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

vcca2026
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 10/7: Khối ngoại rót gần 1,4 nghìn tỷ, VN Index vẫn lao dốc

Thị trường chứng khoán ngày 10/7: Khối ngoại rót gần 1,4 nghìn tỷ, VN Index vẫn lao dốc

Dòng tiền ngoại đổ mạnh vào thị trường với giá trị mua ròng gần 1,4 nghìn tỷ đồng nhưng không thể ngăn VN Index nối dài chuỗi giảm điểm. Dòng tiền nội thận trọng khiến sắc đỏ tiếp tục bao trùm bảng điện tử.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/7/2026: Tuổi Tỵ công danh khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng trong đầu tư

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/7/2026: Tuổi Tỵ công danh khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng trong đầu tư

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 11/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Doanh nghiệp Việt khai phá lợi thế độ chính xác từ công nghệ sản xuất của Ý

Doanh nghiệp Việt khai phá lợi thế độ chính xác từ công nghệ sản xuất của Ý

Nền công nghiệp và công nghệ của Ý (Italia) nổi tiếng toàn cầu nhờ sự kết hợp hoàn hảo giữa kỹ thuật cơ khí chính xác, tự động hóa và thiết kế thẩm mỹ độc bản. Đặc trưng “Made in Italy” thể hiện rõ qua nhiều thế mạnh cốt lõi, trong đó có chế tạo máy & tự động.
Hạ tầng số đang định hình động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Hạ tầng số đang định hình động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Từ khu công nghiệp thế hệ mới đến giao thông công cộng, đầu tư công và quản trị đô thị, những lĩnh vực tưởng chừng riêng lẻ được đề cập tại họp báo kinh tế - xã hội TP.Hồ Chí Minh ngày 9/7 lại cùng phản ánh một xu hướng rõ nét: Thành phố đang từng bước xây dựng "hạ tầng số" làm nền tảng cho mô hình tăng trưởng mới. Khi dữ liệu, công nghệ và tự động hóa ngày càng hiện diện trong mọi lĩnh vực, chuyển đổi số không còn là một chương trình riêng lẻ mà đang trở thành năng lực cạnh tranh của đô thị.
PGS.TS. Tạ Hải Tùng giữ chức Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội

PGS.TS. Tạ Hải Tùng giữ chức Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội

Chiều 9/7, tại Lễ công bố Quyết định về công tác nhân sự do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức, Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo Hoàng Minh Sơn đã trao quyết định bổ nhiệm PGS.TS.Tạ Hải Tùng, Bí thư Đảng ủy, Hiệu trưởng Trường Công nghệ Thông tin và Truyền thông thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội, giữ chức vụ Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội.
Camera AI: Bước chuyển mình thành "lá chắn" an toàn cho nhà máy thông minh

Camera AI: Bước chuyển mình thành "lá chắn" an toàn cho nhà máy thông minh

Sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI), thị giác máy tính và hạ tầng IoT đang đưa hệ thống camera IP vượt ra khỏi vai trò giám sát truyền thống để trở thành một phần của hệ thống an toàn công nghiệp. Tuy nhiên, để những giải pháp này đáp ứng các tiêu chuẩn bảo hiểm và quy định khắt khe, doanh nghiệp cần nhiều hơn một thuật toán AI - đó là một nền tảng quản trị vận hành có khả năng giám sát và đảm bảo dịch vụ liên tục.
Hải Anh JSC tuyển dụng Kỹ sư Điện – Tự động hóa

Hải Anh JSC tuyển dụng Kỹ sư Điện – Tự động hóa

Công Ty Cổ phần thương mại Kỹ thuật Hải Anh (HẢI ANH JSC) đang tuyển dụng Kỹ sư Điện - Tự động hóa làm việc tại Nhà máy Nova Energy - Khu Công nghệ cao Hòa Lạc, Hà Nội.
Cơ chế, chính sách bảo tồn, phát huy văn hóa truyền thống các dân tộc thiểu số

Cơ chế, chính sách bảo tồn, phát huy văn hóa truyền thống các dân tộc thiểu số

Chính phủ ban hành Nghị định số 269/2026/NĐ-CP quy định một số cơ chế, chính sách bảo tồn và phát huy văn hóa truyền thống các dân tộc thiểu số.
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/7: Thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/7: Thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro

Sau hai phiên phục hồi liên tiếp, thị trường chứng khoán đã quay đầu điều chỉnh trong phiên 9/7 khi áp lực chốt lời gia tăng. Các công ty chứng khoán cho rằng xu hướng điều chỉnh ngắn hạn vẫn chưa kết thúc, nhà đầu tư nên ưu tiên quản trị rủi ro và chờ tín hiệu rõ ràng hơn trước khi giải ngân.
Bộ ngắt mạch Power Defense™ giảm nguy cơ xảy ra phóng điện hồ quang

Bộ ngắt mạch Power Defense™ giảm nguy cơ xảy ra phóng điện hồ quang

Dòng sản phẩm cầu dao tự động vỏ đúc Eaton Power Defense giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm nguy cơ xảy ra sự cố phóng điện hồ quang.
vn-web
song-gia-tri