Đồ án Trang thiết bị tàu dầu 6500t – đi sâu tính toán ngắn mạch trạm phát điện

ng cho tàu 6500T. - Phân chia tải tác dụng ở chế độ bằng tay: Máy phát số 2 đang công tác trên lưới. Ta hòa máy phát số 1 lên lưới thì sau đó ta tiến hành phân chia tải cho 2 máy phát. Giả sử công suất tác dụng của máy phát số 2 lớn hơn công suất tác dụng của máy phát số 1. Khi đó ta xoay tay gạt GS11(S12) theo chiều “RAISE” để tăng lượng dầu vào Diesel lai máy phát số 1, đồng thời xoay tay gạt GS21(S12) theo chiều “LOWER” để giảm lượng dầu vào Diesel lai máy phát số 2, cho đến khi kim chỉ của hai đồng hồ đo công suất W11 và W21 bằng nhau thì dừng lại. - Phân chia tải tác dụng ở chế độ tự động: Hệ thống thực hiện việc phân chia tải tự động qua các bộ T4800. Giả sử máy phát số 2 đang công tác trên lưới thì tín hiệu áp và tín hiệu dòng của máy phát số 2 được đưa vào bộ T4800 của máy phát số 2. Điện áp và dòng của máy phát số 1 cũng được đưa vào bộ T4800 của máy phát 1. Thông qua tín hiệu dòng của hai máy phát các bộ T4800 sẽ phân chia tải cho hai máy phát bằng việc đưa tín hiệu ở đầu ra 14, 15, 16. Khi máy phát số 1 mới đóng lên lưới thì tín hiêu dòng tải nhỏ, bộ T4800 sẽ đưa tín hiệu ở đầu ra 14 để đóng tiếp điểm T4800(14-15)(S23). Trước đó tay gạt GS11(S23) đang ở vị trí GOV hay vị trí giữa nên GS11(5-6) = 1, cấp nguồn cho rơle 165L để đưa thêm nhiên liệu vào cho động cơ lai máy phát số 1. 60 Tín hiệu dòng tải của máy phát số 2 lớn nên bộ T4800 của máy phát 2 sẽ đưa tín hiệu ra ở đầu ra 16(S23) để đóng tiếp điểm T4800(15-16)(S23). Trước đó GS12(5-6)(S23) = 1, cấp nguồn cho rơle 265L(S23) để giảm bớt nhiên liệu vào cho động cơ lai máy phát số 2. Khi tín hiệu dòng tải của hai máy phát bằng nhau thì tín hiệu ở đầu ra 14 của bộ T4800 của máy phát số 1 và tín hiệu ở đầu ra 16 của bộ T4800 của máy phát số 2 mất tín hiệu để dừng thay đổi mức nhiên liệu vào hai động cơ lai của hai máy phát. Quan sát trên đồng hồ công suất W11 và W12 thấy chỉ công suất bằng nhau. b. Phân chia tải vô công cho các máy phát khi công tác song song. *Khái niệm chung. Tải phản tác dụng được quan niệm đó là tải phản tác dụng mang tính chất cảm kháng và tải phản tác dụng mang tính chất dung kháng.Ta chỉ quan tâm đến tải mang tính cảm kháng. Việc thực hiện phân bố tải vô công được thực hiện nhờ thay đổi dòng kích từ và hoạt động của bộ tự động điều chỉnh điện áp. Theo quy định của đăng kiểm thì sự chênh lệch tải vô công giữa hai máy phát không được vượt quá 10% công suất vô công định mức của máy lớn nhất. Khi các máy công tác song song nếu nhận tải vô công không đều sẽ dẫn đến hậu quả sau : - Máy này nhận toàn bộ tải vô công của máy kia dẫn đến cắt một máy ra khỏi mạng do quá tải - Hiệu suất sử dụng máy có tải vô công lớn sẽ rất thấp. - Tăng tổn hao giữa các cuộn dây vì luôn có dòng cân bằng chạy trong hai máy. Để thực hiện phân bố tải vô công cho các máy phát công tác song song thực tế áp dụng những cách sau : 1/. Điều khiển đặc tính ngoài của máy phát. 2/.Tự điều chỉnh phân bố tải vô công. 3/.Nối dây cân bằng. *Điều chỉnh phân chia tải vô công bằng phương pháp điều khiển đặc tính ngoài . Độ nghiêng của đặc tính ngoài máy phát là yếu tố quyết định đến phân bố tải vô công khi công tác song song. Mặc dù các máy phát được chế tạo cùng một sêri, cùng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp nhưng chúng ta vẫn không thể có được đặc tính ngoài của chúng giống hệt nhau. Hình 3.10: Phân bố tải vô công cho máy phát 1 và 2. 61 Để có thể điều chỉnh được độ nghiêng của đặc tính ngoài (độ hữu sai) các nhà chế tạo đã đưa vào hệ thống tự động điều chỉnh điện áp một khối mà thông qua nó điều chỉnh được độ nghiêng phụ thuộc vào mức độ tải vô công. Tín hiệu mức độ tải vô công được lấy từ dòng kích từ hoặc thông qua dòng tải của máy phát. Phương pháp điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát bằng cách lấy tín hiệu từ dòng kích từ của máy phát ít được sử dụng vì dải điều chỉnh không lớn. Điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát bằng cách lấy tín hiệu từ dòng tải của máy phát : Đây là phương pháp được ứng dụng rất nhiều trên tàu thuỷ hiện nay. TU RUSU TITTI TPI TTIR. TPIR. RSU VU Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý và đồ thị vec tơ lấy tín hiệu từ dòng tải của máy phát. Ta có : RV UUU  RS Thành phần điện áp ITT.R làm thay đổi điện áp tổng đưa đến phần tử so sánh là rất bé. Còn điện áp rơi trên R do thành phần vô công (ITP.R) làm thay đổi điện áp tổng đưa đến phần tử so sánh ở mức độ lớn. Do đó ta có: U = U0 – (URS + ITP.R) Từ kết quả tính U ta thấy độ nghiêng của đặc tính ngoài phụ thuộc vào thành phần tải vô công. Như vậy muốn thay đổi độ nghiêng của đặc tính với cùng chỉ số dòng ITP ta chỉ việc điều chỉnh biến trở R. * Phương pháp tự điều chỉnh phân bố tải vô công: Khi ứng dụng phương pháp điều chỉnh đặc tính ngoài thường gặp phải một số hạn chế như trong lắp đặt, sửa chữa, thử nghiệm cần phải khảo sát, đo đạc để chỉnh độ nghiêng của đặc tính. Mặt khác một số thông số của hệ thống bị thay đổi do tác động của các yếu tố bên ngoài từ môi trường nhất là nhiệt độ và độ ẩm. Dẫn đến độ nghiêng đặc tính ngoài các máy phát lại lệch nhau. Hạn chế trên đã được khắc phục nhờ ứng 62 dụng phương pháp tự điều chỉnh phân bố tải vô công ( hình 3.12).Phương pháp này chủ yếu dựa trên tín hiệu phân bố tải vô công không đều giữa các máy phát công tác song song. Tín hiệu điện áp URS cộng hình học với dòng pha T đưa đến cầu chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Toàn bộ điện áp một chiều được đặt trên điện trở R6. U6 = ( Kn.URS + Rz.sin ).Kp Trong đó : Kn : hệ số truyền đạt của biến áp. Kp : hệ số truyền đạt của biến dòng Các phần tử R5, R6, X3 của các máy phát đều có thông số giống nhau. Nếu hai máy phát chịu tải vô công đều nhau thì điện áp đặt trên điện trở R6 là như nhau vì vậy không có dòng điện chạy trong mạch và điện trở R5. Nếu một trong hai máy nhận tải vô công nhiều hơn thì điện áp đặt trên R6 máy đó sẽ lớn hơn, trong mạch xuất hiện dòng cân bằng và có điện áp rơi trên các điện trở R5, điện áp này được đưa đến bộ tự động điều chỉnh điện áp của các máy phát như là một tín hiệu làm thay đổi dòn kích từ của các máy phát theo hướng cân bằng điện áp rơi trên R6, tức là cân bằng tải vô công giữa các máy phát. Cuộn cảm X3 để san phẳng dòng cân bằng để không gây nhiễu cho các khối tao xung. Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý tự điều chỉnh phân bố tải vô công.. * Phương pháp phân bố tải vô công bằng cách nối dây cân bằng : Hai phương pháp giới thiệu ở trên không thể áp dụng được cho những máy phát có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp phức hợp pha đơn thuần. Do vậy để thực hiện phân bố tải vô công cho các máy phát loại này ta áp dụng phương pháp nối dây cân bằng. Khi nối như vậy ta tạo được sự đồng thời thay đổi dòng kích từ của các máy phát công tác song song với nhau và điện áp trên cuộn kích từ là luôn luôn bằng nhau. 63 a/. Nối dây cân bằng phía một chiều : Để nối dây cân bằng phía một chiều để thực hiện việc phân bố tải vô công cần có các điều kiện sau: -Đặc tính từ hóa của hai máy phát phải giống nhau. -Điện áp kích từ của hai máy phát phải bằng nhau. Nối dây cân bằng phía một chiều tức là nối song song các cuộn kích từ của các máy phát với nhau. Khi đấu song song các cuộn kích từ của các máy phát đang công tác song song sẽ khẳng định được sự thay đổi đồng thời dòng kích từ của các máy phát qua đó khẳng định được sự ổn định phân bố tải vô công. Sơ đồ mắc như hình 3.13. Hình 3.13: Sơ đồ nối dây cân bằng phía một chiều. b/.Nối dây cân bằng phía xoay chiều. Khi điện áp kích từ hoặc đặc tính từ hóa của các máy phát khác nhau ta có thể thực hiện nối dây cân bằng. Giả sử hai máy phát có cùng công suất và đang nhận tải tác dụng bằng nhau,tải vô công khác nhau. Máy nào nhận tải vô công nhiều hơn thì dòng tải của nó sẽ lớn hơn, điều đó làm cảm ứng trong cuộn áp sức điện động của hai máy khác nhau và gây ra dòng cân bằng chạy trong các quận áp, dòng này có xu hướng làm 64 giảm dòng kích từ của máy phát mà nhận tải vô công nhiều hơn và làm tăng kích từ của máy phát nhận tải vô công ít hơn. Nối thông qua cuộn cảm như hình 3.14: Hình 3.14: Nối dây cân bằng cho hai máy phát phía xoay chiều. * Phân bố tải vô công trên tàu dầu 6500T. Từ sơ đồ dây của bộ AVR ta thấy hệ thống phân chia tải vô công trên tàu dầu 6500T sử dụng phương pháp điều chỉnh đặc tính ngoài như hình 3.15. 65 Hình 3.15: Sơ đồ dây của bộ tự động điều chỉnh điện áp 3.3.5. Báo động và bảo vệ cho trạm phát điện. a. Khái niệm chung. Trong quá trình vận hành và khai thác hệ thống điện năng tàu thuỷ luôn có khả năng xảy ra sự cố hoặc hư hỏng, ở mỗi chế độ công tác khác nhau, chính vì vậy ở những hệ thống này phải có thiết bị bảo vệ đặc biệt. Hệ thống nào cũng bao gồm một hoặc nhiều thiết bị bảo vệ riêng biệt. Việc bảo vệ cho trạm phát mang những ý nghĩa quan trọng sau đây: -Tự động ngắt mạch những phần tử có sự cố, tách khỏi những phần tử khác đang hoạt động bình thường. Hình thức bảo vệ này có tác dụng ngăn ngừa những hậu quả tiếp theo có thể đưa đến các phần tử khác. 66 -Tự động ngắn mạch một số phần tử thuộc hệ thống điện năng (như máy phát bị quá tải, tự động ngắt bớt phụ tải,để giảm bớt dòng cho máy phát) và dự báo những chế độ công tác khác với chế độ công tác định mức. -Dòng công tác xấp xỉ hoặc lớn hơn dòng định mức, điện trở cách điện của hệ thống giảm quá mức cho phép … Việc bảo vệ trạm phát phải có những yêu cầu sau: -Bảo vệ phải có tính chọn lọc -Bảo vệ phải có tính tác dụng nhanh -Bảo vệ phải có độ tin cậy -Bảo vệ phải có độ nhạy b. Bảo vệ ngắn mạch và quá dòng. * Lý thuyết chung: Hiện tượng ngắn mạch xảy ra là do các nguyên nhân cơ bản sau đây: - Do hư hỏng các chất cách điện của các phần tử dẫn điện trong các thiết bị dẫn điện khác nhau. Có hiện tượng đó là do già hoá tự nhiên, sự quá áp, sự bảo dưỡng các thiết bị không đúng theo quy trình hoặc do hư hỏng cơ khí. - Do hoạt động nhầm lẫn và vi phạm quy trình khai thác kỹ thuật. Ngắn mạch gây ra những hậu quả rất nghiêm trọng đó là: - Tác động nhiệt của dòng ngắn mạch lớn, có thể gây đốt nóng các phần tử dẫn điện mà nó đi qua đến nhiệt độ vượt quá nhiệt độ cho phép nhiều lần làm cho tiếp điểm của các khí cụ bị cháy, nếu như khí cụ đó không được tính toán để chịu được dòng ngắn mạch đó. - Dòng ngắn mạch lớn chạy qua sẽ làm xuất hiện lực tương hỗ rất lớn giữa các phần dẫn điện của hệ thống điện năng. Lực này sẽ làm hư hỏng các vật liệu cách điện, trụ đỡ, thanh cái hoặc các vật cố định khác. - Dòng ngắn mạch có thể gây ra sụt áp đột ngột rất lớn, làm xấu đi tính năng công tác của các phụ tải, đặc biệt đối với động cơ có thể bị dừng lại (dừng dưới điện). Điều đó hết sức nguy hiểm cho sự an toàn của con tầu. - Nếu dòng ngắn mạch kéo dài mà điểm ngắn mạch gần máy phát thì hết sức nguy hiểm, có thể gây cháy máy phát hay làm mất đồng bộ của các máy phát đang công tác song song. Để bảo vệ ngắn mạch cho máy phát điện người ta có thể sử dụng 3 loại aptomat điển hình sau đây: - Aptomat cổ điển - Aptomat chọn lọc - Aptomat tác động nhanh. Ngoài ra người ta còn phối hợp bảo vệ ngắn mạch giữa aptomat và cầu chì. + Aptomat cổ điển ( đặc tính ampe – giây của aptomat cổ điển ) Hình 3.16: Đặc tính ampe – giây của aptomat cổ điển 67 tk : 10  20s , tb : 0,01  0,03s , Igh : Giới hạn dòng bảo vệ quá tải . Thời gian ngắt mạch khoảng vài ba nửa chu kỳ. Đây là aptomat không sử dụng thêm các phần tử có thể rút ngắn hay kéo dài thời gian hoạt động. Aptomat cổ điển có thể trang bị cho việc bảo vệ quá tải với thời gian trễ và bảo vệ ngắn mạch không có độ trễ. Nếu dòng đi qua aptomat có trị số từ Igh  I2 , nó sẽ hoạt động theo nguyên tắc bảo vệ quá tải. Còn khi dòng từ I2  I3 , cơ cấu bảo vệ ngắn mạch sẽ hoạt động với thời gian t = 0,01  0,03s . + Aptomat chọn lọc ( đặc tính ampe – giây của aptomat chọn lọc được giới thiệu trên hình 1.17 ). Trong cấu trúc của aptomat chọn lọc được lắp đặt thêm phần tử cho phép kéo dài thời gian hoạt động khi bảo vệ ngắn mạch. Với điều kiện công tác trên tầu thuỷ, kéo dài thời gian hoạt động của aptomat với độ trễ ngắn, cao nhất là 0,5s. tz : 0,1  0,3s Hình 3.17: Đặc tính ampe – giây của aptomat chọn lọc Aptomat chọn lọc với phần tử ngắt có độ trễ thời gian ngắn có thể lắp đặt thêm phần tử ngắt có độ trễ thời gian dài hơn để bảo vệ quá tải, hoặc phần tử không có độ trễ để bảo vệ ngắn mạch. Các aptomat như vậy sẽ hoạt động không có độ trễ thời gian nếu có dòng ngắn mạch lớn . Còn nếu dòng ngắn mạch nhỏ thì hoạt động vẫn có độ trễ ngắn. Như vậy trong aptomat có 2 phần tử bảo vệ ngắn mạch. + Aptomat hoạt động nhanh ( đặc tính ampe – giây của aptomat hoạt động nhanh được giới thiệu trên hình 3.18 ). Aptomat hoạt động nhanh được cấu trúc thêm phần tử cho phép rút ngắn thời gian hoạt động của chính bản thân nó. Nó có khả năng đáp ứng hạn chế được trị số dòng ngắn mạch . Aptomat hoạt động nhanh có khả năng hoạt động ngay nửa chu kỳ đầu tiên của dòng ngắn mạch. Ta có thể đặt phần tử hoạt động nhanh để nó hoạt động trước khi xuất hiện dòng xung kích. Như vậy nó có khả năng hạn chế được dòng ngắn mạch. Với dòng 68 ngắn mạch nhỏ hơn dòng ta đặt ở phần tử hoạt động nhanh thì các phần tử khác sẽ hoạt động giống như aptomat cổ điển và aptomat chọn lọc. Hình 3.18: Đặc tính ampe giây của Aptomat hoạt động nhanh Kết hợp aptomat và cầu chì để bảo vệ ngắn mạch ( đặc tính ampe – giây của kết hợp aptomat và cầu chì được giới thiệu trên hình 3.19 ). Khi ứng dụng aptomat cổ điển và aptomat chọn lọc để bảo vệ ngắn mạch cho máy ta nhận thấy rằng: Do trong cấu trúc của hai loại trên không có phần tử cho phép rút ngắn thời gian hoạt động của chúng nên cho dù dòng ngắn mạch lớn đến đâu chăng nữa thì chúng chỉ có khả năng hoạt động với thời gian nhanh nhất là bằng tb = 0,01  0,03s. Điều đó thật bất lợi, vì nếu dòng ngắn mạch I > I3 mà sau thời gian tb mới cắt thì quá chậm và có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho hệ thống. Do vậy ta có thể kết hợp giữa aptomat và cầu chì để bảo vệ ngắn mạch cho những trường hợp ta vừa ví dụ ở trên. Khi kết hợp đúng giữa aptomat và cầu chì sẽ tạo ra được thời gian cắt mạch t < tb vì lúc này cầu chì sẽ được hoạt động trước. Hình 3.19: Đặc tính ampe - giây kết hợp aptomat và cầu chì 1 , 2: Đặc tính của aptomat cổ điển. 3: Đặc tính ampe thời gian của cầu chì. 4: Giới hạn sức bền của phần tử nhiệt. 69 Cầu chì phải được chọn sao cho đặc tính t = f ( I ) của nó phải đi qua điểm b , bằng cách chọn như vậy khi dòng lớn hơn I3 cầu chì sẽ hoạt động bảo vệ trước aptomat. Tất cả các loại aptomat trên đều đáp ứng đủ các yêu cầu quy định của đăng kiểm và cơ quan quy chuẩn thiết bị. Do vậy để bảo vệ cho máy phát là vô cùng quan trọng. Đối với máy phát có thể các loại bảo vệ khác không có nhưng nhất thiết bảo vệ ngắn mạch phải có. * Bảo vệ ngắn mạch cho trạm phát tàu 6500T Hệ thống thực hiện bảo vệ ngắn mạch mạch điều khiển và động lực qua các cầu chì. Việc bảo vệ quá dòng của hệ thống được thực hiện nhờ các aptomat. Mỗi máy phát sẽ có một aptomat để bảo vệ quá dòng. Khi dòng điện tăng bằng 110% dmI của máy phát thì aptomat sẽ cắt máy phát ra khỏi lưới điện trong khoảng thời gian là 20s. Khi dòng đạt 300% dmI của máy phát thì aptomat sẽ cắt máy phát (1947A) ra khỏi lưới điện trong vòng thời gian trễ là 400ms. Khi mức dòng đạt 1200% dmI của máy phát thì aptomat sẽ thực hiện cắt máy phát ra khỏi lưới điện trong khoảng thời gian rất ngắn coi như ngay lập tức. c. Bảo vệ công suất ngược. * Lý thuyết chung: Khi các máy phát công tác song song với nhau hay với ắc qui và các bộ chỉnh lưu,nó có thể trở thành động cơ (máy phát công tác ở chế độ động cơ). Trong chế độ công tác này chiều của công suất sẽ ngược lại với chế độ công tác của máy phát. Máy phát trở thành một phụ tải tiêu thụ năng lượng điện. +Nguyên nhân gây ra công suất ngược: - Do gián đoạn việc cung cấp dầu cho động cơ Diezen hoặc hơi cho tua bin truyền động cho máy phát - Hỏng hóc khớp nối cơ khí giữa động cơ truyền động và máy phát điện. - Đối với máy một chiều còn do sự mất điện áp của máy phát +Hậu quả : -Gây quá tải cho máy phát còn lại có thể dẫn đến cắt toàn bộ máy phát ra khỏi mạng. -Gây quá tốc cho Diezen trong trường hợp chế độ công tác bình thường được phục hồi +Bảo vệ: Có nhiều thiết bị bảo vệ công suất ngược tuy nhiên tất cả đều có điểm chung là nhất thiết phải có phần tử cảm biến với chiều của công suất, phần tử đó gọi là bộ nhạy pha. Trên tàu hiện nay ứng dụng ba loại rơle công suất ngược cảm ứng, rơle công suất ngược bằng bán dẫn và rơle công suất ngược có sử dụng các phần tử vi mạch. *Rơle công suất ngược cảm ứng (UM-149) ( Hình 3.20 ). 1 5 3 2 8 9 IoI oIu BA 4 Iu BD I' I I u u I o o' II oI 0 0 I 180 0- Hình 3.20: Nguyên lí cấu tạo của rơle công suất ngược. 70 +Cấu tạo: Bao gồm : -1,2 là khung từ -4 là cuộn dòng quấn trên khung từ số 1, lấy tín hiệu từ biến dòng(tải của máy phát). -5 là cuộn áp quấn trên khung từ số 2, lấy tín hiệu từ biến áp đo lường. -3 là đĩa hình nhôm,cố định trên hai trụ đỡ, gối đỡ mà quay tròn được. -8 là tiếp điểm gắn với đĩa quay. -9 là tiếp điểm cố định. +Nguyên lí hoạt động: Đĩa nhôm 3 được quay theo một chiều nhất định làm cho tiếp điểm 8 và 9 tiếp xúc nhau. Gọi M1=K. I. u.sin :Máy phát K :là hệ số cấu trúc của thiết bị Khi từ chế độ máy phát chuyển sang chế độ động cơ véc tơ dòng quay đi một góc 1800 và như vậy góc tạo thành giữa véc tơ I’ và U sẽ là 1800- và góc tạo bởi  u và  I’ là 180 0+ . M2=K. I’. u.sin(180 0+ ) :Ở chế độ động cơ =-K. I’. u.sin Từ biểu thức trên khi máy phát công tác ở chế độ động cơ, tức véc tơ dòng quay đi 1800, mô men quay gây trên đĩa nhôm sẽ đổi dấu làm đĩa nhôm quay ngược lại. Để chỉnh định mức bảo vệ công suất ngược thường người ta chỉnh độ lớn của tín hiệu dòng. Giới hạn chỉnh định của rơ le công suất ngược 0 15%. Thời gian bảo vệ được chỉnh định bởi khoảng cách giữa tiếp điểm 8 và 9. Mức công suất ngược bảo vệ thường người ta chỉnh định phụ thuộc vào mô men có khả năng quay được Diezen. +Cách đấu như hình 3.21: Hình 3.21 *Rơ le công suất ngược có biến áp nhạy pha :( Như hình 3.22 ). Rơ le bao gồm có hai bộ phận chính : phần nhạy pha và phần thực hiện. Phần thực hiện bao gồm rơ le phân cực RI và rơ le thời gian RT ; RN là quận cắt của aptomat Bộ nhạy pha bao gồm Biến áp: BA1 và BA2 71 Cuộn 1 thứ cấp BA1 đấu với cuộn 4 thứ cấp BA2 Cuộn 2 thứ cấp BA1 đấu với Cuộn 3 thứ cấp BA2 Nếu máy phát công tác ở chế độ máy phát thì sức điện động ở cuộn 2 và 3 đấu thuận với nhau nên UCL2 >>còn cuộn 1 và 4 đấu ngược nhau nên UCL1 rất nhỏ =>ngược cực nên RI không hoạt động =>không đóng tiếp điểm. Nếu máy phát hoạt động ở chế độ động cơ thì quan hệ góc pha ở BA1 bị thay đổi nên ta có cuộn 2 và 3 đấu ngược và cuộn 1,4 đấu thuận nên U14>U23 tức là UCL1>UCL2. Như vậy điện áp cấp cho RI là dương bên trái,âm bên phải (dấu cộng trừ không trong ngoặc), RI hoạt động đóng tiếp điểm cấp nguồn cho rơ le RT hoạt động. Sau một thời gian RT hoạt động đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn cắt RN. Hình 3.22: Sơ đồ nguyên lí rơ le công suất ngược có biến áp nhạy pha *Rơ le bán dẫn : Hiện nay trên tàu đóng mới hầu như được lắp đặt các loại rơ le công suất ngược bán dẫn,vi mạch đều thực hiện trên nguyên tắc điện tử, có cấu trúc theo sơ đồ khối như sau: Phần tử nhạy pha sẽ cảm biến được chiều của công suất và đưa tín hiệu đến khuyếch đại.Sau khi tín hiệu đã khuyếch đại được đưa đến trigơ. Hình 3.23: Sơ đồ nguyên lí và sơ đồ vecto của rơle bán dẫn. 72 * Bảo vệ công suất ngược cho trạm phát tàu 6500T. Việc bảo vệ công suất ngược cho các máy phát được thực hiện bởi các rơle bảo vệ công suất ngược RPR. Giả sử máy phát số 1 bị công suất ngược thì rơle RPR11(S8) sẽ lấy tín hiệu áp máy phát số 1 qua đường 1137, 1138, 1139(S8) và lấy tín hiệu dòng tải của máy phát số 1 qua biến dòng CT13(S1) và đưa tới chân 23, 24 theo đường 1113, 1114(S8).Khi máy phát số 1 bị công suất ngược thì cuộn dòng trong rơle RPR11 sẽ cảm nhận được sự thay đổi chiều của dòng điện và đưa tín hiệu ra ở chân số 6-7. Lúc này tiếp điểm RPR11(S33) sẽ đóng và cấp nguồn cho rơle 167X.rơle 167X đóng tiếp điểm 167X(S33) để tự duy trì. Tiếp điểm 167X(S14) đóng cấp tín hiệu vào mạch cắt aptomat của máy phát số 1 qua bộ UVTC, qua đó cắt máy phát 1 ra khỏi lưới. Khi ACB-1(S14) cắt thì ACB-1(S13) có điện đóng mạch cấp nguồn cho rơle 188H(S13) vì trước đó SHS11 có điện.Lúc này cấp nguồn cho mạch sấy máy phát 1. Rơle 151PX =1 nó đóng tiếp điểm 151PX(S21) để cấp nguồn cho rơle 51X11(S21). Tiếp điểm 51X11(S36) =1 lúc này đèn L10 sáng báo cắt chọn lọc. Rơle 151QX =1 nó đóng tiếp điểm 151QX(S33) để cấp nguồn cho rơle 1ABTX(S33). Trước đó 167X(S33) cũng đóng. Tiếp điểm 1ABTX(S34) đóng, lúc này đèn 1-6 sáng báo ACB NON CLOSE. Rơle 151 QX =1 nó đóng tiếp điểm 151QX(S34),lúc này đèn 1-3 sáng báo A/01.ACB OVER CURRENT TRIP, đèn 1-4 sáng báo máy phát số 1 bị công suất ngược và đã cắt ra khỏi lưới. d. Bảo vệ quá tải. * Lý thuyết chung Hiện tượng quá tải thường hay xảy ra là do các nguyên nhân sau: - Cắt một hoặc vài máy phát đang công tác song song ra khỏi lưới. - Khởi động trực tiếp các động cơ dị bộ có công suất lớn. - Tự khởi động hoặc gia tốc các động cơ dị bộ sau khi loại trừ các điểm ngắn mạch của hệ thống. - Quá tải của những động cơ có công suất lớn. - Phân chia tải không đều giữa các máy phát công tác song song. Quá tải thường gây ra các hậu quả đó là: - Gây ra sự gia tăng nhiệt, quá nhiệt độ cho phép của các thiết bị mà có dòng quá tải đi qua. Làm già hoá chất cách điện và có thể gây cháy. - Gây cắt máy phát ra khỏi mạng điện làm mất điện toàn tầu. Để tính toán lựa chọn các thiết bị bảo vệ quá tải cho chính xác người ta quy định các mức quá tải là: - Máy phát được tính toán thiết kế để chịu được dòng quá tải trong thời gian tương đối dài. Thường cho phép quá tải đến 1,1Iđm trong thời gian quá 15 phút hoặc dài hơn. - Khi dòng quá tải (1,1  1,5) Iđm thì các thiết bị bảo vệ quá tải phải cắt máy phát với độ trễ thời gian hoạt động đảm bảo nhiệt độ chưa vượt quá nhiệt độ cho phép. - Khi dòng quá tải bằng 1,5Iđm độ trễ thời gian cắt máy phát không quá 2 phút đối với máy phát xoay chiều và không vượt quá 15 giây đối với máy phát một chiều. - Khi dòng tải lớn hơn 1,5Iđm ta coi là dòng ngắn mạch và các thiết bị bảo vệ ngắn mạch phải hoạt động. * Bảo vệ quá tải cho trạm phát tàu 6500T Bảo vệ quá tải cho máy phát được thực hiện nhờ aptomat (ACB) OCR(OVER CURRENT RELAY). 73 Giả sử máy phát số 1 bị quá tải, thì cuộn ngắt của ACB1(S1) có điện. Nó đóng các tiếp điểm (22-25) cấp điện cho rơle 151QX(S33) và tiếp điểm (22-28) cấp điện cho rơle 151PX(S33). Rơle 151QX(S33) =1 → rơle 1ABTX(S33) =1. Rơle 1ABTX có điện cấp nguồn đến bộ (SA-20PSM)(S34) qua chân K5, đầu ra của khối là L5 có điện đèn RL sáng báo máy phát số 1 bị quá tải. Rơle 151PX(S33) =1 → tiếp điểm 151PX(S21) =1 cấp điện cho rơle 51X11 → 51X11(S21) =1. Khi máy phát bị quá tải nhẹ dòng quá tải đến 1,1 dmI thì cấp nguồn cho cuộn ngắt aptomat cắt PF2-14 ( bơm tuần hoàn nước nóng ) ra khỏi lưới. Nếu máy phát vẫn quá tải dòng quá tải từ (1,1 ÷ 1,5) dmI hệ thống sẽ tiếp tục cắt các phụ tải sau ra khỏi lưới: PF1-06(máy nén khí sự cố), PF1-09(nguồn sấy cho máy lọc dầu FO số 1), PF1-10(nguồn sấy cho máy lọc dầu LO số 1), PF1-11(nguồn sấy dầu FO cho máy chính), PF1-12(nguồn sấy dầu FO cho máy phát số 1), PF1-13(nguồn sấy dầu FO trong két SERVICE số 1), PF1-14(nguồn sấy dầu FO trong két SERVICE số 2), PF1-15(nguồn sấy dầu FO trong két SETTLING), PF2-06(máy lọc dầu FO số 2), PF2- 09(nguồn sấy cho máy lọc dầu LO số 2), PF2-10(nguồn sấy dầu FO cho máy phát số 2), PF2-11(nguồn sấy số 2 cho két FO SERVICE số 2), PF2-12(nguồn sấy số 2 cho két FO SERVICE số 2), PF2-13(nguồn sấy số 2 cho két FO SETTLING). Nếu dòng quá tải của máy phát lớn hơn 1,5Iđm thì hệ thống sẽ cắt luôn máy phát ra khỏi lưới. e. Báo động cách điện thấp cho trạm phát tàu 6500T. - Điện áp 440V của máy phát được đưa vào khối GRS51(S20). Khi cách điện mạng 440V thấp thì đầu ra 2-3 của khối GRS51 có tín hiệu đóng tiếp điểm GRS51(S37) làm đầu vào K11 của khối SA-20PSM có điện, đầu ra của khối là L11 có điện đèn RL sáng báo cách điện 440V thấp. - Điện áp 220V được đưa vào khối GRS61(S20). Khi cách điện mạng 220V thấp thì đầu ra 2-3 của khối GMS61 có tín hiệu đóng tiếp điểm GMS61(S37) làm đầu vào K12 của khối SA-20PSM có điện, lúc này đầu ra của khối là L12 có điện và đèn RL sáng báo cách điện 220V thấp. 74 Chương 4: Giới thiệu về tính toán ngắn mạch. 4.1. Cơ sơ lý thuyết về tính toán ngắn mạch. Ngắn mạch là sự nối kín giữa các pha hay giữa các cực thông qua tổng trở trong mạch gần như bằng không hoặc rất nhỏ.Nếu là hệ thống bốn dây thì còn là sự nối kín giữa pha và dây trung tính,còn hệ thống có dây trung tính tiếp mát thì ngắn mạch còn là sự nối kín giữa pha và đất hoặc mát. Nguyên nhân cơ bản mà gây ra ngắn mạch là do hư hỏng chất cách điện giữa các bộ phận dẫn điện trong các thiết bị điện khác nhau. Có hiện tượng đó là do sự già hoá tự nhiên, do sự quá điện áp, sự bảo dưỡng thiết bị không đúng quy trình, hoặc do các hư hỏng cơ khí. Ngoài ra ngắn mạch còn do thao tác nhầm lẫn, tức là hậu quả của mọi dạng vi phạm quy trình khai thác kỹ thuật. Ngắn mạch làm xuất hiện dòng ngắn mạch với các giá trị rất khác nhau.Ví dụ :ngắn mạch gần máy phát thì dòng có thể đạt đến hàng trăm nghìn ampe, còn điểm ngắn mạch ở xa máy phát thì dòng ngắn mạch có thể nhỏ hơn dòng định mức của máy phát. Tuy nhiên bao giờ dòng ngắn mạch cũng là dòng sự cố và gây ra các hậu quả như : Đốt nóng các bộ phận dẫn điện vượt quá nhiệt độ cho phép có thể làm nóng chảy các tiếp điểm khí cụ, làm bốc cháy chất cách điện. Mặt khác khi dòng ngắn mạch lớn chạy qua các bộ phận dẫn điện sẽ làm xuất hiện một lực điện từ tương hỗ rất lớn giữa chúng ( như thanh cái, cáp... của bảng điện ) và chính lực đó sẽ làm hư hỏng cơ học các vật liệu làm trụ đỡ khí cụ, thanh cái, hoặc các vật cố định khác. Dòng ngắn mạch còn có thể gây sụt áp lớn đột ngột làm xấu đi tính năng công tác của các phụ tải, đặc biệt là đối với động cơ. Động cơ có thể dừng lại và điều đó là hết sức nguy hiểm cho thiết bị điện và chế độ công tác của tàu. Ngoài những hậu quả như trên, nếu ngắn mạch kéo dài điểm ngắn mạch lại gần máy phát thì càng nguy hiểm hơn. Trường hợp này có thể khiến cho các máy phát đang công tác song song mất đồng bộ. Khi ngắn mạch có thể xuất hiện hồ quang điện ổn định, nối liền các phần dẫn điện, đốt cháy chúng và chất cách điện. + Trong hệ thống ba pha có các dạng ngắn mạch cơ bản như sau : Hình 4.1. Ngắn mạch ba pha Hình 4.2. Ngắn mạch hai pha 75 Hình 4.3 :Ngắn mạch một pha Hình 4.4 : Ngắn mạch một pha với mát Ngắn mạch ba pha là đơn giản nhất và người ta gọi là ngắn mạch đối xứng, vì khi ngắn mạch cả ba pha có cùng chế độ công tác. Ngắn mạch hai pha và một pha gọi là ngắn mạch không đối xứng. Khi ngắn mạch như vậy thì sự cân bằng dòng điện và điện áp các pha bị phá huỷ. Các pha của thiết bị điện nằm trong các điều kiện khác nhau. Ngắn mạch hai pha với nhau hoặc ngắn mạch một pha với mát có thể xuất hiện trong hệ thống điện năng có dây trung tính nối mát. Hiện tượng ngắn mạch một pha thường gặp nhiều nhất trong hệ thống điện bờ. Nếu hệ thống điện năng mà điểm trung tính không nối mát hay điểm trung tính nối mát thông qua cuộn cảm thì hiện tượng ngắn mạch một pha với mát gọi là ngắn mạch đơn giản. Tính toán dòng ngắn mạch có một ý nghĩa rất quan trọng nhằm mục đích khẳng định các thông số cho trước để lựa chọn các thiết bị bảo vệ ngắn mạch, đồng thời để nghiệm lại sức bền chịu tác dụng của lực điện từ và sức chịu đựng của tác dụng nhiệt của tất cả các thiết bị điện khi có dòng ngắn mạch. Việc tính toán dòng ngắn mạch đều có mức độ cần thiết như nhau cả khi giải quyết những vấn đề gặp lúc khai thác cũng như khi thiết kế hệ thống điện năng tàu thuỷ. Ngoài ra còn để kiểm nghiệm lại tính ổn định của các khí cụ thiết kế, chỉnh định lại các rơ le bảo vệ và phân tích các loại sự cố của hệ thống điện năng. 4.2. Tính toán ngắn mạch trạm phát điện một chiều. Để tính dòng ngắn mạch trong hệ thống trạm phát dòng một chiều thường áp dụng phương pháp “trở kháng giả tạo”. Đây là phương pháp đơn giản nhất để xác định trị số dòng ngắn mạch. Khi xảy ra ngắn mạch, máy phát một chiều sẽ bị sụt áp lớn do tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng. Khi tính toán dòng ngắn mạch bằng phương pháp “trở kháng giả tạo” thì sức điện động và điện áp của máy phát ta vẫn coi bằng giá trị định mức và không đổi. Như vậy phương pháp này sẽ làm dòng ngắn mạch tính toán lớn hơn nhiều so với dòng ngắn mạch thực tế. Muốn tránh sai lầm đó trong tính toán ta đưa vào giá trị không hiệu dụng là trở kháng của máy phát trong giai đoạn quá trình quá độ, làm cho kết quả của phép tính gần như thực tế. Ta chọn chỉ số trở kháng giả định của máy phát xuất phát từ giả thiết là dòng ngắn mạch cực đại của máy phát một chiều bằng 10 lần dòng định mức và tính theo biểu thức: RF = dmF dmF I U .10 [4.1] Các động cơ đang công tác cũng cung cấp cho điểm ngắn mạch một dòng phụ. Khi xác định dòng ngắn mạch theo phương pháp này thì tất cả các động cơ điện cũng là trở 76 kháng giả tạo. Ta chọn trị số trở kháng giả định của động cơ với giả thiết là chúng tạo ra dòng ngắn mạch bằng 6 lần dòng định mức. Rdc =  )( )( .6 dcdm dcdm I U [4.2] ΣIđm(đc)- Tổng số các dòng định mức của động cơ cấp dòng cho điểm ngắn mạch. Ta coi rằng trong Rđc đã chứa điện trở của dây cáp từ động cơ đến thanh cái. 4.3. Tính toán trạm phát điện xoay chiều. 4.3.1. Quá trình quá độ khi xảy ra ngắn mạch 3 pha. Quá trình này xảy ra có thể phân thành 3 thời kỳ : + Thời kỳ siêu quá độ . + Thời kỳ quá độ . + Thời kỳ ổn định . Trong thành phần dòng ngắn mạch 3 pha có thành phần chu kỳ , thành phần không chu kỳ tắt dần . Ta có thể biểu thị đặc tính ngắn mạch 3 pha như đồ thị (hình 4.4) . Hình 4.5. Đặc tính dòng ngắn mạch 3 pha Đặc tính của dòng ngắn mạch 3 pha không đối xứng qua thành phần không chu kỳ . Khi tính toán cần chú ý dòng xung kích là giá trị dòng lớn nhất khi xảy ra ngắn mạch . Dòng xung kích ( Ixk ) xuất hiện từ khi xảy ra ngắn mạch đến thời gian nửa chu kỳ T/2 = 0,01s , T = 1/f = 0,02s ( f = 50 Hz ) . Trong tính toán ngắn mạch người ta thường dựa vào các quan điểm coi thành phần chu kỳ là dao động tắt dần . I t T Thành phần chu kỳ 0 Thành phần không chu kỳ 77 Hình 4.6. Đặc tính ngắn mạch siêu quá độ + I"F : Dòng ngắn mạch siêu quá độ . + I'F : Dòng ngắn mạch quá độ . + T"d : Hằng số thời gian của thời kỳ siêu quá độ . + T'd : Hằng số thời gian của thời kỳ quá độ . + IF : Dòng ngắn mạch ổn định của máy phát . 4.3.2. Các phương pháp tính dòng ngắn mạch của mạng điện xoay chiều. Để tính dòng ngắn mạch người ta thường áp dụng những phương pháp sau : + Phương pháp tính trực tiếp . + Phương pháp đồ thị . + Phương pháp máy tính mô hình . a. Phương pháp tính trực tiếp Tính trực tiếp theo nguồn riêng : Phương pháp này tính dòng tại thời điểm ngắn mạch ở từng nguồn rồi cuối cùng tổng hợp lại . Tính trực tiếp theo nguồn chung : Ta dẫn dắt sơ đồ tới điểm ngắn mạch đó bằng sơ đồ tương đương có một tổng trở rồi tính toán . b. Phương pháp đồ thị Dựa trên các đồ thị ngắn mạch của từng máy phát , xác định các thông số ngắn mạch và liên hệ với tổng trở của mạch . c. Phương pháp mô hình Chỉ được sử dụng cho các sơ đồ phức tạp ở trên bờ . 4.3.3. Tính toán ngắn mạch cho trạm phát điện bằng phương pháp IEC. Đây là phương pháp tính toán dòng ngắn mạch trực tiếp theo nguồn riêng cho từng máy phát,động cơ có công suất lớn (S>200KVA) và động cơ thay thế. Để thực hiện phương pháp này ta đi các bước sau : t I IF T'd T"d I'F I"F 78 a)Tính dòng ngắn mạch khi ngắn mạch gần máy phát. * Tính dòng ngắn mạch ngay trên trụ đấu dây của máy phát : Sự thay đổi độ lớn hiệu dụng thành phần chu kì dòng ngắn mạch trên trụ đấu dây của máy phát (điểm số 1) trên hình vẽ.Trong một vài chu kì đầu kể từ khi ngắn mạch hầu như không phụ thuộc vào tính chất của hệ thống điều chỉnh điện áp.Dòng siêu quá độ I’’F khi xảy ra ngắn mạch lúc máy phát không tải và ta có điện áp Uđm " '' " dm dm F d d U I I X x   [4.3] Trong đó : dX '' :là trở kháng dọc trục siêu quá độ trong đơn vị tuyệt đối dx '' :là trở kháng dọc trục siêu quá độ trong đơn vị tương đối Iđm :dòng định mức của máy phát Nếu khi xảy ra ngắn mạch tại điểm mà máy phát đang có tải là định mức thì độ lớn ban đầu dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kì sẽ lớn hơn dòng tính theo biểu thức [4.3] vì sức điện động lúc này lớn hơn so với sức điện động khi máy phát không tải. " " ( ) .1,1Ft dm FI I [4.4] Thành phần này sẽ nhanh chóng nhỏ dần do sự nhỏ dần của thành phần siêu quá độ (sự nhỏ dần dòng trong cuộn ổn định của máy phát).Sau khi thành phần siêu quá độ đã tắt (thời gian tồn tại thời kì siêu quá độ chỉ bằng hằng số thời gian của cuộn ổn định).Trong mạch chỉ còn dòng quá độ và xác định thành phần chu kì quá độ nếu máy phát trong chế độ không tải. ' ' ' dm dm F d d U I I X x   [4.5] Trong đó: dX ' :là trở kháng dọc trục quá độ trong đơn vị tuyệt đối dx ' :là trở kháng dọc trục quá độ trong đơn vị tương đối 79 Còn nếu khi ngắn mạch máy phát đang có tải là định mức thì thành phần dòng quá độ sẽ lớn hơn dòng tính theo biểu thức [4.5]. Độ lớn hiệu dụng thành phần chu kì quá độ nhỏ dần theo sự nhỏ dần của thành phần quá độ (vì sự nhỏ dần thành phần quá độ trong cuộn kích từ). Hằng số thời gian thành phần siêu quá độ là T’’d và hằng số thời gian thành phần quá độ T’d là các thông số để lựa chọn aptomat hoặc cầu chì cho bảo vệ ngắn mạch. Độ lớn hiệu dụng thành phần chu kì dòng ngắn mạch sau một vài chu kì kể từ khi ngắn mạch được xác định bằng biểu thức   "" ' '. d t T CKF F F FI I I e I          [4.6] Với giả thiết 'FI không nhỏ hơn I và giả thiết này không gây sai lầm lớn trong một vài chu kì đầu vì ' dT thường lớn gấp 10 lần " dT . Dòng ngắn mạch imax ta gọi là dòng xung kích Ixk . Như vậy giá trị Ixk phụ thuộc vào dòng siêu quá độ "FI , Tỉ số ' " d d x x , hằng số thời gian siêu quá độ " dT ( vì " dT xác định tốc nhỏ dần thành phần chu kỳ kể từ khi xuất hiện dòng ngắn mạch xung kích ) và hệ số công suất của mạch ngắn mạch ( vì tốc độ nhỏ dần của thành phần không chu kì cùng với sự tắt dần hằng số thời gian Tok phụ thuộc vào Cos ngm của ngắn mạch ).   "2 2" ' ' "2. . 2. .d ok T T T T xk F F F FI I I e I I e                        [4.7] Biểu thức [4.7] là sự phụ thuộc giữa dòng xung kích và dòng siêu quá độ với tỉ số trở kháng quá độ và siêu quá độ với các giá trị khác nhau của ' dT và " dT và tần số 50Hz hoặc 60Hz. * Tính dòng ngắn mạch ngay trên trụ đấu dây động cơ : -Các động cơ không phải là nguồn ổn định như máy phát của dòng ngắn mạch và nó sẽ dẫn đến không sau giai đoạn quá độ -Sức điện động của động cơ nhỏ hơn điện áp cấp cho động cơ và sức điện động đó là nhỏ nhất khi tải là định mức. -Khi ngắn mạch tại bảng điện chính ta coi tất cả các động cơ cung cấp cho điểm ngắn mạch là một động cơ tương đương nối trực tiếp với thanh cái có công suất bằng tổng công suất của các động cơ đang công tác tại thời điểm đó bỏ qua các động cơ dưới 5 KW. Độ lớn hiệu dụng thành phần chu kì dòng ngắn mạch I’đc trong thời điểm ngắn mạch động cơ là không tải được xác định ' 6, 25.dc dmdcI I [4.8] Nếu lúc ngắn mạch mà động cơ đang có tải là định mức thì ' 6, 25.dc dmdcI I vì sức điện động của động cơ trong chế độ công tác định mức nhỏ hơn sức điện động trong chế độ không tải. Sự nhỏ dần thành phần chu kì Ingmđc được xác định như sau : 80 Thời gian kể từ khi ngắn mạch Thành phần chu kì T 2,5.Iđmđc 2T 1,0.Iđmđc Thường cos ngm của động cơ tương đương bằng 0,3.Vì vậy dòng xung kích của động cơ lớn nhất chỉ bằng 8 lần Iđmđc. Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch quá độ sẽ nhỏ dần với hằng số thời gian T. Sự thay đổi thành phần chu kỳ ngắn mạch của động cơ tương đương được thể hiện như hình vẽ sau : Hình 4.6 : Sự thay đổi thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch của động cơ tương đương với thời gian. Ixkđc xuất hiện tại thời điểm 0,5T và lúc này thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch khoảng 4Iđmđc . Qua thực nghiệm thấy rằng lúc xuất hiện dòng xung kích của động cơ thì thường tỉ lệ dòng xung kích và thành phần chu kỳ ngắn mạch bằng 2. Nếu công suất một động cơ lớn hơn 200KVA thì không được phép cộng vào động cơ tương đương mà phải tính riêng cho nó. Công suất định mức của động cơ Pđmđc. Tổng trở khi động cơ ở chế độ tĩnh Zb ( tuyệt đối hoặc tương đối ). Trở kháng tĩnh Xb (xb). Trở thuần tĩnh rôto Rr (rr). Trở thuần tĩnh của Stato Rs (rs). Hằng số thời gian thời kỳ quá độ : 2 1,5 0,5 1 0 T 6 5 4 3 2 1 I'dc= f(t) 6,25 I'dc 81 ' 2 . . b r x T f r  [4.10] Hằng số thời gian thành phần không chu kỳ : 2 . . b ok s x T f r  [4.11] Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch : ' 2. . t dm T dc b U I e Z       [4.12] Thành phần không chu kỳ : 2. . ok t Tdm ok b U I e Z       [4.13] Dòng xung kích xuất hiện tại thời điểm t = 2 T là: ' 222. . 2. . ok tt Tdm dmT xkdc b b U U I e e Z Z            [4.14] *Dòng ngắn mạch tổng hợp : Sau khi đã tính toán xong tất cả các dòng xung kích của nguồn cấp cho điểm ngắn mạch trong đó gồm có dòng xung kích của máy phát và động cơ.Muốn xác định dòng ngắn mạch tại điểm ngắn mạch ta chỉ việc cộng số học các dòng của động cơ,máy phát lại và chú ý khi tính dòng ngắn mạch của máy phát và động cơ thường tính ở chế độ không tải nhưng vì đối với máy phát dòng ngắn mạch khi tải định mức lớn hơn dòng ngắn mạch khi không tải.Còn đối với động cơ dòng ngắn mạch khi không tải lớn hơn khi tải là định mức cho nên hai vấn đề trên bù trừ cho nhau. b)Tính dòng ngắn mạch khi ngắn mạch ở xa máy phát Trong trường hợp ngắn mạch ở xa máy phát cần phải chú ý đến tổng trở từ máy phát đến điểm ngắn mạch vì nó có ảnh hưởng lớn đến giá trị dòng ngắn mạch.Khi tính hằng số thời gian phải kể cả đến điện trở ngoài theo biểu thức sau : '' " " ' 1 . 1 z d dz d z d x x T T x x    [4.15] 0 2. . . 1 z k s okz s s x T f r T r r     [4.16] " dzT : Hằng số thời gian thời kì siêu quá độ dòng ngắn mạch máy phát có đề cập đến điện trở mạch ngoài là rz và trở kháng xz okzT : Hằng số thời gian thành phần không chu kì 82 Vì khi xảy ra ngắn mạch ở xa máy phát và ở xa bảng điện chính,nấc cuối cùng bảo vệ cắt phần ngắn mạch ra khỏi máy phát nên thời kì quá độ không cần phải tính toán.Khi ngắn mạch ở xa máy phát thì thành phần dòng động cơ cung cấp là không đáng kể. Dòng ICK và IXK trong trường hợp ngắn mạch ở xa máy phát cũng được tính theo biểu thức [4.6] và [4.7] nhưng trong đó ta phải thay " ',F FI I , hằng số , okT T bằng các thông số tương ứng " ',z zI I Trong đó : " '' dm z z U I Z  [4.17] ' ' dm z z U I Z  [4.18] Z’’z =(Rz+Rs) + j.(X ’’ d+Xz) [4.19] Zz ’ =(Rz+Rs) + j.(X ’ d+Xz) [4.20] Mà : Rs : Điện trở stator của máy phát Rz : Điện trở mạch ngoài Xz : Trở kháng mạch ngoài 83 Chương 5: Tính toán ngắn mạch trạm phát điện tàu dầu 6500T Thông số tính toán: * Máy phát: S = 500 KVA cos = 0.8 OKT = 18.9 ms dmI = 649 A ' dx = 0.195 " dT = 8.3 ms dmU = 445 V " dx = 0.162 'dT = 156 ms sr = 0.0227 * Động cơ : S = 500 KVA bZ = 0.16 ssR = 16 mΩ dmI = 657 A bx = 0.15 rR = 8 mΩ dmU = 440 V 'T = 20 ms OKT = 10 ms Sơ đồ mạch điện như sau: 5.1. Tính dòng ngắn mạch tại điểm số 1: + Thành phần dòng khi ngắn mạch trên trụ đấu dây của máy phát : Vì điểm ngắn mạch trên thanh cái nên gọi là điểm ngắn mạch gần máy phát. Khi ngắn mạch ở gần máy phát thì tổng trở ngắn mạch gần bằng trở kháng của máy phát đang công tác. Bởi vậy tổng trở của cáp nối và thanh cái là không đáng kể nên ta bỏ qua. - Dòng siêu quá độ "FI của máy phát khi xảy ra ngắn mạch lúc máy phát không tải và có điện áp định mức dmU ( pU ) được xác định theo biểu thức sau: " " " dm dm F d d U I I X x   " 649 0,649 4,01 0,162 0,162F I KA   Trong đó : 84 "dX - Trở kháng dọc trục siêu quá độ của máy phát trong đơn vị tuyệt đối. "dx - Trở kháng dọc trục siêu quá độ của máy phát trong đơn vị tương đối. dmI - Dòng định mức của máy phát. Sau khi thành phần siêu quá độ tắt trong mạch chỉ còn thành phần quá độ ( Dòng quá độ ). - Dòng quá độ được xác định như sau: ' ' ' ' 0,649 3,33 0,195 dm dm F d d F U I I X x I KA     Trong đó : 'dX - Trở kháng quá độ dọc trục máy phát đang trong đơn vị tuyệt đối. 'dx - Trở kháng quá độ dọc trục trong đơn vị tương đối. Giá trị hiệu dụng của thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch sau một vài chu kỳ kể từ khi ngắn mạch có thể tính :   "" ' '. d t T CK F F FI I I e I          - Cho các giá trị t (ms) ta có bảng sau: t (ms)     "" ' . d t T F FI I e KA          ' FI KA  CKI KA  1,1. CKI KA 0 0,68.1 3,33 4,01 4,41 10 0,68.0,3 3,33 3,53 3,88 20 0,68.0,09 3,33 3,39 3,73 30 0,68.0,027 3,33 3,35 3,69 40 0,68.0,008 3,33 3,34 3,67 50 0,68.0,0024 3,33 3,33 3,66 Kết quả tính toán thành phần không chu kỳ "2. . OK t T OKF FI I e       Cho các giá trị của t(ms) ta có kết quả như sau : t (ms) "2. . OK t T FI e       OKF I 0 2.4,01.1 5,67 10 2.4,01.0,59 3,35 20 2.4,01.0,35 1,98 30 2.4,01.0, 2 1,14 40 2.4,01.0,12 0,68 50 2.4,01.0,07 0,4 85 Với thời gian 10 2 T t ms   Dòng xung kích của máy phát được tính theo biểu thức sau :   "2 2" ' " "2. . 2. .d OK T T T T xkF F F F FI I I e I I e                          10 10 8,3 18,92. 4,01 3,33 . 4,01 2.4,01.xkFI e e                        5,96 3,34 9,3xkFI KA   Dòng ngắn mạch của động cơ tương đương tra từ đồ thị sau với thời gian 10 2 T t ms  sấp xỉ bằng 4. dmdcI . Còn dòng xung kích của động cơ là: 2. .4.xkdc xkdc dmdcI K I Trong đó: xkdcK - Hệ số xung kích của động cơ 8. 1,4 2.4. dmdc xkdc dmdc I K I   2.1, 4.4.657 5, 2xkdcI KA   Thành phần chu kỳ của động cơ tại các thời điểm : ' ( 0) 6, 25. 6,25.0,657 4,1( )dc t dmdcI I KA    ' ( 10) 4. 4.0,657 2,63( )dc t dmdcI I KA    2 1,5 0,5 1 0 T 6 5 4 3 2 1 I'dc= f(t) 6,25 I'dc 86 ' ( 20) 2,5. 2,5.0,657 1,64( )dc t dmdcI I KA    ' ( 30) 1,5. 1,5.0,657 0,99( )dc t dmdcI I KA    ' ( 40) 1. 1.0,657 0,657( )dc t dmdcI I KA    ' ( 50) 0,95. 0,95.0,657 0,63( )dc t dmdcI I KA    Ngoài ra dòng xung kích của động cơ còn được tính theo công thức: 8. 8.657 5,2xkdc dmdcI I KA   *Vậy dòng ngắn mạch tại điểm số 1 là: - Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch tại điểm số 1: 3.1,1.ck ckF ckdcI I I  Kết quả tính toán với các thời điểm khác nhau ta có giá trị thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch tại điểm số 1 như sau: t (ms) 3,3. ( )ckFI KA ( )ckdcI KA ( )ckI KA 0 13,23 4,1 17,33 10 11,65 2,63 14,28 20 11,2 1,64 12,84 30 11,06 0,99 12,05 40 11,02 0,657 11,7 50 10,99 0,63 11,62 Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch số 1: 3.xk xkF xkdcI I I  = 3.9,3 + 5,2 = 33,1 (KA) 5.2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm số 2: Chuyển đổi các thông số cho trước từ đơn vị tương đối sang đơn vị tuyệt đối. - Của máy phát : " " 2 2 2 3 0,162 0,162 . . 445 . 64( ) 500.10 d d dm dm dm dm x X U U m S S      2 2 2 3 0,0227 0,0227 . . 445 . 8,99( ) 500.10 s s dm dm dm dm r R U U m S S      - Của cáp máy phát: R1 = 1,24 (mΩ) x1 = 1.31 (mΩ) - Của cáp nhánh ngắn mạch : R2 = 15,5 (mΩ) x2 = 6,7 (mΩ) - Tổng trở toàn mạch từ ba máy phát công tác song song tới điểm số 2 : 1 2 8,99 1,24 15,5 18,91( ) 3 3 sR RR R m         " " 1 2 64 1,31 6,7 28,5( ) 3 3 dX xX x m            2 2" 2 " 18,91 28,5 34, 2( )Z R X m      - Dòng ngắn mạch siêu quá độ của máy phát : " " 445 7,5( ) 3. 3.34, 2 dmF F U I KA Z    - Hằng số thời gian của thành phần không chu kỳ được xác định theo công thức: 87 2. . . 1 z ok s okz z s x T f R T r R     Trong đó: 1 2 1,31 6,7 7,14( ) 3 3z X X X m      3 2 2 500.10 . 7,14. 18( ) 445 dmF z z dmF S x X m U      Lại có: 1 2 3 2 2 1, 24 15,5 15,9( ) 3 3 500.10 . 15,9. 40, 2( ) 445 z dmF z z dmF R R R m S r R m U            18 18,9 8,99 2.3,14.60. 18,9 0,0163 1,3( ) 40, 2 14, 411 8,99 3 okzT ms        Hằng số thời gian siêu quá độ của máy phát có kể đến trở kháng mạch ngoài và điện trở mạch ngoài. " " " ' 1 . 1 z d dz d z d x x T T x x    Với : " 8,3( )dT ms , 18( )zx m  , " '0,162( ), 0,195( )d dx m x m    " 1 18 0,1628,3. 9,99( ) 1 18 0,195 dzT ms      Do ảnh hưởng của trở kháng mạch ngoài zX nên hằng số thời gian " "9,99( ), 8,3( )dz dT m T m    . Ta có biểu thức tính dòng xung kích như sau: 2."2. 1 okz T T xk FI I e         khi T = 10(ms), 1,3( )okzT ms , " 7,5( )FI KA 10 2.1,32.7,5. 1 10,8( )xkI e KA           - Dòng ngắn mạch của động cơ: Trở thuần, trở kháng của động cơ được tính như sau:  2 2 3 0,16 . 440 . 62 500.10 b b dm dm z Z U m S     88 2 2 0,15. 440 . 58,08( ) 500 b b dm dm x X U m S     Có 8( ), 16( )r ssR m R m    3 ' 58,08.10 19,27( ) 2 . . 2.3,14.60.8 b dc r X T ms f R    358,08.10 9,63( ) 2 . . 2.3,14.60.16 b okdc ss X T ms f R    Tổng trở toàn mạch của động cơ đến điểm ngắn mạch số 2: 2 16 15,5 31,5( )Th ssR R R m      2 58,08 6,7 64,8( )Th bX X X m         2 22 2 31,5 64,8 72,05( )Th Th ThZ R X m      - Hằng số thời gian của thành phần không chu kỳ mạch ngắn mạch của động cơ được tính theo công thức sau: 2 2 2 . . 1 okdc s okz s x T f r T R R     Trong đó: 9,36( )okdcT ms , 2 6,7( )x m  , 2 15,5( )R m  , 0,0227( )sr m  , 8,99( )sR m  6,7 9,36 9,36 0,782.3,14.60.0,0227 3,7( ) 15,5 1 1,731 8,99 okzT ms        - Thành phần dòng chu kỳ tại thời điểm t = 10 (ms) ' 10 ' 19,27440. . 3,64( ) 72,05 dc t Tdm ckdc Th U I e e KA Z                          - Dòng xung kích tính theo biểu thức: '2 2 10 10 2.19,27 2.9,63 2. . 440 2. . 13,75( ) 62 dc okdc T T T Tdm xkdc b xkdc U I e e Z I e e KA                                             - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại điểm ngắn mạch số 2 : " ' 7,5 3,64 11,14( )F ckdcI I KA    10,8 13,75 24,6( )xkF xkdcI I KA    *Kết luận: - Việc tính ngắn mạch là rất quan trọng giúp ta lựa chọn được các thiết bị bảo vệ cho máy phát, kiểm nghiệm lại các khí cụ điện. Trên là các số liệu cụ thể của việc tính toán ngắn mạch cho máy phát. Dựa vào các thông số đó ta có thể lựa chọn được các thiết bị bảo vệ cho máy phát. 89 KẾT LUẬN Sau thời gian học tập và thực tập, em đã được ban chủ nhiệm khoa Điện - Điện Tử Tàu Biển và nhà trường giao cho đề tài “ Trang thiết bị điện tàu dầu 6.500T. Đi sâu tính toán ngắn mạch trạm phát điện. ”. Bằng sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa cùng bạn bè. Sau thời gian ba tháng làm tốt nghiệp đồ án của em đã trình bày được những vấn đề sau: -Phần I : Trang thiết bị điện tàu dầu 6.500T. Em trình bày tổng quan một số hệ thống điện trên tàu. Đó là các hệ thống phục vụ buồng máy và các hệ thống truyền động điện. -Phần II : Đi sâu tính toán ngắn mạch trạm phát điện. Ở đó em trình bày về lý thuyết chung ngắn mạch và tính toán cụ thể ngắn mạch cho tàu 6.500T. Đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành với sự nỗ lực cố gắng của bản thân trong việc nghiên cứu tìm hiểu một số hệ thống điện trên tàu 6.500T. Bằng những kiến thức đã được học ở trường, kiến thức thực tế trong thời gian thực tập và tìm hiểu một số tài liệu tham khảo có liên quan đến vấn đề đang nghiên cứu, em đã cố gắng trình bày đồ án một cách ngắn gọn và đầy đủ nhất. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế và kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều nên đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Qua đây em mong muốn nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là Thầy giáo Ths. Phan Đăng Đào để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Ths. Phan Đăng Đào, cùng các thầy cô giáo trong Khoa Điện - Điện tử tàu biển đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! Hải phòng, tháng..... năm 2010 Sinh viên thực hiện Lương Tuấn Vũ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Bính. Điện tử công suất . Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật (2004) 2.KS. Lưu Đình Hiếu. Truyền động điện tàu thủy. Nhà xuất bản Hà Nội( 2004). 3.GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn. TS Nguyễn Tiến Ban. Trạm phát và lưới điện tàu thủy. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật (2008). 4.KS.Bùi Thanh Sơn. Trạm phát điện tàu thủy. Nhà xuất bản giao thông vận tải ( 2000). 5.TS. Lưu Kim Thành. Phần tử tự động. Nhà xuất bản Hải Phòng (2007). 6. Hồ sơ kỹ thuật tàu 6500T. Nhà máy đóng tàu Phà Rừng.