Bài giảng Ngắn mạch trong hệ thống điện - Đại học Điện lực

ệ thống. Tuy nhiên, vẫn phải xét đến ngắn mạch duy trì để 
đánh giá trạng thái ngắn mạch năng nề và phát nhiệt của thiết 
bị trong tình trạng sự cố kéo dài. 
Quá độ điện từ 44
3.2 Máy phát điện trong trạng thái ngắn mạch duy trì:
- Dưới tác động của bộ tự động điều chỉnh kích từ (TĐK), 
có 02 trường hợp xảy ra cần phân biết:
+ Ngắn mạch ở xa máy phát, TĐK vẫn giữ được được điện 
áp đầu cực máy phát ở trị số định mức.
+ Ngắn mạch ở gần máy phát, TĐK tăng dòng điện kích từ 
đến trị số giới hạn trong khi điện áp đầu cực máy phát vẫn 
thấp hơn giá trị định mức.
- Khi tính toán ngắn mạch duy trì, sơ đồ tương đương của 
các trạng thái nói trên được xác định như sau: 
Quá độ điện từ 45
+ Trong trường hợp đầu máy phát được xem như là một 
thanh cái có điện áp không đổi (U = Uđm) mà không cần quan 
tâm đến điện kháng và suất điện động bên trong.
+ Trong trường hợp sau, máy phát được xem như một suất 
điện động Eqgh nối tiếp một điện kháng đồng bộ Xd. 
3.3 Tính toán dòng điện ngắn mạch duy trì khi máy phát 
không có TĐK:
- Khi không có bộ TĐK thì suất điện động của máy phát 
trước và sau thời điểm ngắn mạch là không thay đổi (do 
dòng kích từ If không đổi), có thể xác định được qua công 
thức:
2
00
2
0 ).sin.()cos.( dq XIUUE ++= ϕϕ
Quá độ điện từ 46
Trong đó: U0, I0, cosφ – trị số điện áp, dòng điện và hệ số
công suất của máy phát ở trạng thái xác lập trước khi xảy ra 
sự cố.
- Sơ đồ biến đổi tương đương của máy phát chỉ đơn giản là
suất điện động Eq và điện kháng Xd. Như vậy thực chất của 
việc tính toán ngắn mạch duy trì ở đây chỉ là giải mạch điện 
tuyến tính thông thường. 
3.4 Tính dòng điện ngắn mạch duy trì xét đến ảnh hưởng của 
TĐK: 
- Lúc đầu ngắn mạch ở xa nguồn phát, Xng lớn, máy phát làm 
việc ở trạng thái định mức. Khi Xng giảm dần (điểm ngắn 
mạch càng gần nguồn phát) độ sụt áp trên Xd trong máy phát 
tăng lên, để giữ điện áp đầu cực không đổi TĐK tăng dòng 
kích từ - tăng suất điện động Eq.
Quá độ điện từ 47
- Đến khi Xng = Xth (điện kháng tới hạn) nào đó thì Eng = Eqgh, đó
là trạng thái tới hạn, nếu Xng giảm nữa thì điện áp đầu cực sẽ
thấp hơn định mức mà không điều chỉnh được nữa.
- Ta có thể kết luận khi có ngắn mạch duy trì: 
gh
ngd
qgh
N
dm
qghq
thng
I
XX
E
I
UU
EE
XX
>+=
<
=
<
gh
ng
dm
N
dm
qghq
thng
I
X
UI
UU
EE
XX
<=
=
<
>
Trạng thái kích từ giới hạn
(ngắn mạch gần)
Trạng thái điện áp định mức
(ngắn mạch ở xa)
Quá độ điện từ 48
3.5 Ảnh hưởng của phụ tải đến dòng điện ngắn mạch 3 pha 
duy trì: 
- Trong tình trạng ngắn mạch duy trì phụ tải có ảnh hưởng 
đáng kể đến trị số của dòng điện ngắn mạch. Phụ tải càng 
lớn thì ở chế độ trước khi xảy ra sự cố dòng điện kích từ
của máy phát càng phải cao để giữ điện áp, các sđđ sẽ có trị
số lớn làm tăng dòng điện ngắn mạch. 
- Mặt khác, phụ tải có ảnh hưởng đến phân bố của dòng điện 
ngắn mạch: các nhánh phụ tải song song với điện kháng 
ngắn mạch nên nó làm tăng dòng điện ngắn mạch trong 
nguồn và làm giảm dòng điện ngắn mạch tổng tại nơi xảy ra 
ngắn mạch.
Quá độ điện từ 49
- Ngoài ra cũng nhận thấy rằng ảnh hưởng của phụ tải nhiều 
hay ít còn phụ thuộc vào vị trí ngắn mạch, ngắn mạch càng 
xa nguồn thì ảnh hưởng của phụ tải càng lớn còn ngắn 
mạch càng gần nguồn thì ảnh hưởng của phụ tải càng ít. 
- Do ảnh hưởng đáng kể của phụ tải nên khi tính toán ngắn 
mạch duy trì không bỏ qua được sơ đồ phụ tải, tuy nhiên để 
đơn giản trong quá trình tính toán bằng tay ta có thể thay 
thế gần đúng phụ tải bằng tổng trở thuần kháng .
Quá độ điện từ 50
Chương 4: Quá trình quá độ điện từ và các thông số của máy 
phát điện khi ngắn mạch ba pha 
4.1 Vấn đề tính toán dòng điện ngắn mạch quá độ:
Việc xác định được biên độ (hay trị số hiệu dụng) thành phần 
chu kỳ của dòng điện ngắn mạch có ý nghĩa quan trọng 
trong các ứng dụng thực tế, các lý do:
- Từ trị số biên độ của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn 
mạch có thể đánh giá hầu hết các ảnh hưởng của dòng 
điện ngắn mạch (tác dụng nhiệt, tác dụng lực cơ khí lớn 
nhất, ) đến các thiết bị điện và dây dẫn, tính toán độ
nhạy của bảo vệ relay 
Quá độ điện từ 51
- Thành phần chu kỳ tương đối xác định trong trong các trường 
hợp tính toán còn trị số tức thời thì mang tính ngẫu nhiên, bất 
định chỉ có thể xác định được cho một số trường hợp điển 
hình.
- Tính toán trị số tức thời của dòng điện ngắn mạch rất phức 
tạp, thực chất là phân tích quá trình quá độ điện từ trong 
mạng điện 03 pha có số lượng lớn các phần tử. 
Trong khi đó, để tính biên độ của thành phần dòng điện ngắn 
mạch chu kỳ có thể áp dụng các phương pháp đơn giản hơn, 
tuy nhiên cơ sở của các phương pháp này xuất phát từ việc 
phân tích quá trình quá độ điện từ.
Quá độ điện từ 52
Chương 6: NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG 
6.1 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, 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. 
Quá độ điện từ 53
- 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. 
Quá độ điện từ 54
6.2 Phương pháp thành phần đối xứng:
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc Fortesene - Stokvis. Một 
hệ thống 3 véctơ không đối xứng bất kỳ (hình vẽ) 
có thể phân tích thành 3 hệ thống véctơ đối xứng: 
⇔
Quá độ điện từ 55
- Hệ thống véctơ thứ tự thuận : 
- Hệ thống véctơ thứ tự nghịch: 
- Hệ thống véctơ thứ tự không : 
Theo điều kiện phân tích ta có: 
Quá độ điện từ 56
Quá độ điện từ 57
6.3 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 bằng 3 lần dòng thứ tự không. 
- Hệ thống điện áp dây không có thành phần thứ tự không. 
- Giữa điện áp dây và điện áp pha của các thành phần thứ tự
thuận và thứ thự nghịch cũng có quan hệ: 
- Có thể lọc được các thành phần thứ tự.
Quá độ điện từ 58
6.4 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: 
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: 
Quá độ điện từ 59
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. 
Quá độ điện từ 60
6.5 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. 
Quá độ điện từ 61
- 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. 
Quá độ điện từ 62
6.6 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
Quá độ điện từ 63
• Điện kháng thứ tự không X0 đặc trưng cho từ thông tản của 
dòng thứ tự không: X0 = (0,15 ÷ 0,6)x”d
- X1 thay đổi trong quá trình ngắn mạch, nhưng X2 và X0 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: 
LOẠI MÁY ĐIỆN X2 XO
Máy phát turbine hơi < 200MW 0,15 0,05 
Máy phát turbine hơi ≥ 200MW 0,22 0,05 
Máy phát turbine nước có cuộn cản 0,25 0,07 
Máy phát turbine nước không cuộn cản 0,45 0,07 
Máy bù và động cơ đồng bộ cỡ lớn 0,24 0,08 
Quá độ điện từ 64
6.7 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 được lấy gần đúng: 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 X0
của các động cơ (tức X0 ≈ ∞).
6.8 Kháng điện: Kháng điện là phần tử đứng yên, liên lạc về từ
yếu nên: X0 ≈ X1 = X2
Quá độ điện từ 65
6.9 Máy biến áp:
- Máy biến áp có X1 = X2, còn X0 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. 
Quá độ điện từ 66
™ Nối Yo /Yo :
Quá độ điện từ 67
Quá độ điện từ 68
™ Nối Yo /Δ :
Quá độ điện từ 69
Quá độ điện từ 70