⎢ I NA 2 ⎢ ⎥ ⎢⎣1 ⎣ ⎦ và ⎡. ⎤ 1 1 ⎤⎥ ⎢I NA ⎥ . a a2 ⎥ ⎢I NB ⎥ ⎥ ⎢. ⎥ a2 a ⎥ ⎢I NC ⎥ ⎦⎣ ⎦ và các phương trình cơ bản: . . . (7.1) . (7.2) . (7.3) U NA 1 = E A Σ − j I NA 1 . X 1Σ . U NA 2 = 0 . U N0 = 0 − j I NA 2 . X 2Σ − j I N 0 . X 0Σ VI.1. Ngắn mạch 2 pha: Xét ngắn mạch giữa 2 pha B, C (hình 7.8). Điều kiện ngắn mạch là: . I NA . I NB =0 (7.4) . = − I NC . (7.5) . U NB = U NC (7.6) Thay vào các phương trình thứ tự: ⎡ U. ⎤ ⎡1 1 1 ⎤ ⎡ U. NA ⎤ N0 ⎢. ⎥ ⎥ ⎢ ⎥⎢. ⎢ U NA1 ⎥ = 1 ⎢1 a a2 ⎥ ⎢ U NB ⎥ ⎢. ⎥ 3⎢ ⎥ ⎥⎢. 2 a a 1 U NB ⎢ U NA 2 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎤ ⎡I. ⎤ ⎤⎡ ⎡ ⎢ . N 0 ⎥ 1 ⎢1 1 1 ⎥ ⎢ . 0 ⎥ ⎢I NA1 ⎥ = ⎢1 a a2 ⎥ ⎢ I NB ⎥ ⎥ 3⎢ ⎢. ⎥⎢ . ⎥ 2 ⎢I NA 2 ⎥ ⎢⎣1 a a ⎥⎦ ⎢⎣− I NB ⎥⎦ ⎦ ⎣ Hình 7.8 ⇒ . . U NA1 = U NA 2 . ⇒ I N0 = 0 (7.8) . . I NA1 = − I NA 2 Giải các phương trình từ (7.1) đến (7.9) ta có: . . . . EA Σ − j I NA1 . X 1Σ = 0 − j I NA 2 . X 2Σ = 0 + j I NA1 . X 2Σ Như vậy: . . I NA 1 EA Σ = j( X 1Σ + X 2Σ ) (7.7) (7.9) 9 . . . I NB = − I NC = − j 3 I NA 1 . . . U NA 1 = U NA 2 = j I NA 1 . X 2Σ . . U NA = 2 U NA 1 . U N0 = 0 ; . . . U NB = U NC = − U NA 1 ; Hình 7.9 VI.2. Ngắn mạch 1 pha: Xét ngắn mạch 1 pha ở pha A (hình 7.10). Điều kiện ngắn mạch là: . I NB =0 (7.10) . =0 (7.11) I NC . U NA = 0 (7.12) Thay vào phương trình thứ tự dòng: ⎤ ⎡I. ⎡1 1 1 ⎤ ⎡I. NA ⎤ N0 ⎥ ⎥ 1⎢ ⎢. ⎥⎢ ⎢I NA1 ⎥ = ⎢1 a a2 ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⎥ ⎥ 3⎢ ⎢. ⎥⎢ 2 a a 1 0 ⎥ ⎢ ⎢I NA 2 ⎥ ⎥⎦ ⎢⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ Từ phương trình thứ tự áp ta có: . . Hình 7.10 ⇒ . . . . 1. I N 0 = I NA 1 = I NA 2 = I NA 3 . U NA = U NA 1 + U NA 2 + U N 0 = 0 Và từ các phương trình cơ bản (7.1) ÷ (7.3) ta có: . . EA Σ − j I NA 1 ( X 1Σ + X 2Σ + X 0Σ ) = 0 Như vậy: . . I NA 1 = j( X 1Σ EA Σ + X 2Σ + X 0Σ ) (7.13) 10 . . . U N 0 = − jX 0Σ I N 0 = − jX 0Σ I NA 1 . . . ; . . . . U NA 2 = − jX 2Σ I NA 2 = -jX 2Σ I NA 1 U NA 1 = − ( U N 0 + U NA 2 ) = j I NA 1 ( X 0Σ + X 2Σ ) Dòng tại chỗ ngắn mạch, cũng là dòng đi qua đất IĐ: . . . I NA = I Â = 3I NA 1 Ap tại chỗ ngắn mạch: . . . . . . . U NB = U N 0 + a2 U NA 1 + aU NA 2 = j[( a2 − a) X 2Σ + ( a2 − 1) X 0Σ ] I NA 1 . . X = 3 I NA 1 ( X 2Σ − aX 0Σ ) = 3 I NA 1 X 2Σ (1 − a 0Σ ) X 2Σ . . U NC = U N 0 + aU NA 1 + a2 U NA 2 . = − 3 I NA 1 ( X 2Σ − a2X 0Σ ) . = j[( a − a2 ) X 2Σ + ( a − 1) X 0Σ ] I NA 1 . X = − 3 I NA 1 X 2Σ (1 − a2 0Σ ) X 2Σ Hình 7.11 VI.3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất: Xét ngắn mạch 2 pha B, C chạm đất (hình 7.12). Điều kiện ngắn mạch là: . =0 (7.14) U NB = 0 (7.15) I NA . . U NC = 0 (7.16) Thay vào phương trình thứ tự Hình 7.12 áp: ⎡ U. ⎤ ⎡ ⎢ . N 0 ⎥ 1 ⎢1 ⎢ U NA1 ⎥ = ⎢1 ⎢. ⎥ 3⎢ U NA 2 ⎢ ⎥ ⎢⎣1 ⎣ ⎦ ⎡. ⎤ 1 1 ⎤⎥ ⎢ U NA ⎥ . . . 1 . a a2 ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⇒ U N 0 = U NA1 = U NA 2 = U NA 3 ⎥ ⎥⎢ a2 a ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⎦⎣ ⎦ . . . . Từ (7.14) ta có: I NA = I NA 1 + I NA 2 + I N 0 = 0 Và từ các phương trình cơ bản (7.1) ÷ (7.3) ta có: . . jX 2Σ I NA 2 = jX 0Σ I N 0 (7.17) 11 . . I N 0 = − I NA 1 ( Như vậy: X 2Σ ) X 0Σ + X 2Σ . . X 0Σ ) X 0Σ + X 2Σ . X 2Σ ) X 0Σ X 0Σ + X 2Σ I NA 2 = − I NA 1 ( ; Từ các phương trình cơ bản và (7.17) ta có: . . . . . U NA 1 = EA Σ − j I NA 1 X 1Σ = U N 0 = − j I N 0 X 0Σ = j I NA 1 ( . EA Σ X 2Σ X 0Σ ) + X 2Σ + X 0Σ . I NA 1 = Do đó: j( X 1Σ Dòng tại chỗ ngắn mạch: . I NB = ( a 2 − X 2Σ + aX 0Σ . ) I NA 1 X 2Σ + X 0Σ . . ; . I NC = ( a − X 2Σ + a 2X 0Σ . ) I NA 1 X 2Σ + X 0Σ X 2Σ X 0Σ + X 2Σ . X 2Σ X 0Σ = 3j I NA 1 X 0Σ + X 2Σ . I Â = 3I N 0 = −3I NA 1 Dòng đi qua đất IĐ là: . . Áp tại điểm ngắn mạch: U NA = 3U NA 1 Hình 7.13 Bảng 7.3: TÓM TẮT BIỂU THỨC ĐỐI VỚI CÁC DẠNG NGẮN MẠCH Dạng NM (2) N Dòng . I NA 1 . EA Σ = j( X 1Σ + X 2Σ ) . I NA 2 = − I NA 1 ; (1) N . . I NA 1 = . Áp . j( X 1Σ . . . . U NA 1 = jX 2Σ I NA 1 . . . U NA 2 = U NA 1 ; U N 0 = 0 I N0 = 0 EA Σ + X 2Σ + X 0Σ ) I NA 2 = I N 0 = I NA 1 . . . U NA 1 = j( X 2Σ + X 0Σ ) I NA 1 . . . U NA 1 + U NA 2 + U N 0 = 0 12 (1,1) N . . I NA 1 = j( X 1Σ . . EA Σ X 2Σ X 0Σ + ) X 2Σ + X 0Σ . . . . U NA 1 = j I NA 1 ( X 2Σ X 0Σ ) X 0Σ + X 2Σ . U NA 2 = U N 0 = U NA 1 . I NA 1 + I NA 2 + I N 0 = 0 VII. Qui tắc đăng trị thứ tự thuận: Qua bảng 7.3 thấy rằng các thành phần đối xứng của dòng và áp tỷ lệ với dòng thứ tự thuận ở chỗ ngắn mạch, do vậy nhiệm vụ tính toán một dạng ngắn mạch không đối xứng bất kỳ trước hết là tìm dòng thứ tự thuận ở chỗ ngắn mạch. Để tính toán người ta đưa ra qui tắc đẳng trị thứ tự thuận như sau: “ Dòng thứ tự thuận của một dạng ngắn mạch không đối xứng bất kỳ được tính như là dòng ngắn mạch 3 pha ở một điểm xa hơn điểm ngắn mạch thực sự một điện kháng phụ X∆(n). Trị số của X∆(n) không phụ thuộc vào tham số của sơ đồ thứ tự thuận mà chỉ phụ thuộc vào X2Σ và XoΣ.” . ( n) I NA 1 . EA Σ = j( X 1Σ + X (∆n) ) ( n) . ( n) . ( n) U NA 1 = jX ∆ . I NA 1 ( n) . ( n) . ( n) I N = m . I NA 1 trong đó, m(n), X∆(n) tùy thuộc vào dạng ngắn mạch được tính theo bảng 7.4. Bảng 7.4: Dạng NM (n) 3 pha 2 pha 1 pha 2 pha - đất (3) (2) (1) (1,1) m(n) X∆(n) 0 X2Σ X2Σ + XoΣ X 2Σ X 0Σ X 2Σ + X 0Σ 1 3 3 3 1− X 2Σ X 0Σ ( X 2Σ + X 0Σ ) 2 Như vậy các phương pháp tính toán, công thức sử dụng cho ngắn mạch 3 pha đối xứng đều có thể dùng để tính toán thành phần thứ tự thuận của một dạng ngắn mạch không đối xứng bất kỳ. VIII. Sơ đồ thay thế phức hợp: Sơ đồ thay thế phức hợp là sơ đồ trong đó bao gồm các sơ đồ thứ tự nối với nhau thỏa mãn điều kiện quan hệ giữa các thành phần dòng điện và điện áp tại điểm ngắn mạch. Dòng thứ tự tại điểm ngắn mạch hay trong một phần tử nào đó là dòng trong sơ đồ thứ tự tương ứng. Ap thứ tự là hiệu thế giữa điểm đang xét và điểm đầu của sơ đồ thứ tự tương ứng. 13 H Ngắn mạch 2 pha: . . U NA 1 = U NA 2 . . . I NA 1 = − I NA 2 EA Σ = j( X 1Σ + X 2Σ ) Hình 7.14 Hình 7.16 Hình 7.15 H Ngắn mạch 2 pha - đất: H Ngắn mạch 1 pha: . . . . . . U NA 1 + U NA 2 + U N 0 = 0 U NA 1 = U NA 2 = U N 0 . I NA 1 = − ( I NA 2 + I N 0 ) . . I NA 1 = I NA 2 = I N 0 . . . . = j( X 1Σ EA Σ + X 2Σ + X 0Σ ) . = j( X 1Σ EA Σ X 2Σ X 0Σ ) + X 2Σ + X 0Σ Sơ đồ phức hợp rất thuận tiện khi cần nghiên cứu các thành phần dòng và áp tại một phần tử hoặc một nhánh nào đó, nhất là khi dùng mô hình tính toán, vì nó cho phép đo trực tiếp kết quả ngay trên mô hình. 14 IX. Sử dụng phương pháp đường cong tính toán: Bằng qui tắc đẳng trị thứ tự thuận ta có thể sử dụng đường cong tính toán để tìm dòng thứ tự thuận của một dạng ngắn mạch bất kỳ và từ đó tính được dòng ngắn mạch. IX.1. Dùng một biến đổi: Lập các sơ đồ thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không; tính X1Σ, X2Σ, XoΣ của sơ đồ đối với điểm ngắn mạch tính toán trong đơn vị tương đối với các lượng cơ bản Scb, Ucb = Utb. (n) z Tính điện kháng phụ X∆ tùy theo dạng ngắn mạch và từ đó tìm được điện kháng tính toán X*tt: z X * tt = ( X 1Σ + X (∆n) ) SâmΣ Scb trong đó: SđmΣ - tổng công suất định mức của tất cả các máy phát có trong sơ đồ. z Tra đường cong tính toán tại thời điểm t cần xét tương ứng với điện kháng tính toán X*tt để có dòng thứ tự thuận I(n)*N1t. z Tính dòng ngắn mạch toàn phần trong đơn vị có tên: I (Ntn) = m( n) .I *( nN)1t .I âmΣ trong đó: IđmΣ - dòng định mức tổng tương ứng với cấp điện áp cần tính dòng ngắn mạch. IX.2. Dùng nhiều biến đổi: z Lập các sơ đồ thứ tự nghịch, thứ tự không để tính X2Σ, XoΣ của sơ đồ đối với điểm ngắn mạch trong đơn vị tương đối với các lượng cơ bản Scb, Ucb = Utb. (n) z Tính điện kháng phụ X∆ tùy theo dạng ngắn mạch. (n) z Lập sơ đồ thứ tự thuận và đặt thêm điện kháng phụ X∆ vào điểm ngắn mạch, xem như ngắn mạch 3 pha sau điện kháng này. z Dùng các phép biến đổi, tách riêng từng nhánh đối với điểm ngắn mạch giả tưởng để tính điện kháng XΣi của từng nhánh. z Tính điện kháng tính toán của từng nhánh: X * tti = X Σi SâmΣi Scb trong đó: SđmΣi - tổng công suất định mức của các máy phát ghép chung trong nhánh thứ i. z Tra đường cong tính toán tại thời điểm t cần xét tương ứng với điện kháng tính toán X*tti để có dòng thứ tự thuận I(n)*N1ti của nhánh thứ i. z Tính dòng ngắn mạch toàn phần trong đơn vị có tên: k I (Ntn) = m( n) ∑ I *( nN)1ti .I âmΣi i =1 trong đó: k - số nhánh tách riêng của sơ đồ thay thế. IđmΣi - dòng định mức tổng của nhánh thứ i tương ứng với cấp điện áp cần tính dòng ngắn mạch. 15 MỘT SỐ ĐIỂM LƯU Ý: - Nếu có hệ thống công suất vô cùng lớn thì phải tách nó thành một nhánh riêng, sau khi thêm X∆(n) dùng các phép biến đổi để tính điện kháng tương hổ giữa hệ thống và điểm ngắn mạch X*HN và tính riêng dòng do hệ thống cung cấp: I (Nn1)H = I cb X * HN n) I (NH = m( n) I (Nn1)H - Vì phương pháp đường cong tính toán sử dụng cách tính gần đúng nên có thể xem X2Σ ≈ X1Σ mà không cần lập sơ đồ thứ tự nghịch. - Do cách điểm ngắn mạch giả tưởng thêm một điện kháng phụ X∆(n) nên sự khác biệt giữa các nguồn ít hơn. Vì vậy thường dùng 1 hoặc 2 biến đổi chung là đảm bảo đủ độ chính xác yêu cầu, chỉ tách riêng những nhánh cần thiết. X. Sự biến đổi của dòng và áp qua máy biến áp: Qua máy biến áp, dòng và áp thay đổi cả về trị số lẫn góc pha. Thường tổ nối dây của máy biến áp được gọi theo chỉ số của kim đồng hồ: . . ( U a , U A ) = γ = 30o . N trong đó: N - chỉ số của kim đồng hồ. Như vậy có thể sử dụng hệ số biến đổi phức: . UA . k1 = . o = k.ej γ = k.ej 30 .N Ua với k = UA U = âmI là tỷ số biến áp không tải. U a U âmII k1 chính là hệ số biến đổi của điện áp thứ tự thuận vì nó được xác định trong chế độ bình thường, đối xứng. . . k1 = U A1 . . ⇒ U a1 = U a1 1 . k1 . U A1 = o 1 . U A1.e− j 30 .N k Từ đó ta có biểu thức biến đổi dòng thứ tự thuận dựa vào quan hệ: . ∧ ∧ ∧ ∧ . . . U A1 . U A1 I A1 = U a1 I a1 ⇒ I a1 = . I A1 = k1 I A1 U a1 ∧ . . . . o I a1 = k1.I A1 = k.I A1.e− j 30 .N . hay: . ∧ . . Dòng và áp thứ tự thuận biến đổi qua máy biến áp với cùng một góc pha như nhau (hình 7.17). z 16 Hình 7.17 Hình 7.18 Tương tự, dòng và áp thứ tự nghịch biến đổi qua máy biến áp cũng với cùng một góc pha (hình 7.18) của hệ số biến đổi phức k2 liên hiệp với k1. z ∧ . o k 2 = k1 = k.e− j 30 .N . o 1 . 1 . U a2 = . U A 2 = U A 2.ej 30 .N k k . 2 ∧ . . o I a2 = k 2.I A 2 = k.I A 2.ej 30 .N . . Dòng và áp thứ tự không biến đổi qua máy biến áp (nếu có thể được) hoặc cùng pha hoặc lệch pha nhau 180o. z Xét một số trường hợp sau: - Trường hợp máy biến áp nối Y/Y-12 hay∆ /∆-12 (tức N=12), các véctơ dòng và áp ở 2 phía trùng pha nhau, nghĩa là hệ thống véctơ xem như không lệch pha khi biến đổi qua máy biến áp. Khi N=6, hệ thống véctơ ở 2 phía của máy biến áp sẽ lệch nhau 180o. Đối với máy biến áp nối Yo/Yo cần tính đến sự biến đổi của thành phần dòng và áp thứ tự không. - Trường hợp thông dụng nhất máy biến áp nối Y/∆-11, khi biến đổi từ phía Y qua phía ∆ thì hệ thống véctơ thứ tự thuận sẽ quay một góc 30o ngược chiều kim đồng hồ. z Một số lưu ý: - Dòng trong cuộn dây nối ∆ của máy biến áp có thể có thành phần thứ tự không, nhưng dòng dây và áp dây không có thành phần này. - Trong hệ đơn vị tương đối thì tỷ số biến áp k = 1, do đó hệ thống véctơ ở 2 phía của máy biến áp có độ lớn bằng nhau, chỉ khác nhau về góc pha. z