Hiện tượng ngắn mạch

6.1.1 Khái niệm về ngắn mạch: Ngắn mạch là hiện tượng mạch điện bị chập lại ở một điểm nào đó làm cho tổng trở mạch nhỏ đi, dòng điện trong mạch sẽ tăng cao đột ngột và điện áp giảm xuống. Việc dòng điện tăng cao quá mức sẽ gây các hậu quả nghiêm trọng:  Xuất hiện lực điện động lớn có khả năng phá hủy kết cấu của các thiết bị điện, tiếp tục gây chạm chập cháy nổ.  Làm nhiệt độ tăng cao phá hủy các đặc tính cách điện, việc này lại tiếp tục gây ra các ngắn mạch khác. Hình Error! No text of specified style in document..1. Đồ thị biến thiên dòng điện trong quá trình quá độ. Nếu không nhanh chóng cô lập vùng ngắn mạch thì hệ thống chuyển sang chế độ ngắn mạch duy trì. Dòng điện ngắn mạch theo thời gian có thể phân tích thành 2 thành phần: chu kỳ và không chu kỳ.      N ck kcki t i t i t  (Error! No text of specified style in document.-1) Trong đó, thành phần không chu kỳ sẽ tắt sau một thời gian chỉ còn lại thành phần chu kỳ. i”: dòng điện siêu quá độ ban đầu, * * "i E x    Trong đó: *E  : sức điện động siêu quá độ tương đương trong đơn vị tương đối. *x  : điện kháng tổng hợp trong đơn vị tương đối. Ickm: biên độ của thành phần chu kỳ, "2.ckmI i ixk: là dòng ngắn mạch tại t=T/2, do đó: 0,01 . . . 2. "xk Tackm ckm xk ckm xki I I e k I k i      Trong đó: 0,011 Taxkk e    gọi là hệ số xung kích, với .xTa w r là hằng số thời gian. Thông thường hệ số xung kích được tra từ các bảng theo tỷ số x r của mạch, vị trí ngắn mạch và các đặc trưng của mạch điện. Trung bình có thể lấy giá trị như sau:  Ngắn mạch tại thanh góp điện áp máy phát hoặc đầu cao áp của máy biến áp tăng: kxk = 1,9.  Ngắn mạch ở các thiết bị cao áp xa máy phát: kxk = 1,8.  Ngắn mạch phía thứ cấp của các trạm hạ áp (S<1000kVA): kxk = 1,3. Đối với động cơ không đồng bộ, độ suy giảm của các thành phần dòng chu kỳ và tự do do nó cung cấp cho điểm ngắn mạch là gần như nhau, có thể lấy:  Động cơ cở lớn : kxkĐ = 1,8.  Động cơ cở 100÷200kW: kxkĐ = 1,5÷1,6.  Động cơ cở bé và phụ tải tổng hợp: kxkĐ = 1. 6.1.2 Phân loại ngắn mạch: Có nhiều dạng ngắn mạch: ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 2 pha chạm đất, ngắn mạch 1 pha chạm đấttrong đó ngắn mạch 3 pha là nguy hiểm nhất. Bảng Error! No text of specified style in document.-1. Tóm tắt các loại ngắn mạch Thông tường các dạng ngắn mạch phải được cô lập khỏi hệ thống. Riêng trong lưới trung áp 35, 10, 6kV là lưới có trung tính cách điện thì dòng ngắn mạch 1 pha nhỏ và người ta cho phép tiếp tục vận hành 2 giờ kể từ khi ngắn mạch, nếu sau 2 giờ nếu không phát hiện và khắc phục được sự cố thì mới cắt điện. Sự cố này được phát hiện nhờ máy biến áp ba pha tam giác 6.1.3 Mục đích và yêu cầu của tính toán ngắn mạch: Khi thiết kế và vận hành các hệ thống điện, nhằm giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật yêu cầu tiến hành hàng loạt các tính toán sơ bộ, trong đó có tính toán ngắn mạch. Tính toán ngắn mạch thường là những tính toán dòng, áp lúc xảy ra ngắn mạch tại một số điểm hay một số nhánh của sơ đồ đang xét. Tùy thuộc mục đích tính toán mà các đại lượng trên có thể được tính ở một thời điểm nào đó hay diễn biến của chúng trong suốt cả quá trình quá độ. Những tính toán như vậy cần thiết để giải quyết các vấn đề sau:  So sánh, đánh giá, chọn lựa sơ đồ nối điện.  Chọn các khí cụ, dây dẫn, thiết bị điện.  Thiết kế và chỉnh định các loại bảo vệ.  Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng... Trong hệ thống điện phức tạp, việc tính toán ngắn mạch một cách chính xác rất khó khăn. Do vậy tùy thuộc yêu cầu tính toán mà trong thực tế thường dùng các phương pháp thực nghiệm, gần đúng với các điều kiện đầu khác nhau để tính toán ngắn mạch. Chẳng hạn để tính chọn máy cắt điện, theo điều kiện làm việc của nó khi ngắn mạch cần phải xác định dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có. Muốn vậy, người ta giả thiết rằng ngắn mạch xảy ra lúc hệ thống điện có số lượng máy phát làm việc nhiều nhất, dạng ngắn mạch gây nên dòng lớn nhất, ngắn mạch là trực tiếp, ngắn mạch xảy ra ngay tại đầu cực máy cắt Để giải quyết các vấn đề liên quan đến việc chọn lựa và chỉnh định thiết bị bảo vệ rơle thường phải tìm dòng ngắn mạch nhỏ nhất, lúc ấy tất nhiên cần phải sử dụng những điều kiện tính toán hoàn toàn khác với những điều kiện nêu trên.