Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch

Kỹ thuật điều khiển
15/04/2025 14:15
Bài viết giới thiệu kỹ thuật bảo vệ thích ứng được phát triển cho động cơ điện khi có sự cố ngắn mạch bên trong và bên ngoài động cơ điện.
aa
Động cơ điện mới có thể tăng hiệu quả của các xe điện, xe máy điện và tua-bin gió Bảo trì dự đoán động cơ điện Sản xuất ô tô điện bền vững có thể không cần sử dụng nam châm làm từ đất hiếm

Đặt vấn đề

Trong hệ thống lưới điện nguồn công nghiệp thì các loại động cơ điện ba pha là loại tải phổ biến nhất và có tổng công suất tiêu thụ năng lượng điện nhiều nhất. Loại tải này có đặc điểm: luôn có trạng thái khởi động/dừng lặp đi lặp lại; dòng điện khởi động cao, với động cơ rotor lồng sóc lại có thể coi là ngắn mạch rotor tại thời điểm khởi động; chế độ làm việc dễ xuất hiện trạng thái quá nhiệt cuộn dây stator, tiềm ẩn ngắn mạch giữa các cuộn dây stator,…

Việc bảo vệ động cơ điện chống lại sự cố ngắn mạch bằng các hệ thống bảo vệ relays và tự động hóa cung cấp điện nguồn (đóng-cắt nguồn) của lưới điện luôn được sự quan tâm nghiên cứu phát triển. Một trong những hướng chính của sự nghiên cứu phát triển Hệ thống bảo vệ relays và tự động hóa lưới điện là “Phát triển các thuật toán mới có tính thích ứng”, đặc biệt chú trọng cho đối tượng là các trạm biến áp điện (có hệ thống phân hối điện động lực cho các động cơ điện) được cải tạo và xây lắp mới theo hướng các trạm biến áp điện kỹ thuật số.

Trạm biến áp điện kỹ thuật số được đặc trưng bởi sự hiện diện các thiết bị relays bảo vệ thông minh có khả năng tự thiết lập cấu hình và tự thích ứng với các tham số của đối tượng cần được bảo vệ. Như vậy, nghiên cứu phát triển các thuật toán mới có tính thích ứng; phân tích hiệu quả; khả thi về kỹ thuật;… sẽ là nội dung chính. Hệ thống relays bảo vệ thích ứng có tiềm năng được ứng dụng rộng rãi trong các trạm biến áp điện kỹ thuật số và lưới điện kỹ thuật số - những hệ thống vật lý cho phép triển khai các thuật toán phức tạp của bảo vệ thích ứng.

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch
Động cơ điện ba pha là loại tải phổ biến nhất và có tổng công suất tiêu thụ năng lượng điện nhiều nhất, chế độ làm việc dễ xuất hiện trạng thái quá nhiệt cuộn dây stator, tiềm ẩn ngắn mạch giữa các cuộn dây stator,…

Nội dung

Các thiết bị đóng-cắt dòng điện truyền thống thường có dòng điện cắt cố định, dòng điện cắt này được xác định từ giá trị lớn nhất của dòng điện khởi động trong chế độ tải cực đại của lưới điện nguồn và từ dòng điện trong cuộn dây stator ở chế độ ngắn mạch các đầu cực cấp nguồn cho động cơ điện. Để cung cấp khả năng thích ứng, trong tài liệu [1, 2] đã đề xuất giá trị dòng điện cắt được xác định tại thời điểm ngắn mạch. Tuy nhiên, giá trị dòng điện cắt này không được xác định chính xác do nó còn phụ thuộc trạng thái lưới điện nguồn tại thời điểm xảy ra ngắn mạch. Dòng điện cắt được xác định như vậy cũng được xác định là có tính thích ứng.

Tuy nhiên, với dòng điện cắt thích ứng này có khả năng xảy ra vấn đề kích hoạt sai (tức giá trị dòng điện cắt có thể là giả) khi có hiện tượng ngắn mạch trong lưới điện nguồn của cơ sở công nghiệp. Hiện tượng này có thể xuất hiện khi vận hành các loại động cơ điện, cụ thể là trong trường hợp: sức điện động của động cơ điện được bảo vệ lại lớn hơn điện áp nguồn từ lưới điện nguồn đặt lên động cơ điện này.

Cách giải vấn đề này là sử dụng thiết bị đóng-cắt có tính năng cắt dòng điện thích ứng có được từ động cơ điện. Thiết bị đóng-cắt này so với thiết bị đóng-cắt truyền thống là có hiệu quả tốt hơn do loại bỏ được sự kích hoạt sai khi xuất hiện ngắn mạch trong lưới điện nguồn của cơ sở công nghiệp. Sơ đồ cắt dòng điện thích ứng có được từ động cơ điện, được trình bày trên H.1, gồm: khối 2 - xác định giá trị thực của dòng điện khởi động; khối 3 - xác định giá trị thực của dòng điện cắt của dòng điện cắt thích ứng; khối 4 - relays dòng điện; khối 5 - ước lượng công suất; khối 6 - logic; khối 7 - tạo điện áp tham chiếu; khối 8 - chấp hành.

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch
H.1: Mạch dòng điện cắt thích ứng từ động cơ điện và kết nối của nó tới mạng lưới điện nguồn

Nhờ các khối tạo điện áp tham chiếu và ước lượng công suất, dòng điện cắt thích ứng có thể phân biệt được sự cố ngắn mạch trong cuộn dây stator của động cơ điện M với sự cố ngắn mạch trong lưới điện nguồn. Điều này cho phép giảm giá trị dòng điện cắt, bởi loại trừ được việc thiết lập giá trị dòng điện cắt từ giá trị dòng điện trong cuộn dây stator trong trạng thái ngắn mạch bên ngoài.

Nhược điểm (theo [1, 3]) của dòng điện cắt truyền thống và dòng điện cắt thích ứng là tồn tại một vùng chết khi có ngắn mạch gần điểm 0 (thí dụ điểm đấu nối chung của 3 cuộn dây stator của động cơ điện 3 pha) và giá trị dòng điện cắt chỉ có tác động khi xảy ra ngắn mạch ở các cực cấp điện nguồn, và như vậy là không bảo vệ hết các trạng thái ngắn mạch cuộn dây stator. Trong tài liệu [4] đã mô tả một thiết bị bảo vệ dòng điện của động cơ điện với độ nhạy được tăng lên. Mạch bảo vệ dòng điện gồm hai dòng điện cắt: một dòng điện cắt được thực hiện trên các dòng điện từ các cực pha; dòng điện cắt còn lại được thực hiện từ dòng điện trung tính. Cách bảo vệ này có thể được gọi là “dòng điện cắt kép hoặc hai chiều”. Sơ đồ mạch của nó được trình bày trên H.2.

Bộ bảo vệ động cơ điện M theo “dòng điện cắt hai hướng” gồm: bộ cắt dòng điện DC1 có đầu vào là các dòng điện pha R-S-T ở các đầu cực cấp nguồn từ lưới điện nguồn của động cơ điện M; bộ cắt dòng điện DC2 có đầu vào các dòng điện pha của ba cuôn dây stator đầu hình sao từ phía điểm trung tính của động cơ điện M. Để cắt nguồn dòng điện vào động cơ điện M, thiết bị đóng-cắt nguồn sẽ chịu sự điều khiển của DC1 hoặc DC2 thông qua bộ logic OR.

Bộ bảo vệ động cơ điện M khỏi ngắn mạch theo dòng điện cắt hai hướng sẽ phản ứng với hiện tượng ngắn mạch ở cả các đầu cực và đầu cuối các cuộn dây stator, điều này giúp loại bảo vùng chết ở quá trình ngắn mạch gần điểm 0 và qua đó tang hiệu quả bảo vệ động cơ điện M.

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch
H.2: lMạch bảo vệ ngắn mạch động cơ điện M theo dòng điện cắt hai hướng

Tuy nhiên, nếu xuất hiện trạng thái ngắn mạch bên trong không đối xứng ở phần giữa các cuộn dây stator thì độ nhậy của bộ bảo vệ hai hướng này có thể là chưa đủ theo mục đích bảo vệ động cơ điện khỏi sự ngắn mạch.

Để bảo vệ tốt các cuộn dây stator của động cơ điện M trước sự ngắn mạch không đối xứng giữa các cuộn dây stator, [5] đã đề xuất bộ dòng điện cắt lọc hai hướng với sơ đồ mạch như trên H.3.

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch
H.3: Mạch bảo vệ ngắn mạch động cơ điện M theo dòng điện cắt hai hướng có lọc

Mạch bảo vệ ngắn mạch động cơ điện theo cách: sử dụng hai dòng điện cắt DC1 và DC2 có tác dụng chống sự ngắn mạch ba pha; hai lọc dòng cắt LDC1 và LDC2 có tác dụng chống ngắn mạch không đối xứng với cách hoạt động như bảo vệ vi sai.

Kết luận

Các động cơ điện ba pha có đấu nối sao chiếm phần lớn trong các hệ truyền động điện công nghiệp, việc bảo vệ chúng khỏi sự phá hủy do hiện tượng ngắn mạch bên trong cuộn dây stator với cả hiện tượng ngắn mạch đối xứng và không đối xứng và ngắn mạch giữa các cực cấp nguồn là việc quan trọng, vì thế cần phân tích các thiết bị bảo vệ ngắn mạch hiện hữu và thử nghiệm những mạch bảo vệ mới là công việc đáng quan tâm.

Hai mạch bảo vệ ngắn mạch được giới thiệu và phân tích trong bài viết đã đưa ra góc nhìn đầy đủ hơn về các hiện tượng ngắn mạch bên trong và bên ngoài động cơ điện, cũng như ngắn mạch đối xứng và không đối xứng giữa các cuộn dây stator và kỹ thuật bảo vệ.

Qua bài viết cũng gợi mở hướng phát triển kỹ thuật mới là phát triển thuật toán ứng dụng cho các bộ bảo vệ ngắn mạch của động cơ điện.

Tài liệu tham khảo

  1. Шабанов В. А., Зунг Н. Т., Васильев П. И. Устройство адаптивной токовой отсечки электродвигателей. Патент RU № 2686081 C1 // Опубликовано: 24.04.2019 Бюл. № 12.
  2. Шабанов В. А., Зунг Н. Т., Васильев П. И. Принцип действия адаптивной токовой отсечки электродвигателей // «Повышение надежности и энергоэффективности электро-технических систем и комплексов»: V-й межвуз. сб. науч. тр.– Уфа, Изд-во УГНТУ, 2018. С.206–211.
  3. Шабанов В. А., Резник Е. С., Васильев П. И. Патент RU 2759512 C1. Устройство направленной адаптивной токовой отсечки электродвигателей // Заявл. 11.02.2021. Опубл. 15.11.2021. БИ № 31.
  4. Шабанов В. А., Алексеев В. Ю., Путинцева А. А. Устройство токовой защиты электр-одвигателей. Патент на полезную модель. № 164467. Опубл. 10.09.2016. Бюл. № 25.
  5. Шабанов В. А., Зунг. Н.Т., Путинцева А. А. Устройство токовой защиты электро-двигателей. Патент U 2654208 C1. Дата заявки 27.02.2017. Дата публикации 17.05.2018. Бюл. № 14.

Nguyễn Tiến Dũng
Bauman Moscow State Technical University
Email: tiendung.bmstu@bk.ru

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 04/9: Cổ phiếu VIC “dẫn sóng”, VN Index tăng hơn 25 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 04/9: Cổ phiếu VIC “dẫn sóng”, VN Index tăng hơn 25 điểm

VN Index tăng hơn 25 điểm và vượt mốc 1.850 trong phiên cuối tuần, nhưng độ rộng thị trường vẫn nghiêng về bên giảm. Cổ phiếu VIC trở thành động lực chính của chỉ số, trong khi thanh khoản suy giảm cho thấy dòng tiền chưa thực sự lan tỏa.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/9/2026: Tuổi Ngọ vận trình hanh thông, tuổi Thìn nên thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/9/2026: Tuổi Ngọ vận trình hanh thông, tuổi Thìn nên thận trọng tài chính

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 5/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Từ “cỗ máy ngốn điện” trở thành khách hàng linh hoạt của lưới điện

Từ “cỗ máy ngốn điện” trở thành khách hàng linh hoạt của lưới điện

Câu chuyện trung tâm dữ liệu AI (Data Center AI) tiêu tốn điện năng không còn là câu chuyện mới. Vấn đề nằm ở chỗ hàng chục, thậm chí hàng trăm megawatt ấy xuất hiện vào lúc nào, tập trung ở đâu, linh hoạt đến đâu và có thể “đi cùng nhịp” với lưới điện hay không? Cùng TĐHNN thử đi tìm lời giải cho những câu hỏi này.
Bộ Chính trị đặt mục tiêu đến 2030 du lịch đóng góp 10 - 12% GDP, đón 45 - 50 triệu khách quốc tế

Bộ Chính trị đặt mục tiêu đến 2030 du lịch đóng góp 10 - 12% GDP, đón 45 - 50 triệu khách quốc tế

Nghị quyết 26-NQ/TW của Bộ Chính trị đặt mục tiêu đưa du lịch thực sự trở thành ngành kinh tế mũi nhọn trong kỷ nguyên mới, chuyển trọng tâm từ tăng trưởng dựa vào số lượng sang chất lượng, giá trị gia tăng và phát triển bền vững.
Biến dữ liệu thành sự cải tiến liên tục

Biến dữ liệu thành sự cải tiến liên tục

Mitsubishi Electric giới thiệu GENESIS, bộ phần mềm tự động hóa SCADA thế hệ mới được phát triển nhằm hỗ trợ các nhà sản xuất xây dựng môi trường sản xuất kết nối, linh hoạt và dựa trên dữ liệu. Nền tảng tích hợp khả năng điều khiển, lưu trữ dữ liệu lịch sử, phân tích, trực quan hóa và kết nối trực tiếp với các sản phẩm tự động hóa của Mitsubishi Electric.
Honor âm thầm ra mắt smartphone pin 8.100 mAh, chống nước IP69K, có phím AI riêng

Honor âm thầm ra mắt smartphone pin 8.100 mAh, chống nước IP69K, có phím AI riêng

Honor vừa âm thầm giới thiệu Honor 600S 5G, mẫu smartphone tầm trung gây chú ý với viên pin 8.100 mAh, khả năng chống nước chống bụi chuẩn IP69K và loạt tính năng AI được tích hợp ngay trên máy.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/9: Nắm giữ cổ phiếu còn duy trì xu hướng tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/9: Nắm giữ cổ phiếu còn duy trì xu hướng tích lũy

Sau phiên điều chỉnh đầu tháng 9, VN-Index được dự báo sẽ tiếp tục rung lắc và tích lũy trong vùng 1.820-1.840 điểm. Nhà đầu tư nên ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu còn duy trì được nền tích lũy hoặc xu hướng tăng, đồng thời chủ động hạ tỷ trọng tại các mã suy yếu.
Quỹ Nafosted đặt hàng 40 robot tự hành vệ sinh đô thị

Quỹ Nafosted đặt hàng 40 robot tự hành vệ sinh đô thị

Không phải một nguyên mẫu đơn lẻ, Việt Nam đang đặt hàng một “đội quân” gồm 40 robot di động tự hành cùng hệ thống trạm hỗ trợ và nền tảng điều phối thông minh, nhằm ứng dụng vào vệ sinh môi trường đô thị. Đây cũng là nhiệm vụ đặt hàng đầu tiên thuộc chương trình đặc biệt về công nghệ chiến lược.
K9 Đá Chông - Nơi ký ức Người còn mãi

K9 Đá Chông - Nơi ký ức Người còn mãi

Kỷ niệm 81 năm Quốc khánh 2/9 (2/9/1945 - 2/9/2026), trở về K9 Đá Chông giữa núi rừng Ba Vì, những dấu tích gắn với Chủ tịch Hồ Chí Minh vẫn được gìn giữ như một phần ký ức đặc biệt của dân tộc. Trong ngày lịch sử, nơi đây thêm trang nghiêm với lễ dâng hoa, dâng hương tưởng niệm Người của Quân ủy Trung ương, Bộ Quốc phòng.
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm phát biểu tại Hội nghị toàn quốc quán triệt, triển khai nghị quyết, chỉ thị của Bộ Chính trị

Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm phát biểu tại Hội nghị toàn quốc quán triệt, triển khai nghị quyết, chỉ thị của Bộ Chính trị

Sáng 3/9, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm có bài phát biểu quan trọng chỉ đạo Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện một số nghị quyết, chỉ thị của Bộ Chính trị. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn phát biểu của đồng chí Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm.