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

chao-mung-ngay-bao-chi
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán 20/6: Cổ phiếu phòng thủ chịu áp lực, nhóm đầu cơ dẫn sóng phiên cuối tuần

Thị trường chứng khoán 20/6: Cổ phiếu phòng thủ chịu áp lực, nhóm đầu cơ dẫn sóng phiên cuối tuần

Phiên giao dịch cuối tuần ngày 20/6 khép lại với sắc đỏ nhẹ trên chỉ số VN Index nhưng lại mở ra nhiều tín hiệu tích cực ở chiều sâu thị trường. Dòng tiền không còn mặn mà với nhóm vốn hóa lớn, mà đang tìm cơ hội ở midcap và các nhóm ngành hưởng lợi từ đầu cơ và câu chuyện riêng. Mặc dù chỉ số giảm nhẹ, xu hướng tăng trung hạn vẫn chưa bị phá vỡ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/6/2025: Tuổi Thân tin vui tài lộc, tuổi Tuất gặp khó khăn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/6/2025: Tuổi Thân tin vui tài lộc, tuổi Tuất gặp khó khăn

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 21/6/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chủ tịch nước Lương Cường gặp mặt, tuyên dương người làm báo tiêu biểu

Chủ tịch nước Lương Cường gặp mặt, tuyên dương người làm báo tiêu biểu

Sáng 20/6, tại Phủ Chủ tịch, Chủ tịch nước Lương Cường gặp mặt, tuyên dương người làm báo tiêu biểu toàn quốc, nhân kỷ niệm 100 năm Ngày Báo chí Cách mạng Việt Nam (21/6/1925-21/6/2025).
Câu chuyện thu phí từ độc giả vẫn là “giấc mơ xa” nhưng không thể không làm

Câu chuyện thu phí từ độc giả vẫn là “giấc mơ xa” nhưng không thể không làm

Đó là ý kiến của không ít nhà báo trong phiên thảo luận về nguồn thu báo chí, tại Diễn đàn báo chí toàn quốc lần thứ II, trong khuôn khổ Hội Báo toàn quốc 2025, sáng 20/5.
Toà soạn số: Hành trình chuyển mình của báo chí hiện đại

Toà soạn số: Hành trình chuyển mình của báo chí hiện đại

Chuyển đổi số trong báo chí đang đặt ra yêu cầu cấp thiết về xây dựng mô hình tòa soạn số hiện đại, linh hoạt và thích ứng với môi trường truyền thông số đa nền tảng.
Báo chí cách mạng Việt Nam: Ngọn cờ tư tưởng, động lực to lớn góp phần đưa đất nước vững bước vào kỷ nguyên mới

Báo chí cách mạng Việt Nam: Ngọn cờ tư tưởng, động lực to lớn góp phần đưa đất nước vững bước vào kỷ nguyên mới

Nhân dịp kỉ niệm 100 năm Báo chí cách mạng Việt Nam (21/6/1925 - 21/6/2025), Tạp chí Tự động hoá Ngày nay trân trọng giới thiệu bài viết của đồng chí Nguyễn Trọng Nghĩa, Uỷ viên Bộ Chính trị, Bí thư Trung ương Đảng, Trưởng Ban Tuyên giáo và Dân vận Trung ương.
Ứng dụng AI giải quyết hiệu quả thủ tục hành chính khi triển khai sáp nhập

Ứng dụng AI giải quyết hiệu quả thủ tục hành chính khi triển khai sáp nhập

Trong quá trình sắp xếp, tinh gọn bộ máy, không thể tránh khỏi những phát sinh trong lĩnh vực giải quyết thủ tục hành chính. Để giải quyết hiệu quả các thách thức này, Tập đoàn VNPT đã đề xuất lãnh đạo các tỉnh, thành phố xem xét, ưu tiên triển khai mạnh mẽ các ứng dụng trí tuệ nhân tạo.
Chỉ có sự xác tín và sản phẩm báo chí chất lượng mới thắng được mạng xã hội và AI

Chỉ có sự xác tín và sản phẩm báo chí chất lượng mới thắng được mạng xã hội và AI

Báo chí thời kỷ nguyên số phải đối mặt với thông tin giả, độc giả trẻ rời bỏ, giảm nguồn thu, cùng với sự cạnh tranh khốc liệt từ mạng xã hội và công nghệ AI. Để giữ chân độc giả, không còn cách nào khác là phải quay lại vấn đề cốt lõi: làm báo chất lượng và xây dựng sự xác tín.
Tạp chí khoa học: Lực lượng quan trọng trong phát triển KH và CN

Tạp chí khoa học: Lực lượng quan trọng trong phát triển KH và CN

Trong chặng đường 100 năm báo chí cách mạng Việt Nam, khối tạp chí khoa học mặc dù ra đời muộn hơn nhưng đến nay chiếm số lượng khá lớn trong tổng số các đầu báo, tạp chí của nước ta, đồng thời đã có nhiều đóng góp lớn trong phát triển khoa học, công nghệ (KH, CN) của nước nhà.
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/6: Thị trường chờ "cú hích" của phiên ETF

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/6: Thị trường chờ "cú hích" của phiên ETF

Thị trường ngày 19/6 ghi nhận thêm một phiên giao dịch đi ngang với cây nến Doji xanh. Dù không có biến động lớn trong ngày đáo hạn phái sinh, thị trường tiếp tục tích lũy tại vùng đỉnh với thanh khoản sụt giảm và sự phân hóa rõ nét giữa các nhóm ngành. Dự báo phiên cuối tuần sẽ có nhiều biến động do hoạt động cơ cấu của các quỹ ETF.
siement
Quảng cáo
moxa