bau-cu-dai-bieu
acecook

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

mca-thong-bao
Tin bài khác
Lan tỏa tri thức khoa học và công nghệ trong kỷ nguyên số

Lan tỏa tri thức khoa học và công nghệ trong kỷ nguyên số

Trong bối cảnh Nghị quyết số 57-NQ/TW đang ngày càng đi vào cuộc sống, việc lan tỏa tri thức khoa học và nâng cao nhận thức xã hội về vai trò của khoa học, công nghệ được thúc đẩy thông qua các nền tảng truyền thông số.
Eximbank tăng trích lập dự phòng, lợi nhuận 2025 sụt giảm mạnh

Eximbank tăng trích lập dự phòng, lợi nhuận 2025 sụt giảm mạnh

Khép lại năm 2025, lợi nhuận trước thuế tại Eximbank giảm đến 64% so với năm trước, chỉ thực hiện được 29% kế hoạch cả năm. Hiện Eximbank đang dồn lực cho công cuộc tái cấu trúc và chuyển đổi hệ thống toàn diện.
AI chưa gây thất nghiệp, nhưng làm chậm tuyển dụng lao động trẻ

AI chưa gây thất nghiệp, nhưng làm chậm tuyển dụng lao động trẻ

Một nghiên cứu mới của Anthropic cho thấy trí tuệ nhân tạo (AI) chưa gây ra làn sóng thất nghiệp như nhiều lo ngại trước đây. Tuy nhiên, những tín hiệu ban đầu cho thấy AI đang làm chậm lại cơ hội gia nhập thị trường lao động của người trẻ, đặc biệt ở các nghề nghiệp trí thức.
Cuộc tranh tài của 450 học sinh trung học với 242 đề tài khoa học diễn ra vào 20 - 22/3

Cuộc tranh tài của 450 học sinh trung học với 242 đề tài khoa học diễn ra vào 20 - 22/3

Hơn 450 học sinh trung học với 242 dự án nghiên cứu khoa học sẽ tham gia tranh tài tại Vòng Chung kết Cuộc thi Nghiên cứu khoa học, kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học năm học 2025 - 2026 tại Đại học Phenikaa. Cuộc thi do Bộ GDĐT chủ trì, Sở GDĐT Hà Nội và Đại học Phenikaa phối hợp tổ chức.
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/3: Duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức vừa phải đến thấp

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/3: Duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức vừa phải đến thấp

Sau phiên giảm điểm ngày 12/3, các chuyên gia cho rằng xu hướng ngắn hạn của thị trường vẫn chưa thực sự tích cực. Trong bối cảnh đó, nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức vừa phải đến thấp, hạn chế sử dụng margin và thận trọng với các nhịp hồi kỹ thuật.
Siemens và Palo Alto Networks phối hợp giới thiệu giải pháp Mạng 5G riêng bảo mật cho môi trường công nghiệp

Siemens và Palo Alto Networks phối hợp giới thiệu giải pháp Mạng 5G riêng bảo mật cho môi trường công nghiệp

Siemens vừa công bố một giải pháp mạng 5G riêng tích hợp an ninh mạng dành cho môi trường công nghiệp, được phát triển cùng chuyên gia an ninh mạng Palo Alto Networks. Giải pháp mới hướng đến việc giúp các nhà sản xuất triển khai kết nối không dây quy mô lớn trong nhà máy thông minh, đồng thời đảm bảo an toàn mạng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của các hệ thống sản xuất thời gian thực.
An ninh mạng trở thành ưu tiên hàng đầu của ngành ô tô

An ninh mạng trở thành ưu tiên hàng đầu của ngành ô tô

Một khảo sát toàn cầu mới do ABB Robotics thực hiện cho thấy an ninh mạng đang vượt lên trên nhiều ưu tiên truyền thống của ngành ô tô như cắt giảm chi phí, sản xuất linh hoạt hay ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI). Kết quả phản ánh sự thay đổi rõ rệt trong cách các nhà sản xuất đánh giá rủi ro kỹ thuật số và tính liên tục của hoạt động sản xuất trong thời đại công nghiệp số.
Việt Nam vào top 5 điểm đến du lịch hấp dẫn nhất thế giới năm 2026

Việt Nam vào top 5 điểm đến du lịch hấp dẫn nhất thế giới năm 2026

Theo bảng xếp hạng của website du lịch quốc tế Travel and Tour World, Việt Nam nằm trong nhóm 5 điểm đến du lịch hấp dẫn nhất thế giới năm 2026 nhờ cảnh quan thiên nhiên nổi bật, di sản văn hóa phong phú, ẩm thực đặc sắc cùng chính sách thị thực ngày càng thuận lợi cho du khách quốc tế.
Sinh viên Hà Nội đối diện với "khoảng trống tâm lý": Cần được nhận diện và bảo vệ

Sinh viên Hà Nội đối diện với "khoảng trống tâm lý": Cần được nhận diện và bảo vệ

Nhằm nâng cao nhận thức về sức khỏe tâm lý trong môi trường đại học, Ban Nữ sinh Trường Đại học Luật Hà Nội tổ chức talkshow “Khi những khoảng trống cần được bảo vệ” vào ngày 7/3/2026. Chương trình được triển khai nhân dịp Ngày Quốc tế Phụ nữ 8/3, hướng tới việc tạo dựng không gian đối thoại cởi mở về những trạng thái tâm lý dễ bị tổn thương trong đời sống sinh viên.
VinEnergo và GE Vernova ký thỏa thuận công nghệ cho Nhà máy điện LNG Hải Phòng

VinEnergo và GE Vernova ký thỏa thuận công nghệ cho Nhà máy điện LNG Hải Phòng

VinEnergo và GE Vernova vừa ký thỏa thuận lựa chọn công nghệ cung cấp tua-bin khí và máy phát điện cho dự án Nhà máy điện LNG Hải Phòng. Dự án được kỳ vọng trở thành nhà máy điện khí LNG lớn nhất Việt Nam, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và thúc đẩy chuyển dịch năng lượng xanh.
song-gia-tri