bao ve dong co kđb 3 pha

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN

BẢO VỆ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Cán bộ hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN HÀO NHÁN HỒ TRƯỜNG SƠN, MSSV B1204859

Lớp: TC1261A2

Cần Thơ,

11/2015

Đồ án Hệ thống điện

i

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ............. 2

1.1. Cấu tạo .................................................................................................................. 2

1.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................................. 3

CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ XẢY RA VỚI ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA ................... 4

2.1. Điện áp của động cơ .............................................................................................. 4

2.1.1. Quá điện áp ..................................................................................................... 4

2.1.2. Thấp điện áp.................................................................................................... 4

2.2. Dòng điện trong động cơ ....................................................................................... 4

2.2.1. Dòng khởi động và dòng hãm......................................................................... 4

2.2.3. Dòng quá tải .................................................................................................... 5

2.2.4. Dòng ngắn mạch ............................................................................................. 6

2.3. Hiện tượng chập, chạm các cuộn dây của động cơ ............................................... 6

2.4. Mất căn bằng pha , động cơ bị mất pha ................................................................ 7

2.5. Quá tải ................................................................................................................... 8

CHƯƠNG 3. BẢO VỆ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ......................... 10

3.1. Bảo vệ quá dòng điện .......................................................................................... 10

3.2. Bảo vệ so lệch dòng điện .................................................................................... 11

3.3. Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây stato ............................................................... 13

3.4. Bảo vệ chống quá tải ........................................................................................... 14

3.5. Bảo vệ chống mất đối xứng ................................................................................ 16

3.6. Bảo vệ chống điện áp thấp .................................................................................. 16

3.7. Sơ đồ bảo vệ động cơ .......................................................................................... 17

CHƯƠNG 4. RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ .................................... 19

4.1. Giới thiệu chung .................................................................................................. 19

4.2. Giới thiệu relay số bảo vệ động cơ ..................................................................... 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 22


SVTH: HỒ TRƯỜNG SƠN Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Trong hệ thống điện công nghiệp, tải động cơ không đồng bộ đóng vai trò quan

trọng với 48% phụ tải . Do đó các chế độ hoạt động của loại động cơ này ảnh hưởng trực

tiếp đến tình trạng của hệ thống điện công nghiệp. Nhu cầu về việc hiểu rỏ những hư

hỏng, chế độ làm việc không bình thường cũng như các phương pháp bảo vệ động cơ

khỏi sự cố và cách ly thiết bị ra khỏi hệ thống là cần thiết.

Được sự cho phép của bộ môn Kỹ Thuật Điện, trường đại học Cần Thơ và sự

hướng dẫn của thầy Nguyễn Hào Nhán đã giúp em thực hiện đồ án “Bảo vệ động cơ

không đồng bộ ba pha”. Em thành thật cám ơn sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn

Hào Nhán đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Dù rất nổ lực trong quá trình thực hiện, nhưng giới hạn kiến thức cá nhân nên nội

dung không tránh khỏi những sai sót. Em mong nhận được sự đóng góp, bổ sung của

quý Thầy, Cô và các bạn để nội dung nghiêm cứu này của em có thể hoàn thiện.

Cần Thơ, ngày 5 tháng 11 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Hồ Trường Sơn



CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Động cơ không đồng bộ ba pha là một loại máy điện quay, làm việc theo nguyên lý

cảm ứng điện từ. Tốc độ quay của rotor động cơ khác với tốc độ quay của từ stator.

1.1. Cấu tạo

Động cơ không đồng bộ ba pha gồm 2 bộ phận chính là rotor (phần quay) và stator

(phần tĩnh), hình 1.1.

Hình 1.1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha

1.1.1. Stato

Stato động cơ có các phần chính: vỏ máy, mạch từ.

a. Vỏ máy

Có tác dụng cố định các chi tiết tĩnh của động cơ và bảo vệ động cơ khỏi các tác

động cơ khí.

b. Mạch từ

Được tạo nên từ sự kết hợp của lõi sắt và dây quấn stato.

Lõi sắt làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Trên lõi thép có tạo

các rãnh để chứa dây quấn.

Dây quấn stator của động cơ được xếp vào lõi thép sao cho từ trường sinh ra của

mỗi pha lệch nhau góc 1200.

1.1.2. Roto

Roto động cơ có 2 phần chính: lõi sắt và dây quấn



a. Lõi sắt

Lõi sắt roto có cấu tạo gần giống như của stato. Thường sẽ được gắn trực tiếp vào

trục quay của động cơ.

b. Dây quấn

Có hai loại dây quân rotor của động cơ, chính đặc điểm này mà phân biệt thành hai

lại rotor động cơ:

- Rotor dây quấn: giống như dây quấn của stato động cơ, được bố trí trên lõi thép

sao cho có cùng số cực từ với dây quấn stato. Dây quấn được nối hình sao, thông qua

các đầu ra được nối với cơ cấu vành trượt-chổi than, kết hợp với một biến trở để điểu

khiển tốc đô hoặc khởi động động cơ.

- Rotor lồng sóc: dây quấn rotor được thay thế bằng các thanh dẫn bằng nhôm hoặc

đồng, được đặt trong các rãnh của lõi sắt rotor vá nối ngắn mạch với nhau ở hai đầu nhờ

hai vành ngắn mạch. Các thanh dẫn thường được đặt nghiêng một bước rãnh để giảm

ảnh hưởng của moment phụ.

1.2. Nguyên lý hoạt động

Khi nguồn điện ba pha cấp vào động cơ, mạch từ trên stator sinh ra một từ trường

quay. Từ trường quay này móc vòng qua dây quấn ngắn mạch của rotor làm suất hiện

nguồn sức điện động cảm ứng trong rotor. Dòng điện cảm ứng trên rotor sẽ tạo ra từ

thông trên rotor, từ thông trên rotor tương tác với từ thông mạch từ stator làm rotor quay

theo chiều quay của từ trường stato. Tốc độ quay của rotor đòi hỏi phải chậm hơn tốc độ

quay của từ trường stato, vì để đảm bảo xuất hiện hiện tượng từ thông biến thiên trên các

vòng dây của rotor.



CHƯƠNG 2

CÁC VẤN ĐỀ XẢY RA VỚI ĐỘNG CƠ

2.1. Điện áp của động cơ

Động cơ 3 pha làm việc với hai cấp điện áp là điện áp pha và điện áp dây tương

ứng vào phương pháp đấu nối dây quấn stato là nối hình sao hay tam giác.

2.1.1. Quá điện áp

Hiện tượng quá điện áp thường đến từ nguồn điện cung cấp. Khi điện áp đặt vào

động cơ vượt quá giá trị định mức sẽ làm cho làm động cơ chạy quá tốc độ, hư hỏng

cách điện, dòng điện trong các cuộn dây tăng vượt định mức. Hậu quả gây ra là động cơ

bị quá tải, chập, chạm trong hệ thống dây quấn và nhiệt độ tăng cao có thể dẫn đến cháy

nổ.

2.1.2. Thấp điện áp

Khi điện áp cung cấp điện áp dưới 95% điện áp định mức, động cơ làm việc với

trạng thái thấp điện áp. Nguyên nhân có thể đến từ nguồn điện cung cấp. Hậu quả mang

lại là động cơ bị ngắt, tùy vào thời gian sụt áp mà tồn tại hai dạng ngắt mạch là ngắt

mạch ngắn hạn (dưới ba phút) và ngắt mạch dài hạn (trên ba phút). Làm việc thấp áp

cũng làm tốc độ giảm đi, ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất. Một vấn đề quan trọng là

động cơ có thể bị đốt nóng vì khi tự mở máy môment quay sẽ nhỏ hơn môment cản khi

động cơ bị thấp áp, trường hợp này động cơ rơi vào tình trạng quá tải.

2.2. Dòng điện trong động cơ

2.2.1. Dòng khởi động và dòng hãm

Độ lớn và thời gian tồn tại của dòng khởi động và dòng hãm của động cơ là những

yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ động cơ.

Dòng khởi động của động cơ thường lớn gấp bốn đến bảy lần dòng định mức và

thời gian tồn tại không quá 10s, dòng điện khởi động tồn tại bằng dòng điện khởi động

lớn nhất trong suốt quá trình khởi động . Đặc tuyến của dòng khởi động dựa vào tốc độ

và thời gian khởi động, hình 2.1a.

Dòng hãm động cơ xuất hiện khi động cơ bị hãm, dừng do sự cố hoặc mang tải quá

sức. Dòng điện hãm có độ lớn cực đại tương đương dòng khởi động và thời gian tồn tại

không thể quá 20s. Đặc tuyến dòng khởi động và dòng hãm thể hiện ở hình 2.1b.

Việc tồn tại quá lâu của dòng khởi động và dòng hãm đều đưa đến hậu quả làm

nóng, gây quá tải, quá dòng và hư hỏng cách điện dẫn đến ngắn mạch giữa các cuộn dây.

Đặc biệt do là nguyên do sinh ra dòng tương đối lớn, đòi hỏi các yêu cầu bảo vệ tương

đối cao.



a) b)

Hình 2.1. Đặc tuyến dòng khởi động và dòng hãm động cơ

a- Đặc tuyến của dòng khởi động dựa vào tốc độ và thời gian khởi động

b- Đặc tuyến dòng khởi động và dòng hãm

2.2.3. Dòng quá tải

Dòng điện quá tải là dòng điện vượt quá giá trị làm việc định mức của động cơ. Giá

trị dòng quá tải thường nhỏ hơn dòng gấp sáu lần dòng định mức. Nguyên nhân sinh ra

dòng quá tải thường suất phát từ quá trình khởi động và hảm động cơ, động cơ kéo tải

vượt đinh mức hoặc có thể từ các sự cộ bên ngoài động cơ liên qua đến nguồn điện cung

cấp. Dòng điện quá tải không nhất thiết là có hại với động cơ, điều này phụ thuộc vào

thời gian mà nó tồn tại. Các quá tải tạm thời trong thời gian ngắn là chấp nhận được, vì

động cơ luôn được thiết kế với khả năng chịu đựng quá tải ngắn hạn. Giới hạn này thường

tương đương với dòng quá tải xuất hiện trong ba lần khời động động cơ từ trạng thái

nguội. Dòng quá tải dài hạn làm động cơ rơi vào trạng thái quá tải nhiệt và làm suy giảm

tuổi thọ động cơ, hình 2.2 sẽ cho thấy điều đó.

Hình 2.2. Sự phụ thuộc của tuổi thọ động cơ vào đặc tính hoạt động.



2.2.4. Dòng ngắn mạch

Dòng điện ngắn mạch đạt giá trị gấp hàng trăm lần giá trị dòng điện định mức của

động cơ trong khoảng thời gian rất nhanh. Dòng ngắn mạch xuất hiện hiện tượng dòng

điện chạy tắt qua tải rồi chạy ngược về nguồn. Nguyên nhân sinh ra dòng ngắn mạch chủ

yến đến từ sự cố hư hỏng vỏ cách điện làm các cuộn dây trong động cơ chạm nhau hay

chạm nhau giữa các vòng dây. Dòng ngắn mạch hoàn toàn có hại với động cơ bởi vì giá

trị cực lớn của nó, dể dàng phá hủy các cấu trúc cách điện và đưa đến cháy nổ.

Dòng quá tải và dòng ngắn mạch được gọi chung là hiện tượng quá dòng điện. Đây

là nguyên nhân trực tiệp gây ra hư hỏng khi động cơ xảy ra sự cố. Hình 2.3 thể biểu thị

sự hình thành của dòng quá tải và dòng ngắn mạch.

2.3. Hiện tượng chập, chạm các cuộn dây của động cơ

Trong sản xuất, các động cơ thường được nối đất vỏ động cơ và trung tính các cuộn

dây của stator động cơ. Do đó, các sự cố về chập, chạm trong động cơ rất nhanh sẽ trở

thành sự cố chạm đất. Nguyên nhân đưa đến chập, chạm là do sự chạm nhau của các

cuộn dây, cuộn dây chạm vỏ động cơ hoặc các vòng dây trong cùng một cuộn chạm nhau

do hư hỏng vỏ cách điện, hình 2.4. Ở những động cơ công suất lớn các cuộn dây thưởng

nằm trong các rãnh riêng biệt của stator, vì vậy khả năng chạm nhau của hai pha chỉ có

thể xảy ra ở phần ngoài của thân stator. Hệ quả là tạo ra dòng điện ngắn mạch hoặc dòng

điện chạm đất có giá trị rất lớn và có thể làm hư hỏng cuộn dây, gây cháy nổ động cơ.Ảnh

hưởng của sự cố chạm đất phụ thuộc nhiều vào thế thống nối đất của lưới điện cung cấp.

Với lưới điện có hệ thống nối đất trực tiếp (sơ đồ TT) hay nối đất qua điện trở nhỏ

thì dòng điện sẽ qua đây chạy vào trong đất, do đó dòng chạm đất trong trường hợp có

giá trị gấp nhiều lần so với dòng điện định mức của động cơ. Trong trường hợp mạng

điện cung cấp có trung tính cách ly với đất hoặc nối đất qua điện kháng lớn (sơ đồ IT),

dòng chạm đất sẽ có giá trị nhỏ hơn tuy nhiên nó lại làm xuất hiện sự cố quá dòng trong

động cơ. Do đó, tùy hệ thống nối đất của lưới điện mà có phương pháp bảo vệ thích hợp

cho sự cố chạm đất.

Thông thường, các sự cố về chạm đất được bảo vệ qua một loại bảo vệ chạm đất,tuy

nhiên trong trường hợp các động cơ công suất lớn sự cố chạm pha của các cuộn dây sẽ

Dò

ng

điệ

n

Hình 2.3. Sự hình thành dòng quá tải



được bảo vệ riêng, bằng bảo vệ so lệnh trong các cuộn dây stator để ngăn chặn sự hình

thành của các dòng điện có giá trị quá lơn. Qua đó giảm được hư hại xảy ra trên cuộn

stator.

a) b)

Hình 2.4. Các sự cố chập, chạm các cuộn dây trong stator động cơ

a- Ngắn mạch cuộn đơn. b- Hai cuộn dây chạm nhau.

2.4. Mất căn bằng pha , động cơ bị mất pha

Tình trạng mất căn bằng (mất đối xứng) về pha xuất phát từ sự cố về nguồn điện

cấp cho động cơ, nó có thể là việc mất đối xứng của điện áp nguồn, bị mất pha do đứt

dây hay hở mạch trong đường dây cấp điện.

Hậu quả mà mất căn bằng điện áp mang lại là động cơ bị quá tải nhiệt, tăng dòng

điện với cùng một giá trị moment tải và có thể ảnh hưởng đến sự quay của rotor, hình

2.5 thể hiện sự ảnh hưởng của mất căn bằng áp lên sự hoạt động của động cơ ( theo tiêu

chuẩn IEC 60034-26).

Hình 2.5. Ảnh hưởng của mất căn pha lên hoạt động của động cơ.

Trường hợp bị mất 1 pha sẽ làm cho dòng điện trong động cơ xuất hiện thành phần

thứ tự nghịch có giá trị bằng với thành phần tự thuận (hình 2.6a) do thành phần tổng trở

thứ tự thuận nối tiếp với tổng trở thứ tự nghịch. Dòng điện thứ tự nghịch tạo nên từ thông

nghịch quay ngược chiều với rotor động cơ với tốc độ tương đối hai lần tốc độ góc, tạo

ra dòng cảm ứng lớn đốt nóng rotor và có thể ảnh hưởng sang cho stator. Ngoài ra thành

phần thứ tự nghịch còn làm tổn thất trong động cơ tăng (chủ yếu là tổn thất đồng), do đó

làm công suất đầu ra của động cơ giảm, hình 2.6b.

Giá trị của dòng điện thứ tự nghịch phụ thuộc vào mức độ không đối xứng của điện

áp nguồn và tỉ số tổng trở của thành phần thứ tự nghịch đối với thành phần thứ tự thuận.

Tỷ số của tổng trở thứ tự thuận với tổng trở thứ tự nghịch có thể gần bằng với tỷ số dòng



điện khởi động với dòng chạy đầy tải. Do đó, dòng điện thứ tự nghịch sẽ gần bằng với

tích số của điện áp thứ tự nghịch và tỷ số dòng khởi động với dòng đầy tải.

a) b)

Hình 2.6.

a- Mạch tương đương của động cơ cảm ứng khi mất điện một pha.

b- Độ giảm công suất đầu ra của động cơ khi điện áp cung cấp không căn bằng.

2.5. Quá tải

Động cơ thường bị phát nóng quá mức cho phép do dòng điện tăng cao lâu dài quá

giới hạn quy định, hoặc hệ thống làm mát kém hiệu quả hay không hoạt động. Đặc biệt

là trường hợp quá nhiệt do ảnh hưởng của thành phần dòng điện thự tự nghịch xuất hiện

trong các chế độ tải không đối xứng, ngắn mạch không đối xứng hoặc vận hành không

toàn pha (xem mục 2.4).

Động cơ có công suất càng lớn khả khả năng chịu quá tải theo dòng điện thứ tự

nghịch (tính trong hệ đơn vị tương đối) càng thấp.

Độ tăng nhiệt θ của động cơ gây dòng điện tải I có thể được biểu diển bằng phương

trình:

𝜃 = θcp (1- e-t

Tt) . (I

Icp)

2

(2.1)

Trong đó: 𝜃𝑐𝑝- nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép.

𝐼𝑐𝑝- dòng điện tải lâu dài cho phép (Idđ).

Tt - hằng số thời gian về nhiệt của vật thể.

t- thời gian .



Nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép đạt được sau khoảng thời gian giới hạn cho phép

tgh:

tgh=Tt.ln1

1- (Icp

I)

2 (2.2)

Độ tăng nhiệt độ cho phép khi xét đến nhiệt độ môi trường θ0:

θcp = θ0 + θ𝑚𝑎𝑥 (1- e-t

Tt) (2.3)

Trong đó: θ𝑚𝑎𝑥 – Nhiệt độ giới hạn lớn nhất.

Khi đó thời gian giới hạn để đạt đến nhiệt độ cho phép:

tgh = Tt.ln 1

1- (1-θ0

θcp

)(Icp

I)

2 (2.4)

So sánh độ tăng nhiệt độ của động cơ trong hai trường hợp trong hình 2.7,

cho thấy nhiệt độ môi trường càng cao thời gian cho phép quá tải càng thấp.

a) b)

Hình 2.7. Độ tăng nhiệt độ của vật thể dẫn điện khi:

a- không xét đến nhiệt độ môi trường xung quanh

b- có xét đến nhiệt độ môi trường xung quanh.



CHƯƠNG 3

BẢO VỆ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Các sự cố bên trong, bên ngoài của động cơ cũng như những chế độ vận hành không

đúng đều có thể gây ra nguy hại cho động cơ điện. Do đó đòi hỏi cần có những thiết bị

bảo vệ sử dụng cho động cơ. Tuy nhiên, trong thực tế các vấn đề sự cố thường có liên

quan với nhau về mặt hậu quả, đôi khi cùng một loại bảo vệ có thể được sử dụng để ngăn

ngừa nhiều hơn một sự cố. Các chế độ làm việc không bình thường và sự cố cùng các

thiết bị bảo vệ thường được sử dụng trong động cơ được liệt kê trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Các dạng sự cố và bảo vệ dùng cho cho động cơ KĐB ba pha.

Dạng sự cố, chế độ hoạt động bất bình thường Loại bảo vệ

Ngắn mạch giữa các cuộn dây và giữa các pha Quá dòng điện, so lệch dòng điện

Chập, chạm giữa các vòng dây Quá dòng, quá dòng có hướng

Quá tải Khởi động Kiểm tra thời gian khởi động

Chế độ làm việc Bảo vệ quá tải

Mất căn bằng giữa các pha Dòng thứ tự nghịch

Thấp điện áp Bảo vệ điện áp thấp

3.1. Bảo vệ quá dòng điện

Để thực hiện bảo vệ quá dòng cho các động cơ ba pha điện áp cao người ta thường

sử dụng sơ đồ hình 3.1, với 3 máy biến dòng và 3 rơle quá dòng (loại 50 hoặc 51) đặt

trên các pha. Chỉ số xung kích dòng điện mở máy của động cơ Ixk có thể đạt đến giá trị

10÷15 lần dòng danh định Idđ của động cơ (hình 3.3b), tuy nhiên nó chỉ tồn tại tròng thời

gian vài chu kỳ (f = 50 Hz), vì vậy thời gian trễ của bảo vệ trong trường hợp này trong

khoảng 3 chu kỳ ( khoảng 60 ms), hình 3.3a biểu diễn bảo vệ quá dòng có thời gian. Khi

đó dòng điện khởi động của bảo vệ có thể chọn theo trị số trung bình của dòng điện mở

máy Imm:

Ikd = Kat.Imm (3.1)

Trong đó: Kat, là hệ số an toàn (1,2÷1,3); Imm ≈ 3÷6 Idđ



Dòng khởi động của công thức trên thường có giá trị khá lớn, điều này dẫn đến hệ quả

là bảo vệ sẽ không tác động khi ngắn mạch tại gần trung điểm cuộn dây động cơ, đặc

biệt là khi nguồn cung cấp có công suất nhỏ.

Hình 3.1. Sơ đồ bảo vệ quá dòng điện động cơ

a) b)

Hình 3.2. a- Chọn dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian.

b- Dòng điện trong stator khi mở máy.

3.2. Bảo vệ so lệch dòng điện

Để chống ngắn mạch giữa các cuộn dây pha trong động cơ, người ta thường sử

dụng bảo vệ bảo vệ so lệch dòng điện có hãm, hình 3.4.

Dòng khởi động của bảo vệ so lệch thường chọn:

Ikđ ≥ 0.5 Idđ (3.2)

Bảo vệ trong trường hợp này có độ nhạy cao hơn nhiều so với bảo vệ quá dòng vời dòng

khởi động chọn theo (3.1).



Khi đó, dòng điện so lệch ISL xác định theo:

𝐼SL = 𝐼��1 − 𝐼��2 = 𝐼��𝑉 (3.3)

và dòng điện hãm IH bằng:

𝐼�� = 𝐼��1 + 𝐼��1 (3.4)

a)

b)

Hình 3.4. Bảo vệ so lệch có hãm cuộn dây động cơ.

a) Sơ đồ nguyên lý.

b) Đồ thị vector dòng làm việc và dòng hãm khi có ngắn mạch ngoài và

trong vùng bảo vệ.

Trong chế độ làm việc bình thường, ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng điện làm việc

sẽ bé hơn dòng điện hãm, nên relay so lệch ( so sánh biên độ giữa ILV và IH) không làm

việc. Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện ở một đầu của BI sẽ đổi chiều, lúc này

ILV > IH, nên relay sẽ làm việc, hình 3.4.



Ưu điểm của bảo vê loại này là ngăn ngừa được việc tác động không chọn lọc của

rơle dưới ảnh hưởng của dòng không căn bằng, đặc biệt là khi có ngắn mạch ngoài làm

dòng sự cộ chạy quay BI làm cho chúng bảo hòa.

3.3. Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây stato

Như đã trình bày ở chương 2, tùy thuộc vào hệ thống nối đất của lưới điện mà có

bảo vệ khác nhau.

Trong lưới điện có trung điểm nối đất trực tiếp hoặc nối đất qua điện trở bé sơ đồ

bảo vệ quá dòng ba pha nối hình sao dễ dàng phát hiện chạm đất trong cuộn dây stato

của động cơ vì dòng điện chạm đất lớn gấp nhiều lần dòng danh định của động cơ, hình

3.5a. Phía thứ cấp của các máy biến dòng được nối song song để có đạt tổng vector các

dòng dây pha, khi không có xảy ta sự cố tổng này bằng không. Relay bảo vệ có thể là

một relay bảo vệ quá dòng 50 hoặc 51.

Ikđ ≥ 0.2 Idđ (3.5)

Trong trường hợp, lưới điện có trung điểm cách ly với đất hoặc nối đất qua điện

kháng lớn, có hai loại bảo vệ trong trường hợp này:

- Bảo vệ quá dòng thứ tự không. Khi dòng điện dung do chạm đất chạy qua bảo vệ có trị

số lớn hơn hai lần dòng điện chỉnh định của rơle quá dòng. Khi này sẽ bảo vệ được 70-

80% cuộn dây stato, có nghĩa là khi chạm đất xảy ra ở khoảng 20-30% cuộn dây tính từ

trung điểm, bảo vệ sẽ không tác động, hình 3.5b.

Ikđ ≈ 2 ÷3 A (3.6)

- Hướng của công suất thứ tự không. Áp dụng trong trường hợp dòng điện dung của

trường hợp trên quá bé. Đối với lưới điện không nối đất bảo vệ được chỉnh theo công

suất biểu kiến còn đối với lưới có đặt cuộn dây Peterson thì bảo vệ được chỉnh theo thành

phần tác dụng của công suất thứ tự không. Cả hai loại bảo vệ trong trường hợp này có

độ nhạy cao, tác động cắt động cơ với thời gian khá bé.



a) b)

Hình 3.5. Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây stator động cơ

a) Dòng chạm đất lớn. b) Dòng chạm đất nhỏ.

3.4. Bảo vệ chống quá tải

Các động cơ ba pha công suất lớn thường được thiết kế với khá năng chịu quá tải

(quá tải nhiệt) rất gần giới hạn tương ứng ba lần khởi động liên tiếp từ trạng thái nguội

và hai lần từ trạng thái nóng với thời gian mở máy không được vượt quá giới hạn cho

phép đối với mỗi lần khởi động.

Khi quá tải, nhiệt độ của stator lẫn rotor của động cơ thường tăng cao. Trong chế

độ vận hành bình thường, động cơ cũng có thể rơi vào tình trạng quá tải do hư hỏng vể

phần cơ (rotor động cơ bị kẹt hay bị ma sát lớn) hoặc do phần điện ( điện áp nguồn cấp

bị giảm thấp, động cơ kéo tải quá định mức) hoặc bộ phận làm mát trong động cơ bị hư

hỏng. Trong hai trường hợp đầu quá tải kéo theo sự cố quá dòng điện, với trường hợp hư

hỏng hệ thống làm mát ta có thể dựa vào mức tăng nhiệt độ của hệ thống làm mát. Để

chống quá tải phía stator người ta thường kiểm tra thời gian mở máy tm để bảo vệ động

cơ trong trường hợp rotor động cơ bị kẹt. Sơ đồ bảo vệ được biểu diễn trong hình 3.6.

Hình 3.6. Bảo vệ quá tải động cơ với hai kênh đo lường.



Sơ đồ sử dụng relay quá dòng có đặc tính thời gian tác động độc lập và dòng khởi động

được chọn bé hơn dòng mở máy trung bình và thời gian tác động lớn hơn thời gian mở

máy bình thường:

Ikđ < Imtb ( Ihtb ); t > tm (3.7)

Với độ tăng nhiệt θ do dòng điện tải gây ra bằng:

𝜃 = 𝜃𝑐𝑝 (1 − 𝑒−𝑡

𝑇𝑡) . (𝐼

𝐼𝑐𝑝)

2

(3.8)

Trong đó: 𝜃𝑐𝑝- nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép.

𝐼𝑐𝑝- dòng điện tải lâu dài cho phép (Idđ).

Tt - hằng số thời gian về nhiệt của vật thể.

Nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép đạt được sau khoảng thời gian giới hạn cho phép tgh:

𝑡𝑔ℎ = 𝑇𝑡 . 𝑙𝑛1

1− (𝐼𝑐𝑝

𝐼)

2 (3.9)

Khi xét đến ảnh hưởng của môi trường, cần lưu ý nhiệt độ môi trường càng cao thì thời

gian cho phép quá tải càng thập.

Khi đó, bảo vệ sẽ không tác động khi mở máy hay hãm bình thường, mặc dù bảo vệ đã

khởi động, vì thời gian tác động của bảo vệ lớn hơn thời gian mở máy hay hãm bình

thường. Sau thời gian tm, bảo vệ sẽ trở về trạng thái không khởi động. Nếu dòng khởi

động bảo vệ tồn tại lâu hơn thời gian tm lúc này bảo vệ mới tác động ngắt.

Riêng đối với trường hợp của động cơ rôtor dây quấn, bảo vệ rôtor cần phối hợp đặc tính

tác động với phía stator theo quan hệ cho trong hình 3.7.

Hình 3.7. Quan hệ giữa mức quá tải và thời gian quá tải cho phép.



3.5. Bảo vệ chống mất đối xứng

Đặc điểm của chế độ mất đối xứng đó là làm xuất hiện thành phần dòng điện thứ

tự nghịch với trị số khá lớn, vì điện kháng thứ tự nghịch của động cơ thấp hơn điện kháng

thứ tự thuận của động cơ từ 5 đến 7 lần. Bảo vệ dòng điện thứ tứ nghịch đặt ở các động

cơ ba pha cao áp thường có dòng khởi động:

Ikđ ≈ 5. Idđ, (3.10)

Dòng thứ tự nghịch càng lớn thì thời gian cho phép tồn tại càng bé, vì vậy bảo vệ chống

dòng thứ tự nghịch thường có quan hệ thời gian t phụ thuộc tỷ lệ nghịch:

t = 𝐾1

(𝐼2

𝐼𝑑đ)

2− 𝐾2

2 (3.11)

Trong đó: K1, K2 là các hệ số tỷ lệ; K2 = ɑ.I2cp/Idđ.

ɑ là hằng số đối vời từng loại relay cụ thể.

Thực tế giá trị thời gian khởi động của bảo vệ khoảng vài giây. Sơ đồ nguyên lý của bảo

vệ dòng thứ tự nghịch sử dụng bộ lộc dòng thứ tự nghịch LI2 đấu với máy biến dòng đặt

trên hai pha của động cơ đưa đến relay quá dòng RI2, hình 3.8.

Hình 3.8. Bảo vệ dòng thứ tự nghịch cho động cơ ba pha.

Hai relay quá dòng khác nhau kiểm tra dòng của hai pha nói trên, nếu chúng vượt qua

giá trị 5Idđ (khi mở máy) các relay này thông qua cổng logic AND sẽ khởi động. Việc

kết hợp cổng logic này sẽ giúp ngăn chặn tác động nhầm do ảnh hưởng của thành phần

một chiều trong dòng điện trong quá trình mở máy.

Ưu điểm của bảo vệ này là nó có khả năng tác động với độ nhạy cao chống ngắn mạch

giữa các pha trong cuộn giây động cơ, đặc biệt trong vùng gần trung điểm cuộn dây.

3.6. Bảo vệ chống điện áp thấp

Để bảo vệ chống điện áp thấp người ta có thể dùng 2 hoặc 3 relay điện áp cực tiểu

làm việc qua relay thời gian, hình 3.9a. Với giá trị điện áp khởi động:

Ukđ = 0.6 Udđ, (3.12)



với thời gian tác động t = 0.5 ÷0.7 s

Hình 3.9a. Bảo vệ chống điện áp thấp đặt cho động cơ ba pha.

Để ngăn ngừa tác động nhầm của bảo vệ khi có hư hỏng trong mạch cấp nguồn (nổ cầu

chảy hoặc nhảy CB) người ta kết hợp các relay điện áp cực tiểu thông qua cổng logic

AND.

* Bảo vệ chống quá điện áp

Về lý thuyết, vẫn có thể bảo vệ quá điện áp đặt vào động cơ bằng cách sử dụng

relay quá điện áp đặt ở đầu cực cuộn dây động cơ, hình 3.9b.

Ukđ = (1,3 ÷ 1,4) Udđ , (3.12’)

Với thời gian tác động ngắt nhanh.

Hình 3.9b. Bảo vệ quá điện áp.

Tuy nhiên, thực tế điện áp cao vượt định mức đặt vào động cơ sẽ làm dòng điện trong

động cơ vượt quá dòng Idđ, sự cố này sẽ được bảo vệ bởi chức năng bảo vệ quá dòng.

3.7. Sơ đồ bảo vệ động cơ

Tùy loại động cơ, công suất và công dụng mà ta lựa chọn phương thức bảo vệ động

cơ thích hợp.

a. Sơ đồ bảo vệ động cơ công suất nhỏ (<1MW):



a) b)

Hình 3.10. Sơ đồ bảo vệ động cơ công suất nhỏ.

a) Mạng điện có điện trở nối đất nhỏ. b) Mạng điện có điện trở nối đấ lớn .

Gọi tên các loại bảo vệ (bv) :

37: Bv dòng điện thấp.

46: Bv dòng thứ tự nghịch.

49: Relay nhiệt độ.

50: Bv quá dòng cắt nhanh.

51: Bv quá dòng cực đại.

51N: Bv quá dòng chạm đất

thời gian trễ.

67N:Bv chạm đất có hướng.

b. Sơ đồ bảo vệ động cơ công suất lớn (>1MW).

Hình 3.11. Sơ đồ bảo vệ động cơ công suất lớn.

Trong đó: 1. Chống quá tải lâu dài; 2. Quá dòng điện; 3. Chống khởi động kéo dài; 4.

Dòng thứ tự nghịch; 5.Dòng chạm đất; 8. Điện áp thấp; 9. So lệch dòng điện.



CHƯƠNG 4

RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ

4.1. Giới thiệu chung

Các loại relay cơ và relay tĩnh ngày nay không còn phổ biến, thay vào đó là

những relay kỹ thuật số (relay số) với những ưu việt rất lớn:

- Tích hợp được nhiều chức năng vào một bộ bảo vệ, nhờ đó mà kịch thước và giá

thành tương đối của bộ bảo vệ có thể giảm đáng kể.

- Độ tin cậy và độ sẵn sàng cao nhờ giảm được yêu cầu bảo trì các chi tiết cơ khí

và trạng thái của relay có thể được tự động kiểm tra thường xuyên.

- Độ chính xác cao nhờ các bộ lọc số và các thuật toán đo lường tối ưu.

- Công suất tiêu thụ bé.

- Ngoài chức năng bảo vệ còn có thể thực hiện nhiều chức năng đo lường và tự

động khác như hiện thị, ghi chép các thông số của hệ thống, lưu trữ giữ liệu…

- Dễ dàng lấy được các thông tin đã lưu thông qua các cổng giao tiếp.

- Truyền thông dễ dàng, điều khiển và bảo vệ toàn hệ thống điện.

Các relay số ngày nay được chế tạo theo quan điểm “ mỗi phần tử trong hệ thống điện

được bảo vệ bằng một relay tổ hợp”.

4.2. Giới thiệu relay số bảo vệ động cơ

Dòng sản phẩm SIPROTEC – SIEMENS.

Dòng sản phẩm này có nhiều thế hệ, ví dụ như: 7SJ60, 7SJ61, 7SJ62, 7SJ63,

7UM61, 7UM62. Chúng có khả năng bảo vệ đa chức năng cho động cơ điện, ngoài ra

một số thế hệ có có khả năng phức hợp bảo vệ máy phát, bảo vệ động cơ và bảo vệ máy

biến áp, hình 4.1. Chức năng bảo vệ động cơ của các thế hệ thuộc dòng SIPROTEC,

được trình bày chi tiết ở bảng 4.1 và bảng 4.2.



a)

b) c)

Hình 4.1. Các relay số bảo vệ động cơ

a) Relay số SIPROTEC 4 : 7UM62 và 7UM61.

b) Relay số SIPROTEC 4 : 7SJ62

c) Module bảo vệ kết nối với động cơ.

Bảng 4.1. Chức năng bảo vệ của các relay số thuộc dòng SIPROTEC – SIEMENS.

Chức năng 7SJ60 7SJ61 7SJ62 7SJ63 7UM61 7UM62

Quá nhiệt stator X X X X X X

Theo dõi gia tốc X X X X X X

Rotor bị khóa X X X X X X

Nhiệt độ rotor X X X X X X



Dòng chạm đất X X X X X

X X X X X X

Dòng chạm đất có

hướng X X X X X

Quá dòng X X X X X X

So lệch X

Dòng thứ tự nghịch X X X X X X

Giám sát nhiệt độ X X X X X

Dòng điện thấp X X X X X X

Công suất P thấp X X

Thấp áp X X X X

Thiếu kích từ X X

Tần số X X X X

Hỏng bộ ngắt điện X X X X X X

Bảng 4.2. Phân vùng công suất của các dòng sản phẩm.

ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG

ĐỒNG BỘ VÙNG CÔNG SUẤT

7SJ60, 7SJ61, 7UM61

100 kW-500 kW

7SJ62,7SJ63,7SJ64,7UM61 500 kW-2 MW

7UM62 7UM62

> 2 MW

< 10 MW

7UM61,7UM62,7SJ64 >10 MW



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Vĩnh Trường, Đào Minh Trung, Nguyễn Hào Nhán, Giáo trình thực tập bảo vệ

rơle, bộ môn Kỹ thuật điện, trường đại học Cần Thơ, 2013.

2. Nguyễn Hoàng Việt, Bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện, nhà xuất bản

đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2005.

3. VS.GS. Trần Đình Long, Bảo vệ các hệ thống điện, nhà xuất bản KH-KT Hà Nội,

2007.

bao ve dong co kđb 3 pha

Engineering