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
Tin bài khác
Vinamilk và chiến lược tăng trưởng hai con số

Vinamilk và chiến lược tăng trưởng hai con số

Trong khuôn khổ diễn đàn, bà Mai Kiều Liên, Tổng Giám đốc Vinamilk (HOSE: VNM), đã mang đến những góc nhìn sâu sắc về chiến lược tăng trưởng hai con số cho ngành sữa - một lĩnh vực không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn góp phần quan trọng vào sự phát triển thể chất và trí tuệ của thế hệ tương lai Việt Nam.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Hàng loạt chiến lược mới thu hút khách hàng và thúc đẩy tăng trưởng

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Hàng loạt chiến lược mới thu hút khách hàng và thúc đẩy tăng trưởng

Tuần qua, nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: Hội nghị Đầu tư Techcombank 2025 - Đưa Việt Nam tăng trưởng hai con số; Vietcombank đẩy mạnh tín dụng, hỗ trợ kinh tế tăng trưởng bền vững; Sacombank đồng hành cùng doanh nghiệp,...
Điều khiển xoay tải trong hệ thống cần cẩu sử dụng phương pháp trượt phân cấp kết hợp tối ưu bầy đàn

Điều khiển xoay tải trong hệ thống cần cẩu sử dụng phương pháp trượt phân cấp kết hợp tối ưu bầy đàn

Nghiên cứu này tập trung vào việc điều khiển hướng của tải trong hệ thống cầu trục, với mục tiêu đảm bảo điều khiển hướng chính xác đồng thời dập tắt dao động dư do sự xoắn cáp gây ra.
Ủy ban Thường vụ Quốc hội bàn giải pháp phát triển nhân lực khoa học công nghệ, AI và CNTT

Ủy ban Thường vụ Quốc hội bàn giải pháp phát triển nhân lực khoa học công nghệ, AI và CNTT

Tại Phiên họp thứ 47, Ủy ban Thường vụ Quốc hội đã tập trung thảo luận các chính sách phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao, đặc biệt trong các lĩnh vực khoa học công nghệ, trí tuệ nhân tạo (AI), công nghệ thông tin và công nghiệp bán dẫn - nền tảng cho tăng trưởng nhanh và bền vững trong kỷ nguyên mới.
Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA) tiếp tục được công nhận đến 1 điểm

Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA) tiếp tục được công nhận đến 1 điểm

Ngày 11/7, Chủ tịch Hội đồng Giáo sư Nhà nước Nguyễn Kim Sơn đã ký ban hành Quyết định số 26/QĐ-HĐGSNN phê duyệt Danh mục tạp chí khoa học được tính điểm của 28 Hội đồng Giáo sư ngành, liên ngành năm 2025
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/7/2025: Tuổi Tuất dễ gặp căng thẳng, tuổi Mùi gặp tích cực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/7/2025: Tuổi Tuất dễ gặp căng thẳng, tuổi Mùi gặp tích cực

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 12/7/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 11/7: Tín hiệu điều chỉnh đang hình thành?

Thị trường chứng khoán ngày 11/7: Tín hiệu điều chỉnh đang hình thành?

Dù tiếp tục ghi nhận phiên tăng điểm, thị trường ngày 11/7 đang phát đi tín hiệu thận trọng khi VN Index hình thành cây nến Doji với bóng trên dài – dấu hiệu cho thấy áp lực chốt lời đang tăng dần sau chuỗi phiên tăng nóng. Dòng tiền vẫn hoạt động tích cực như không có sự lan tỏa rộng và sự phân hóa ngày càng rõ rệt giữa các nhóm ngành.
Hội Tự động hóa Việt Nam và ENVIVA hợp tác phát triển AI phục vụ sản xuất và đào tạo

Hội Tự động hóa Việt Nam và ENVIVA hợp tác phát triển AI phục vụ sản xuất và đào tạo

Ngày 11/07, tại Hà Nội, Hội Tự động hoá Việt Nam (VAA) đã ký biên bản hợp tác với Công ty Cổ phần Tư vấn Công nghệ ENVIVA.
Techcombank khẳng định vai trò dẫn dắt với Investment Summit 2025

Techcombank khẳng định vai trò dẫn dắt với Investment Summit 2025

Ngân hàng TMCP Kỹ thương Việt Nam (Techcombank) tổ chức thành công Techcombank Investment Summit 2025 với chủ đề “Việt Nam mới: Tầm nhìn kiến tạo giá trị.
Để AI “chiếm lĩnh” cuộc sống ở mức độ nào là do tính toán của con người

Để AI “chiếm lĩnh” cuộc sống ở mức độ nào là do tính toán của con người

Những năm gần đây, AI đang dần chiếm ưu thế và can thiệp quá nhiều vào đời sống con người. Thậm chí, với nghề viết và ngành giáo dục, AI cũng đã len lỏi và can thiệp mỗi ngày một sâu sắc,…