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
Từ giao thông đến đất đai: TP. Hồ Chí Minh đẩy mạnh tự động hóa quy trình quản trị, số hóa dữ liệu

Từ giao thông đến đất đai: TP. Hồ Chí Minh đẩy mạnh tự động hóa quy trình quản trị, số hóa dữ liệu

Tại buổi họp báo cung cấp thông tin về các vấn đề kinh tế - xã hội trên địa bàn TP.Hồ Chí Minh ngày 11/6/2026, nhiều nội dung liên quan đến hạ tầng giao thông, quản lý đất đai, trật tự đô thị và công tác quản lý địa phương đã được các đơn vị chuyên môn trao đổi với báo chí. Dưới góc nhìn chuyển đổi số và quản trị hiện đại, những thông tin được chia sẻ cho thấy xu hướng ngày càng rõ nét của TP. Hồ Chí Minh trong việc ứng dụng dữ liệu và công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả quản lý đô thị.
Đào tạo kỹ sư Robot và AI: Đón đầu tương lai từ giảng đường

Đào tạo kỹ sư Robot và AI: Đón đầu tương lai từ giảng đường

Đón đầu xu thế phát triển của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tiên phong xây dựng và triển khai ngành Kỹ thuật Robot và Trí tuệ nhân tạo từ năm 2021. Khi khóa kỹ sư đầu tiên chuẩn bị tốt nghiệp cũng là thời điểm robot và trí tuệ nhân tạo được xác định là công nghệ chiến lược quốc gia, minh chứng cho tầm nhìn, sự chủ động và hướng đi đúng đắn của một chương trình đào tạo hiện đại, gắn kết chặt chẽ giữa nhà trường, doanh nghiệp và nhu cầu phát triển của đất nước.
Thị trường chứng khoán ngày 12/6: Tiền vào chưa đủ mạnh, VN Index lại hụt hơi trước mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 12/6: Tiền vào chưa đủ mạnh, VN Index lại hụt hơi trước mốc 1.800 điểm

Thanh khoản bật tăng sau phiên cạn kiệt dòng tiền, nhưng thị trường vẫn không thoát khỏi sắc đỏ và mất mốc 1.800 điểm. Áp lực từ nhóm bất động sản và cổ phiếu trụ khiến VN Index mất gần 7 điểm, nối dài chuỗi giảm sang tuần thứ tư liên tiếp.
World Cup 2026: Đêm Azteca, trọng tài có thêm đôi mắt

World Cup 2026: Đêm Azteca, trọng tài có thêm đôi mắt

World Cup 2026 mở màn tại Mexico City bằng hai bàn thắng, ba tấm thẻ đỏ và một lời tuyên cáo lạnh lùng của công nghệ - trên sân cỏ hiện đại, những gì khuất sau lưng trọng tài chưa chắc đã thoát khỏi những con mắt điện tử. Mexico thắng Nam Phi 2-0, còn VAR cùng các hệ thống theo dõi tân tiến lập tức chiếm lấy phần hậu cảnh, nơi quyền lực đôi khi đáng sợ hơn cả ánh đèn sân khấu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/6/2026: Tuổi Ngọ đón tin vui tài lộc, tuổi Thân cẩn trọng trong các mối quan hệ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/6/2026: Tuổi Ngọ đón tin vui tài lộc, tuổi Thân cẩn trọng trong các mối quan hệ

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 13/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Petrovietnam công bố và trao quyết định Phó Bí thư Đảng ủy và Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn

Petrovietnam công bố và trao quyết định Phó Bí thư Đảng ủy và Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn

Ngày 12/6, Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) tổ chức Lễ công bố quyết định đồng chí Lê Mạnh Cường giữ chức Phó Bí thư Đảng ủy Tập đoàn và đồng chí Vũ Đào Minh giữ chức Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/6: Nhà đầu tư nên cân bằng danh mục, chờ dòng tiền quay trở lại

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/6: Nhà đầu tư nên cân bằng danh mục, chờ dòng tiền quay trở lại

Thị trường chứng khoán đang trong giai đoạn tích lũy khi dòng tiền suy yếu, thanh khoản xuống thấp và chưa xuất hiện động lực đủ mạnh để hình thành xu hướng tăng mới. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì trạng thái cân bằng danh mục, hạn chế gia tăng tỷ trọng cổ phiếu và chờ tín hiệu cải thiện rõ ràng hơn từ thanh khoản.
Ngành công nghiệp toàn cầu: Tăng hiệu suất động cơ thêm 0,2% có thể tiết kiệm 12 tỷ USD

Ngành công nghiệp toàn cầu: Tăng hiệu suất động cơ thêm 0,2% có thể tiết kiệm 12 tỷ USD

Một cải tiến tưởng chừng rất nhỏ trong hiệu suất vận hành của các động cơ và máy phát điện công nghiệp lại có thể tạo ra tác động kinh tế và môi trường khổng lồ. Theo báo cáo mới từ ABB, việc nâng hiệu suất của các động cơ và máy phát điện đồng bộ công suất lớn thêm chỉ 0,2% có thể giúp các doanh nghiệp trên toàn cầu tiết kiệm từ 9,5 đến 12 tỷ USD chi phí điện năng, đồng thời cắt giảm tới 75 triệu tấn khí thải CO₂ trong vòng đời vận hành 25 năm.
Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026: Khẳng định vai trò của Việt Nam trong định hình tương lai khu vực

Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026: Khẳng định vai trò của Việt Nam trong định hình tương lai khu vực

Khép lại ngày 10/6 với sự tham dự của hơn 1.200 đại biểu đến từ nhiều quốc gia và tổ chức quốc tế, Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026 (ASEAN Future Forum - AFF 2026) tiếp tục khẳng định vị thế là một trong những không gian đối thoại chiến lược quan trọng của khu vực. Không chỉ tạo diễn đàn trao đổi cởi mở, thực chất về những vấn đề đang định hình tương lai Đông Nam Á, sự kiện còn cho thấy vai trò ngày càng nổi bật của Việt Nam trong việc đóng góp, dẫn dắt và định hình chương trình nghị sự chung của ASEAN.
Biệt thự Eurowindow Central Avenue - Tài sản “giá trị kép” hút giới đầu tư thông thái

Biệt thự Eurowindow Central Avenue - Tài sản “giá trị kép” hút giới đầu tư thông thái

Giữa bối cảnh các kênh đầu tư tài chính biến động rủi ro như chứng khoán, vàng, giới đầu tư tinh anh đang ráo riết dịch chuyển dòng vốn về tài sản thực như bất động sản. Tại trung tâm (TP. Vinh) thủ phủ tỉnh Nghệ An, biệt thự Eurowindow Central Avenue đang là lựa chọn đáng chú ý mang đến lời giải cho bài toán kép: vừa an cư vừa gia tăng giá trị đầu tư dài hạn.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc