Ngắn mạch là gì? Hiện tượng ngắn mạch và các loại ngắn mạch 1 pha, 3 pha

Bạn luôn nghe người ta nhắc đến thuật ngữ ngắn mạch, vậy có bao giờ bạn tự đặt câu hỏi ngắn mạch là gì? Nếu bạn đang thắc mắc về vấn đề này thì chúng tôi hi vọng bài viết dưới đây sẽ giúp bạn giải đáp được phần nào những vấn đề của mình.

Ngắn mạch là gì?

Ngắn mạch là sự cố về điện xảy ra khi hai cực dương và cực âm tiếp xúc trực tiếp với nhau mà không quá tải, ngắn mạch hay còn gọi là hiện tượng đoản mạch mà chúng ta vẫn thường nghe mọi người nói, thuật ngữ tiếng anh của nó là Short circuit. Nó là một hiện tượng mạch điện cho dòng điện chạy qua khi trở kháng của mạch bằng 0 hoặc không đáng kể, khi hiện tượng ngắn mạch xảy ra giá trị điện áp sẽ trở về bằng không và cường độ dòng điện sẽ phụ thuộc vào trở kháng của mạch điện.

Tránh nhầm lẫn với hiện tượng quá tải (overload) cũng là một sự cố về điện tuy nhiên nó xảy ra khi dòng điện chảy qua mạch điện vượt qua giá trị cho phép hay giá trị định mức của mạch. Khi quá tải giá trị điện áp của nó vân sẽ giảm xuống nhưng không giống với ngắn mạch là trở về giá trị không.

Dòng ngắn mạch là gì?

Trong quá trình tìm hiểu không ít người trong chúng ta thường sẽ bị nhầm lẫn giữa ngắn mạch và dòng ngắn mạch, như chúng ta biết nguyên lí vận hành tổng thể của một mạch điện (nguồn điện, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, thiết bị thi hành, động cơ, tụ điện…) luôn luôn tuân thủ định luật OHM: I=V/R trong đó I là dòng điện, V là điện áp và R là điện trở. Trong quá trình vận hành các dây dẫn bị chạm với nhau lúc này điện trở vô cùng nhỏ, theo định luật OHM ta sẽ có được một kết quả vô cùng lớn, trên thực tế thì điện trở ngắn mạch có giá trị nên dòng điện lúc này không phải là giá trị vô cùng mà là rất lớn, giá trị này gọi là dòng điện ngắn mạch, hay nói một cách khác dòng điện ngắn mạch là dòng điện tăng lên đáng kể trong quá trình xảy ra hiện tượng ngắn mạch.

Hiện tượng ngắn mạch

Hiện tượng ngắn mạch xảy ra khi mạch điện bị chập lại ở một điểm nào đó làm cho tổng trở mạch nhỏ đi khi đó dòng điện trong mạch sẽ tăng cao đột ngột, điện áp sẽ giảm xuống và dòng điện tăng lên. Như vậy hiện ngắn mạch xảy ra như sau: quá trình dòng điện tăng lên vượt quá mức làm thay đổi dòng và áp dẫn đến tổng trở của hệ thống giảm.

Ngắn mạch 1 pha và ngắn mạch 3 pha

Có nhiều hiện tượng dạng ngắn mạch khác nhau như ngắn mạch một pha, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch hai pha đất, ngắn mạch ba pha. Tuy nhiên chúng ta sẽ tìm hiểu về ngắn mạch một pha và ngắn mạch ba pha vì đây là hai sự cố về điện khi xảy ra ảnh hưởng rất lớn đến tình trạng làm việc của toàn bộ hệ thống điện. Vậy như thế nào là ngắn mạch 1 pha?

Có thể nói đây là loại sự cố ngắn mạch có xác suất xảy ra lớn nhất chiếm khoảng 65% trong quá trình vận tải của hệ thống điện, kí hiệu là N(1), 1LG. Trái ngược với ngắn mạch một pha, ngắn mạch 3 pha là loại sự cố xác suất xảy ra khá thấp khoảng 5%, tuy nhiên đây là loại sự cố nguy hiểm nhất trong các loại ngắn mạch, sở dĩ gọi là ngắn mạch ba pha vì nó xảy ra đồng thời ở cả ba pha, kí hiệu là N(3), 3PH. Một khi sự cố ngắn mạch xảy ra cần phải kịp thời phát hiện và khắc phục ngay để trách những rủi ro phức tạp hơn.

Các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng ngắn mạch được kể đến là các thiết bị điện kém đi hoặc hư hỏng do quá trình sử dụng lâu dẫn đến khả năng cách điện của dây dẫn kém, quá nhiều thiết bị điện sử dụng cùng một lúc gây quá tải, ngoài ra trong quá trình mắc nối nối nhầm các mạch với nhau, hoặc khi nối các mạch với nhau không tính toán trước, do các hiện tượng thời tiết xấu như sấm sét, bão lũ….

Ngắn mạch gây ra hậu quả rất lớn như các thiết bị điện phát nóng dẫn đến phát nổ, gây nhiễu đường dây truyền tải thông tin, có thể làm hỏng sản phẩm và các hoạt động sản xuất đình trệ, điện áp giảm và mất cân bằng làm ảnh hưởng đến phụ tải,  khi điện áp giảm cũng có thể làm các thiết bị điện ngừng hoạt động… Mà một trong những biện pháp khắc phục sự cố về ngắt mạch phải kể đến là  thường xuyên bảo trì, kiểm tra, thay mới các đường dây thiết bị điện, tránh sử dụng nhiều thiết bị điện cùng một lúc, ngắt các kết nối thiết bị điện trong điều kiện thời tiết không tốt, sử dụng hệ thống attomat cho hệ thống điện để ngắt điện kịp thời khi có sự cố xảy ra tránh trường hợp hư cả hệ thống, đặc biệt là tính toán trước. Tuy nhiên trong thực tế để tính toán được ngắn mạch rất khó khăn và khó chuẩn xác, các thông số trong tính toán đều được quy về giá trị điện áp ngắn mạch ba pha và các thí nghiệm cũng quy về thí nghiệm ngắn mạch ba pha. Dưới đây là một số công thức để biết được dòng ngắn mạch bằng bao nhiêu dòng định mức ở từng trường hợp khác nhau.

Dòng ngắn mạch bằng bao nhiêu dòng định mức?

Đối với tính toán dòng ngắn mạch tại thanh cái hạ áp của máy biến áp phân phối trung-hạ. Một máy biến áp, để tiện cho việc tính toán chúng ta bỏ qua những tổng trở của hệ thống lưới trung thế Isc = (In*100)/Usc where In = (P*10^3)/U20√3   trong đó P là công suất định mức của máy biến áp (kVA), U20  là điện áp dây phía thứ cấp khi không tải (V), In là dòng định mức (A), Isc là dòng ngắn mạch (A), Usc là điện áp ngắn mạch của máy biến áp (%).

Đối với tính dòng ngắn mạch ba pha tại điểm bất kì của lưới hạ thế được thực hiện theo công thức :

Isc = U20.√3.Zt

Trong đó U20 là điện áp dây phía thứ cấp khi không tải của máy biến áp (V), Zt là tổng trở trên môi pha tới điểm ngắn mạch (Ω).

Tại đây chúng ta sẽ có cách tính Zt, Z có hai thành phần là R và X, các thành phần R, X, Z được thể hiện bằng OHM. Phương pháp này sẽ chia mạng điện ra thành các đoạn và mỗi đoạn được đặc trưng bởi R và X khi đó tổng trở Z cho các đoạn nối tiếp sẽ được tính bằng Zt = √(Rt2+Xt2) trong đó Rt và Xt là tổng số học các trở kháng của các phân đoạn đi vào tập hợp này. Khi kết hợp hai phân đoạn bất kì mắc song song thường chỉ xuất hiện một trong hai giá trị là X hoặc R sẽ được coi như một phân đoạn có R3 = (R^1*R^2)/ (R1+R2) hoặc đối với giá trị X3 = (X1*X2)/(X1+X2) điều kiện là R1 song song với R2 và X1 song song với X2. Tuy nhiên nếu có nhiều mạch song song quá giá trị X3 sẽ lớn hơn rất nhiều.

Trên đây là những điểm cần lưu ý về ngắn mạch, hi vọng bài viết đã giải đáp được những thắc mắc của bạn về hiện tượng ngắn mạch cũng như các thuật ngữ liên quan đến vấn đề ngắn mạch nhé!

 

Coi nguyên bài viết ở : Ngắn mạch là gì? Hiện tượng ngắn mạch và các loại ngắn mạch 1 pha, 3 pha