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
Đám mây, an ninh mạng và AI công nghiệp - Kiến trúc tương lai mang lại sự cân bằng hoàn hảo

Đám mây, an ninh mạng và AI công nghiệp - Kiến trúc tương lai mang lại sự cân bằng hoàn hảo

Trong bối cảnh công nghiệp đang chuyển mình mạnh mẽ sang mô hình vận hành thông minh, câu hỏi “đám mây hay tại chỗ an toàn hơn?” trở thành tâm điểm tranh luận. Sau nhiều sự cố an ninh mạng đáng chú ý trong các nhà máy, nhiều tổ chức vội vàng cô lập hệ thống, tin rằng ngắt kết nối đồng nghĩa với an toàn. Tuy nhiên, thực tế cho thấy sự cô lập này đôi khi tạo ra những khoảng trống nguy hiểm hơn cả việc kết nối.
Số hóa chuỗi cung ứng, xanh hóa tăng trưởng thúc đẩy ngành Công Thương bứt phá hội nhập mạnh mẽ

Số hóa chuỗi cung ứng, xanh hóa tăng trưởng thúc đẩy ngành Công Thương bứt phá hội nhập mạnh mẽ

Ngày 03/12, tại Hà Nội, Cục Thương mại điện tử và Kinh tế số, Bộ Công Thương phối hợp với các đơn vị liên quan tổ chức Diễn đàn Chuyển đổi số ngành Công Thương năm 2025 với chủ đề: “Chuyển đổi kép: Số hóa chuỗi cung ứng - Xanh hóa tăng trưởng".
Tiết kiệm hàng tỷ đồng nhờ tối ưu vận hành tại NMLD Dung Quất

Tiết kiệm hàng tỷ đồng nhờ tối ưu vận hành tại NMLD Dung Quất

Tại Nhà máy Lọc dầu (NMLD) Dung Quất, phân xưởng LCO-HDT được thiết kế để loại bỏ lưu huỳnh và các tạp chất khác trong các dòng nguyên liệu LCO từ phân xưởng RFCC, đây là một công đoạn bắt buộc trong quy trình sản xuất dầu diesel thương phẩm. Tuy nhiên, Thạc sĩ Lê Quốc Việt - Phó Trưởng phòng Công nghệ chế biến, Ban Nghiên cứu Phát triển đã phát hiện khả năng thay đổi chế độ vận hành phân xưởng để tiết giảm năng lượng mà vẫn duy trì chất lượng sản phẩm.
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/12: Canh các nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/12: Canh các nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội

Sau phiên hồi phục mạnh ngày 2/12, thị trường dự báo sẽ xuất hiện các nhịp biến động trong phiên 3/12. VN-Index vẫn theo xu hướng đi lên, mở ra cơ hội cho nhà đầu tư canh các nhịp rung lắc để giải ngân vào nhóm cổ phiếu đang hút dòng tiền.
Thị trường tự động hóa không dây công nghiệp sẽ tăng tốc như thế nào trong giai đoạn 2025 - 2029

Thị trường tự động hóa không dây công nghiệp sẽ tăng tốc như thế nào trong giai đoạn 2025 - 2029

Một báo cáo mới dài 245 trang từ Research and Markets cho thấy thị trường tự động hóa không dây công nghiệp toàn cầu sẽ tiếp tục mở rộng mạnh mẽ trong giai đoạn 2025 - 2029. Theo dự báo, quy mô thị trường dự kiến tăng thêm 2,37 tỷ USD, tương ứng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) 6,9%.
4 thành viên Bách khoa tham gia Tổ Giúp việc xây dựng chính sách quốc gia về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo

4 thành viên Bách khoa tham gia Tổ Giúp việc xây dựng chính sách quốc gia về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo

Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính vừa ký Quyết định số 2622/QĐ-TTg thành lập Tổ Giúp việc của Thủ tướng Chính phủ về phát triển khoa học công nghệ (KHCN), đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số và Đề án 06. Tham gia Tổ Giúp việc, có 4 thành viên là cán bộ, cựu cán bộ, cựu sinh viên Đại học Bách khoa Hà Nội.
LPBank liên tiếp ngăn chặn các vụ lừa đảo chiếm đoạt tài sản

LPBank liên tiếp ngăn chặn các vụ lừa đảo chiếm đoạt tài sản

Trước tình trạng tội phạm công nghệ cao diễn biến phức tạp với nhiều thủ đoạn tinh vi, đội ngũ cán bộ nhân viên LPBank đã thể hiện sự nhạy bén và tinh thần trách nhiệm cao, kịp thời phát hiện và ngăn chặn nhiều vụ lừa đảo qua mạng, bảo vệ an toàn tài sản hàng trăm triệu đồng cho khách hàng.
Thị trường chứng khoán ngày 2/12: VN Index mất mốc 1.700 điểm rồi bật tăng mạnh cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 2/12: VN Index mất mốc 1.700 điểm rồi bật tăng mạnh cuối phiên

Sau nhịp rung lắc khá căng thẳng giữa phiên, có lúc mất mốc 1.700 điểm, VN Index bất ngờ đảo chiều mạnh mẽ nhờ dòng tiền vào nhóm trụ và sự hồi phục lan tỏa ở nhóm chứng khoán. Qua đó, giúp thị trường lấy lại khí thế và mở ra kỳ vọng tiến lên vùng 1.750 điểm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/12/2025: Tuổi Tuất gặp may, tuổi Dần dễ rơi cảnh túng thiếu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/12/2025: Tuổi Tuất gặp may, tuổi Dần dễ rơi cảnh túng thiếu

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 3/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Bộ KH và CN phối hợp với IAEA đánh giá tích hợp cơ sở hạ tầng điện hạt nhân ở Việt Nam

Bộ KH và CN phối hợp với IAEA đánh giá tích hợp cơ sở hạ tầng điện hạt nhân ở Việt Nam

Thực hiện chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ, Trưởng ban Ban Chỉ đạo xây dựng nhà máy điện hạt nhân, từ ngày 1 - 11/12 tại Hà Nội, Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN), đầu mối là Cục An toàn bức xạ và hạt nhân đã chủ trì, phối hợp các bộ, ngành có liên quan của Việt Nam làm việc với Đoàn công tác của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) để đánh giá toàn diện cơ sở hạ tầng điện hạt nhân quốc gia tại Việt Nam (Intergrated Nuclear Infrastructure Review Mission - INIR Mission).
song-gia-tri