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
Vinamilk đón nhận Huân chương độc lập hạng nhất tại dấu mốc 50 năm

Vinamilk đón nhận Huân chương độc lập hạng nhất tại dấu mốc 50 năm

Ngày 20/8/2026 tại TP.HCM, Vinamilk tiếp tục đón nhận Huân chương Độc lập hạng Nhất – phần thưởng cao quý của Đảng và Nhà nước ghi nhận những đóng góp của doanh nghiệp đối với sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Dấu mốc nửa thế kỷ cũng mở ra một chặng phát triển mới của thương hiệu sữa Việt, với mục tiêu tiếp tục đổi mới để phụng sự tốt hơn cho sức khỏe cộng đồng và đưa những giá trị Việt Nam vươn xa trên thị trường quốc tế.
Vietcombank huy động hơn 3.000 tỷ đồng qua trái phiếu

Vietcombank huy động hơn 3.000 tỷ đồng qua trái phiếu

Từ tháng 6/2026 đến nay, Vietcombank đã huy động thành công 7 lô trái phiếu, qua đó thu về 3.450 tỷ đồng với lãi suất cao nhất lên đến 8%/năm.
Doanh nghiệp thuộc Hội Tự động hóa Việt Nam kết nối cơ hội hợp tác tại Automation Taipei 2026

Doanh nghiệp thuộc Hội Tự động hóa Việt Nam kết nối cơ hội hợp tác tại Automation Taipei 2026

Triển lãm Automation Taipei và Intelligent Asia 2026 diễn ra tại Đài Loan đang trở thành điểm hội tụ của các doanh nghiệp, công nghệ và giải pháp mới trong lĩnh vực tự động hóa, robot và sản xuất thông minh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/8/2026: Tuổi Thìn vận trình khởi sắc, tuổi Tuất cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/8/2026: Tuổi Thìn vận trình khởi sắc, tuổi Tuất cần thận trọng

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 22/8/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 21/8: Cổ phiếu chứng khoán bùng nổ, VN Index tăng gần 34 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 21/8: Cổ phiếu chứng khoán bùng nổ, VN Index tăng gần 34 điểm

Dòng tiền tăng tốc trong phiên chiều giúp thị trường đảo chiều mạnh, VN Index tăng 33,88 điểm và vượt MA20 ngày. Nhóm chứng khoán trở thành tâm điểm với hàng loạt cổ phiếu tăng trần, trong khi sắc xanh cũng lan rộng sang ngân hàng, bất động sản và nhóm vốn hóa vừa.
12 cơ sở giáo dục đại học được lựa chọn trở thành đầu tàu dẫn dắt

12 cơ sở giáo dục đại học được lựa chọn trở thành đầu tàu dẫn dắt

Phó Thủ tướng Lê Tiến Châu vừa kí Quyết định số 1612, phê duyệt Đề án phát triển, nâng cao chất lượng các cơ sở giáo dục đại học trên địa bàn Thủ đô.
TP.Hồ Chí Minh đưa KHCN từ phòng thí nghiệm vào thực tiễn, tạo động lực tăng trưởng mới

TP.Hồ Chí Minh đưa KHCN từ phòng thí nghiệm vào thực tiễn, tạo động lực tăng trưởng mới

Sau hơn một năm triển khai Nghị quyết 57-NQ/TW, TP.Hồ Chí Minh đang từng bước chuyển trọng tâm phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số từ việc xây dựng cơ chế, chính sách sang hình thành những mô hình có khả năng tạo ra giá trị thực.
Dòng chảy trí tuệ qua các thế hệ Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam

Dòng chảy trí tuệ qua các thế hệ Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam

Hơn 43 năm xây dựng và phát triển, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) đã quy tụ, đoàn kết và phát huy sức sáng tạo của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ. Qua các thời kỳ, những người đứng đầu Liên hiệp Hội Việt Nam đều là những nhà khoa học có uy tín, bản lĩnh và trách nhiệm xã hội. Dù ở những cương vị, lĩnh vực chuyên môn và hoàn cảnh lịch sử khác nhau, các thế hệ Chủ tịch đều để lại những dấu ấn riêng, cùng tạo nên một dòng chảy xuyên suốt: trí tuệ gắn với trách nhiệm, khoa học gắn với thực tiễn và cống hiến gắn với lợi ích quốc gia, dân tộc.
Cấp học bổng toàn phần cho 1.500 nhà khoa học trẻ, sinh viên xuất sắc đi đào tạo ở nước ngoài về công nghệ chiến lược

Cấp học bổng toàn phần cho 1.500 nhà khoa học trẻ, sinh viên xuất sắc đi đào tạo ở nước ngoài về công nghệ chiến lược

Phó Thủ tướng Lê Tiến Châu ký Quyết định số 1600/QĐ-TTg phê duyệt Đề án “Chương trình học bổng toàn phần dành cho các nhà khoa học trẻ, sinh viên xuất sắc đi đào tạo tại các trường đại học hàng đầu thế giới về các công nghệ chiến lược” (Đề án).
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/8: Thận trọng, giữ danh mục hiện tại

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/8: Thận trọng, giữ danh mục hiện tại

VN-Index tăng hơn 7 điểm trong phiên 20/8, nhưng thanh khoản xuống mức thấp nhất từ đầu năm và đà tăng phụ thuộc đáng kể vào nhóm vốn hóa lớn. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục thận trọng, duy trì danh mục hiện tại và chờ tín hiệu rõ hơn từ dòng tiền.