Ngắn mạch điện trở bằng bao nhiêu



Ngắn mạch, đoản mạch hay chập điện là một hiện tượng ngoài ý muốn khi mà dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn không có hoặc có trở kháng điện rất thấp. Điều này dẫn đến một dòng điện có cường độ quá mức chạy qua mạch điện. Đối lập của hiện tượng ngắn mạch là “hở mạch”, là điện trở vô hạn giữa hai đầu dây.

Đây chính là nguyên dân dẫn đến các hiện tượng cháy nổ trong gia đình hoặc trên lưới điện cao thế. Hậu quả của hiện tượng này vô cùng lớn có thể gây cháy nổ hoặc phá hủy kết cấu công trình.

Mục lục bài viết

1. Định nghĩa ngắn mạch là gì ?

Ngắn mạch là một kết nối bất thường giữa hai nút của mạch điện ở các điện áp khác nhau. Điều này dẫn đến một dòng điện chỉ bị giới hạn bởi điện trở tương đương Thévenin của phần còn lại của mạng. Điều này có thể gây hư hỏng mạch, quá nhiệt, cháy hoặc nổ. Mặc dù thông thường hiện tượng ngắn mạch chỉ xảy ra khi có lỗi. Nhưng có những trường hợp ngắn mạch được gây ra có chủ ý. Ví dụ cho mục đích bảo vệ mạch xà beng cảm ứng điện áp.

Trong phân tích mạch, ngắn mạch được định nghĩa là một kết nối giữa hai nút, buộc chúng phải ở cùng một điện áp. Trong mạch ngắn ‘lý tưởng’, điều này có nghĩa là không có điện trở và do đó không có sụt áp trên kết nối. Trong các mạch thực, kết quả là một kết nối gần như không có điện trở. Trong trường hợp như vậy, dòng điện chỉ bị giới hạn bởi điện trở của phần còn lại của mạch.

2. Tác hại của hiện tượng ngắn mạch

Như chúng ta đã biết, hiện tượng ngắn mạch là gì ở phần trước. Trong phần này chúng ta cùng nhau tìm hiểu về các tại hại mà hiện tượng này gây ra nhé.

• Dòng điện sự cố ngắn mạch có thể lớn hơn hàng nghìn lần so với dòng hoạt động bình thường của hệ thống. 
• Nếu cài đặt mạch điện không phù hợp, việc dòng điện có cường độ quá cao do ngắn mạch có thể gây ra sự nóng lên của các bộ phận mạch với độ dẫn kém (các khớp nối bị lỗi trong hệ thống dây điện, các tiếp điểm bị lỗi trong ổ cắm điện hoặc thậm chí là vị trí của chính mạch ngắn). Quá nóng như vậy là một nguyên nhân phổ biến của hỏa hoạn.
• Hồ quang điện, nếu nó hình thành trong thời gian ngắn mạch, tạo ra một lượng nhiệt cao và cũng có thể gây ra sự bắt lửa của các chất dễ cháy.
• Trong các hệ thống phân phối công nghiệp và tiện ích, các lực động học được tạo ra bởi dòng điện ngắn mạch cao sẽ làm cho các dây dẫn bung rộng ra. Thanh cái, dây cáp và thiết bị có thể bị hỏng do các lực động học được tạo ra trong một mạch bị ngắn mạch.

3. Giải pháp phòng tránh hiện tượng ngắn mạch

Hiện nay có nhiều biện pháp để giảm dòng ngắn mạch cho điện lưới cao thế. Còn đối với điện dân dụng trong gia đình cũng có nhiều biện pháp để phòng tránh hiện tượng này. Trong phần này tôi sẽ chia sẻ cho các bạn một số biện pháp phòng chống đoản mạch hiệu quả trong gia đình như:

vậy là thiếu nguồn cho bo mạch đk. kiểm tra kĩ đường dây nếu đảm bảo dàn nóng không chạm chập hư máy nén.
Chụp lại hình bo mạch phía trên rõ ràng phần ACin để xem có con nào hư, rơle không đóng cấp nên nguồn cho bo đk chỉ qua trở PTC, thiếu nguồn

Tính toán dòng ngắn mạch tại thanh cái hạ áp của máy biến áp phân phối trung/hạ

Trường hợp một máy biến áp

• Để cho việc tính toán đơn giản, chúng ta bỏ qua tổng trở của hệ thống lưới trung thế. Do đó: ISC = (ln x 100)/USC where ln = (P x 103)/U20√3
  • P – Công suất định mức của máy biến áp (kVA)
  • U20 – Điện áp dây phía thứ cấp khi không tải (V)
  • ln – Dòng định mức (A)
  • Isc – Dòng ngắn mạch (A)
  • Usc – Điện áp ngắn mạch của máy biến áp (%)
• Các giá trị thông dụng Usc của máy biến áp phân phối được cho ở bảng.

Ví dụ

• Máy biến áp 400 kVA, có điện áp khi không tải 420 V, Usc = 4%
• ln = (400 x 103)/(420 x √3) = 550 A
• Isc = (550 x 100)/4 = 13.7 kA 

Trường hợp nhiều máy biến áp mắc song song

• Giá trị của dòng ngắn mạch trên đầu lộ ra nằm phía dưới thanh cái (xem hình) có thể được coi như là tổng của các dòng ngắn mạch từ mỗi máy biến áp riêng biệt.
• Giả sử các máy biến áp đều được nuôi từ cùng một lưới trung áp và các giá trị của chúng được cho trong bảng trên. Khi lấy tổng, giá trị dòng ngắn mạch ISC sẽ lớn hơn giá trị dòng ngắn mạch thực tế xảy ra.
• Các giá trị không cần tính toán tới là tổng trở của thanh cái và của máy cắt.
• Tuy nhiên, việc tính toán dòng ngắn mạch chính xác là cơ sở cho việc thiết kế lắp đặt điện. Việc lựa chọn máy cắt cùng với các thiết bị bảo vệ để ngăn ngừa khi có sự cố ngắn mạch sẽ được miêu tả chi tiết hơn ở phần khác.

Tính dòng ngắn mạch 3 pha (Isc) tại điểm bất kỳ của lưới hạ thế

• Dòng ngắn mạch 3 pha Isc tại điểm bất kỳ được tính bởi: Isc = U20/√3.ZT
  • U20 – Điện áp dây phía thứ cấp khi không tải của máy biến áp (V)
  • ZT – Tổng trở trên môi pha tới điểm ngắn mạch (Ω)

Phương pháp tính ZT 

• Mỗi phần tử của lưới điện (mạng trung thế, biến áp, cáp, máy cắt, thanh cái vv.) đều được đặc trưng bằng tổng trở Z của chúng. Z gồm 2 thành phần: R và X. Cần chú ý là dung kháng không đóng vai trò quan trọng trong các tính toán dòng ngắn mạch.
• Các thành phần R, X, Z được thể hiện bằng Ohm và được biểu thị trên hình.

• Phương pháp này sẽ chia lưới điện ra các đoạn và mỗi đoạn đặc trưng bởi R và X Tổng trở Z cho tập hợp các phân đoạn nối tiếp sẽ được tính: ZT = √(RT2 + XT2)
  • Trong đó RT và XT là tổng số học các trở kháng và cảm kháng của các phân đoạn đi vào tập hợp này
• Kết hợp hai phân đoạn bất kỳ mắc song song thường hoặc chỉ có R (hoặc X) sẽ được coi như một phân đoạn có: R3 = (R1 x R2) / (R1 + R2) hoặc đối với cảm kháng X3 = (X1 x X2)/(X1 +X2)
  • (Trong đó R1 song song với R2 và X1 song song với X2)
• Cần chú ý rằng việc tính toán giá trị X3 chỉ gồm các mạch riêng biệt không có hỗ cảm. Nếu có nhiều mạch mắc song song gần với nhau, giá trị của X3 sẽ lớn hơn đáng kể.

Xác định tổng trở của mỗi phần tử

Hệ thống phía sơ cấp của máy biến áp trung/hạ (xem bảng)

• Công suất ngắn mạch 3 pha Psc (đơn vị: kA hoặc MVA) sẽ được ngành điện cung cấp và từ đó có thể xác định được tổng trở tương đương.
• Công thức sau cho phép xác định tổng trở này và quy đổi về phía thứ cấp: Zs = U02/Psc. Trong đó:
  • Zs – Tổng trở của hệ thống phía sơ cấp máy biến áp (mΩ)
  • U0 – Điện áp dây thứ cấp khi không tải (V)
  • Psc – Công suất ngắn mạch 3 pha của hệ thống phía sơ cấp (kVA)
• Giá trị của trở kháng Ra và Xa, do đó có thể xem như Xa gần bằng Za. Nếu đòi hỏi chính xác hơn, Xa có giá trị gần bằng 0.995 Za và giá trị của Ra bằng 0.1 Xa.
• Bảng tóm tắt tính tổng trở (bên dưới) đưa ra các giá trị thông dụng của Ra và Xa trong lưới phân phối có công suất ngắn mạch là 250 MVA và 500 MVA.

Máy biến áp

• Tổng trở Ztr của biến áp nhìn từ phía thanh cái thứ cấp sẽ được tính bởi: Ztr = (U202/Pn) x (Usc/100). Trong đó:
  • U20 – Điện áp dây phía thứ cấp khi không tải (V)
  • Pn – Công suất định mức máy biến áp (kVA)
  • Usc – Điện áp ngắn mạch của máy biến áp (%)
• Trở kháng của các cuộn dây Rtr có thể tính toán theo tổn thất công suất:
  • Pcu = 3ln2 x Rtr so that Rtr = (Pcu x 103)/3ln2 (mΩ)
  • Với Pcu – Tổn thất đồng (W)
  • ln – Dòng định mức (A)
  • Rtr – Điện trở trên mỗi pha của máy biến áp 
  • Xtr = √(Ztr2 – Rtr2)
  • Cho các tính toán gần đúng Rtr có thể bỏ qua vì X ≈ Z trong các máy biến áp phân phối chuẩn.

Máy cắt

• Trong lưới hạ thế, tổng trở của các CB nằm phía trước vị trí sự cố cần phải được tính đến, giá trị cảm kháng cho mỗi CB là 0.15 mΩ, trong khi trở kháng có thể được bỏ qua.

Thanh góp

• Trở kháng của thanh góp được bỏ qua và tổng trở (cảm kháng) đặt giá trị 0.15 mΩ cho 1 mét chiều dài (f = 50 Hz), (018 mΩ/m chiều dài khi f = 60 Hz). Khi khoảng cách giữa các thanh dẫn tăng gấp 2 thì cảm kháng sẽ tăng khoảng 10%.

Dây dẫn

• Trở kháng của dây dẫn sẽ được tính theo công thức Rc = p.L/S
  • p – Điện trở suất của vật liệu dây khi có nhiệt độ vận hành bình thường và bằng: 
    • 22.5 mΩ.mm2/m đối với đồng
    • 36 mΩ.mm2/m đối với nhôm
  • L – Chiều dài dây dẫn (m)
  • S – Tiết diện cắt ngang của dây dẫn (mm2)
• Cảm kháng của cáp có thể được cung cấp bởi nhà chế tạo. Đối với tiết diện dây nhỏ hơn 50 mm2, cảm kháng có thể được bỏ qua. Nếu không có số liệu nào khác, có thể lấy bằng 0,08mΩ/m (khi f=50Hz) hoặc 0,096mΩ/m (khi f=60Hz). Đối với thanh dẫn lắp ghép hoặc hệ thống đi dây sẵn, cần phải tham khảo ý kiến của nhà chế tạo.

Động cơ

• Tại thời điểm có ngắn mạch, động cơ đang vận hành sẽ giống như một máy phát (trong khoảng thời gian ngắn) và cung cấp dòng đổ về chỗ ngắn mạch. Nói chung, sự tham gia tạo dòng ngắn mạch của các động cơ có thể được bỏ qua. Tuy nhiên khi công suất của động cơ đang hoạt động lớn hơn 25% công suất tổng của máy biến áp thì ảnh hưởng của động cơ phải được tính đến. Sự ảnh hưởng của chúng được tính đến qua các công thức: Iscm = 3.5 ln cho mỗi động cơ, nghĩa là 3.5mln cho m động cơ giống nhau vận hành đồng thời
• Các động cơ này phải là 3 pha, còn các động cơ một pha hầu như không gây ảnh hưởng.

Điện trở hồ quang ngắn mạch

• Dòng ngắn mạch thường tạo nên hồ quang với tổng trở mang tính trở. Điện trở này có giá trị không ổn định và giá trị trung bình của nó đủ hạ thấp dòng ngắn mạch tới chừng mực nào đó ở lưới điện áp thấp. Thực tế chỉ ra rằng nó có thể làm giảm dòng ngắn mạch tới 20%. Hiện tượng này có lợi cho chức năng cắt của CB, song lại gây khó khăn cho chức năng tạo dòng sự cố.

Bảng tóm tắt tính tổng trở

• U20: Điện áp dây phía thứ cấp của máy biến áp khi không tải (V).
• Psc: Công suất ngắn mạch 3 pha phía thanh cái sơ cấp của biến áp phân phối (kVA).
• Pct: Tổn thất ngắn mạch của biến áp (W)
• Pn: Công suất định mức của máy biến áp (kVA).
• Usc: Điện áp ngắn mạch của biến áp (%)
• RT: Điện trở tổng
• XT: Cảm kháng tổng
• (1) p = Điện trở suất của dây ở nhiệt độ bình thường
  • p = 22.5 mΩ x mm2/m đối với đồng 
  • p = 36 mΩ x mm2/m đối với nhôm
• (2) Nếu có vài dây dẫn song song trên mỗi pha thì chia điện trở của 1 dây cho số dây. Còn cảm kháng thì hầu như không thay đổi.

Ví dụ tính toán dòng ngắn mạch

Xác định dòng ngắn mạch Isc theo dòng ngăn mạch đầu dây

• Sơ đồ trong hình dưới mô tả trường hợp ví dụ ở bảng sau, theo phương pháp tổng hợp. Bảng sau đây cho phép xác định một cách nhanh chóng và khá chính xác dòng ngắn mạch tại một điểm của lưới điện, khi biết:
  • Giá trị dòng ngắn mạch phía “trước” điểm có sự cố 
  • Khoảng cách của mạch giữa điểm ngắn mạch mà dòng sự Cố đã biết và điểm ngắn mạch đang xét. Khi đó chỉ cần chọn CB với dòng ngắn mạch lớn hơn giá trị cho trong bảng.

• Nếu cần biết giá trị chính xác hơn, có thể sử dụng các tính toán chi tiết hoặc sử dụng phần mềm như Ecodial. Trong trường hợp này, khả năng sử dụng kỹ thuật ghép tầng cần được lưu ý. Kỹ thuật này sử dụng các CB hạn chế dòng ở phía trước và sẽ cho phép các CB ở phía sau có khả năng cắt dòng sự cố bé hơn cần thiết

Ví dụ:

• Cho mạng như hình. Chọn tiết diện dây đồng ở bảng trên (trong ví dụ này. tiết diện dây đồng là 47,5 mm2)

• Dò tìm tiết diện dây đồng trong cột này là 47.5 mm2 với chiều dài của dây dẫn bằng chiều dài của mạch (hoặc giá trị gần nhất có thể có). Ứng với chiều dài 20m và lấy theo giá trị 30KA ( giá trị gần với 28KA) sẽ cho ta giá trị dòng ngắn mạch Isc = 147 KA
• Giá trị dòng ngắn mạch tra được trong ví dụ này là 14.7 kA.
• Quá trình xác định dòng ngắn mạch cho một dây nhôm cũng sẽ tương tự
• Kết quả là CB treo trên xà có dòng định mức 63 A và dòng cắt ngắn mạch 25 kA (như CB dạng 125N) có thể sử dụng cho mạch 55 A ở Hình trên.
• Còn CB Compact có dòng định mức 160 A với khả năng cắt ngắn, (như CB NS160) sẽ được dùng bảo vệ cho mạch 160 A.

Trích: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC – Bản chính sửa 2019

________________

VNK EDU có rất nhiều tài nguyên về cơ điện được chia sẻ tại đây, hy vọng nó sẽ giúp ích được anh em kỹ sư trong công việc. Theo dõi VNK và nhận tài liệu tài đây nhé!
Nhận tài liệu

________________
Trải nghiệm buổi học thử miễn phí khóa học “Kỹ sư M&E – Thiết kế hệ thống điện” giúp bạn nắm bắt tổng quan kiến thức về hệ thống điện.

________________

Tặng bạn bộ tài liệu

“Bộ thuyết minh bản vẽ hệ thống điện căn hộ du lịch và khách sạn Penninsula” 

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !

Tự tin thiết kế hệ thống cơ điện trong 2 tháng

Học Thử Miễn Phí Các khoá học  Nhận ưu đãi giá trị

__CONFIG_colors_palette __ {"active_palette": 0, "config": {"Colors": {"62516": {"name": "Main Accent", "parent": - 1}}, "gradient": []}, " bảng màu ": [{" name ":" Bảng màu mặc định "," giá trị ": {" màu sắc ": {" 62516 ": {" val ":" rgb (19, 114, 211) "," hsl ": {" h ": 210," s ": 0,83," l ": 0,45}}}," gradient ": []}}]} __ CONFIG_colors_palette__