Nghiên cứu các phương pháp bảo vệ các động cơ điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐINH HẢI LĨNH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.PHẠM VĂN CHỚI HÀ NỘI - 2010 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined.8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.1 Đại cương động điện .9 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Kết cấu chung động điện 10 1.1.3 Công nghệ chế tạo 11 1.1.3.1 Công nghệ chế tạo mạch từ 11 1.1.3.2 Công nghệ chế tạo dây quấn 15 1.2 Phân loại động điện 18 1.2.2 Động đồng 20 1.2.3 Động chiều 23 1.2.4 Một số động đặc biệt khác .24 1.3 Vai trò động điện sống vấn đề bảo vệ động điện 25 Mục đích nhiệm vụ đề tài 26 1.5 Tóm tắt chương .27 CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG SỰ CỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 28 VÀ CÁC NGUYÊN LÝ ĐO LƯỜNG, PHÁT HIỆN SỰ CỐ 28 2.1 Các nguồn nhiệt động điện (Các dạng tổn hao lượng) .28 2.1.1 Tổn hao đồng dây quấn động điện .29 2.1.2 Tổn hao sắt từ .31 2.1.3 Tổn hao .32 2.1.4 Tổn hao phụ 32 2.2 Các dạng cố động điện nguyên nhân cố 33 2.2.1 Các dạng cố bên động nguyên nhân cố 34 2.2.2 Các dạng cố bên động nguyên nhân cốError! Bookmark not defined 2.3 Các nguyên lý đo lường phát cố 41 2.3.1 Phát cố theo tín hiệu dòng 45 2.3.2 Phát cố theo tín hiệu áp 48 2.3.3 Hướng công suất 48 2.3.4 Các thành phần đối xứng dòng áp 49 2.3.5 Tổng trở 50 2.3.6 Tần số .50 2.3.7 Các nguyên lý khác để phát cố chế độ làm việc không bình thường 50 2.4 Tóm tắt chương 2: .51 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 52 3.1 Cầu chì 52 3.1.1 Khái niệm chung cầu chì 52 3.1.2 Các loại cầu chì 53 3.1.3 Chọn cầu chì 54 3.2 Rơle nhiệt … 55 3.3 Máy cắt hạ áp ( Áptômát) Error! Bookmark not defined 3.3.1 Khái niệm chung Error! Bookmark not defined 3.3.2 Các loại áptômát Error! Bookmark not defined 3.3.3 Lựa chọn áptômát: Error! Bookmark not defined 3.4 Rơle dòng cực đại kiểu điện từ .Error! Bookmark not defined 3.5 Rơle đa chức đơn giản: Error! Bookmark not defined 3.5.1 Rơle dòng điện cực đại (quá dòng) (DIGITAL OVER LOAD RELAY )Error! Bookmark n 3.5.2 Rơle điện áp Error! Bookmark not defined 3.6 Rơle kỹ thuật số .Error! Bookmark not defined 3.6.1 Khái quát rơle số Error! Bookmark not defined 3.6.2.Giới thiệu số rơ le kỹ thuật số bảo vệ động ba pha 76 3.7 Các loại bảo vệ khác 77 3.8 Tóm tắt chương .79 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN BA PHA .81 RÔTO LỒNG SÓC 200KW 81 Giới thiệu phương pháp đại mô cố động điện .81 Đặc tính kỹ thuật cố thường gặp động cơ, sơ đồ bảo vệ .83 2.1 Đặc tính kỹ thuật động .84 2.2 Các cố thường gặp sơ đồ bảo vệ động 84 2.2.1 Sơ đồ bảo vệ cho động cơ: 84 2.2.2 Các cố thường gặp động 86 Tính toán bảo vệ cho động không đồng rôto lồng sóc 200kW .87 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 95 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BI: Máy biến dòng điện MCCB: Áptômát định hình EVR: Rơle điện áp điện tử EOCR: Rơle dòng điện cực đại điện tử DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Công thức tính dòng ngắn mạch ban đầu 32 dạng ngắn mạch khác Bảng 3.1 Bảng xếp loại trị số dòng phụ tải so với dòng định mức 54 Bảng 4.1 Bảng giá trị độ tăng nhiệt độ thời gian làm việc cho phép 77 động ứng với hệ số tải Bảng 4.2: Tổng kết cố phương án bảo vệ cho động không đồng rôto lồng sóc 200kW 80 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mặt cắt máy điện pha rôto hình trụ, có khe hở không khí Hình 1.2 Vòng từ trễ Hình 1.3 Đường cong từ hoá Hình 1.4 Quan hệ độ từ thẩm µ vật liệu sắt từ với nhiệt độ Hình 1.5 Cấu tạo stato động không đồng 12 Hình 1.6 Cấu tạo rôto động không đồng 13 Hình 1.7: Động đồng 14 Hình 1.8: Các loại động chiều 16 Hình 2.1 Giản đồ lượng động điện 21 Hình 2.2 Chạm chập vòng dây mạch stato động 27 Hình 2.3 Ngắn mạch hai pha dây quấn stato dây quấn đấu Y 28 Hình 2.4 Ngắn mạch hai pha dây quấn stato dây quấn đấu ∆ 29 Hình 2.5 Chạm đất cuộn dây stato động điện 30 Hình 2.6 Chạm đất điểm hai điểm cuộn dây rôto động đồng 31 Hình 2.7 Hành vi véctơ tổng trở Z xảy cố đồng 36 Hình 3.1 Các loại cầu chì hạ áp 44 Hình 3.2 Đặc tính bảo vệ cầu chì 45 Hình 3.3 Sơ đồ đơn giản bảo vệ động điện dùng cầu dao CD cầu chì CC 46 Hình 3.4 Tấm kim loại kép 47 Hình 3.5.Phần tử bảo vệ nhiệt áptômát 48 Hình 3.6 Rơle nhiệt khởi động từ bảo vệ tải cho động điện 48 Hình 3.7 Cấu tạo rơle nhiệt 49 Hình 3.8 Sơ đồ điện rơle nhiệt 50 Hình Đặc tính bảo vệ rơle nhiệt 50 Hình 3.10 Các phận áptômát vạn 52 Hình 3.11 Đặc tính bảo vệ áptômát vạn 52 Hình 3.12 Áptômát định hình cực 53 Hình 3.13 Đặc tính bảo vệ áptômát định hình 53 Hình 3.14 Nguyên lý áptômát chống giật 54 Hình 3.15 Nguyên lý cấu tạo rơle dòng điện cực đại kiểu diện từ 55 Hình 3.16 Rơle dòng điện tử 57 Hình 3.17 Sơ đồ nối dây rơle dòng điện tử 58 Hình 3.18 Rơle điện áp 59 Hình 3.19 Sơ đồ nối dây rơle điện áp 59 Hình 3.20 Sơ đồ khối rơle số 60 Hình 3.21:Mặt trước rơ le MiCOM P225 65 Hình 3.22 Sơ đồ cấu trúc rơle MiCOM P225 66 Hình 3.23 Sơ đồ kết nối rơle phần tử mạch động lực 67 Hình 3.24 Hình dạng mặt trước rơle SEL-710 67 Hình3.25: Sơ đồ đấu mạch dòng rơle SEL-710 69 Hình 4.1 Sơ đồ khối mô cố động điện 71 Hình 4.2 Mô hình mạch mô cố ngắn mạch 71 động không đồng rôto lồng sóc Hình 4.3 Mô hình thiết bị bảo vệ động xảy ngắn mạch 72 Hình 4.4 Mô hình tạo cố ngắn mạch động 72 Hình 4.5: Sơ đồ khối thiết bị bảo vệ động điện 74 Hình 4.6: Độ tăng nhiệt độ động theo thời gian làm việc 78 LỜI NÓI ĐẦU Động điện thiết bị điện dùng rộng rãi lĩnh vực; từ thiết bị sinh hoạt gia đình quạt điện, máy giặt, máy hút bụi, máy nghe nhạc, đến nhà máy điện đại ngành công nghiệp hầm mỏ, công trường xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng nông nghiệp,… Động điện có vai trò quan trọng nhiều ngành công nghiêp, nông nghiệp, đời sống sinh hoạt Vậy cần phải bảo vệ thiết bị điện nào? đặc biệt bảo vệ động điện Việc bảo vệ thiết bị điện cần quan tâm đến nhiều Vì sử dụng thiết bị điện mà bảo vệ để chống cố điện thiệt hại kinh tế cố gây lớn nguy hiểm đến tính mạng người sử dụng Vậy cần phải có phương pháp bảo vệ động điện thích hợp để có hiệu nhất, đem lại lợi ích kinh tế cao Với nhận thức trên, chọn đề tài: Nghiên cứu phương pháp bảo vệ động điện Vấn đề nghiên cứu : phương pháp bảo vệ động điện, vấn đề kinh điển nhiều khía cạnh cần quan tâm hàng năm số lượng động bị hỏng hóc số đáng kể Mục đích nghiên cứu: Tổng kết, đánh giá dạng cố động điện nguyên nhân hỏng hóc; Phân tích, so sánh thiết bị bảo vệ đưa phương thức bảo vệ tối ưu kinh tế kỹ thuật cho số loại động điện thông dụng Nội dung luận văn bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan động điện Chương 2: Các dạng cố động điện nguyên lý đo lường, phát cố Chương 3: Các thiết bị bảo vệ động điện Chương 4: Tính toán bảo vệ cho động không đồng ba pha rôto lồng sóc có công suất 200kW Cuối kết luận đề xuất Trong trình học tập trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trình thực luận văn nhận dạy bảo giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo môn Thiết bị Điện- Điện tử, Khoa Điện Đặc biệt xin chân thành cảm ơn TS Phạm Văn Chới định hướng hướng dẫn suốt trình thực luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, song kiến thức hạn chế, nên luận văn nhiều thiết sót, mong bảo Thầy cô giáo Xin chân trọng cảm ơn! Hà Nội ngày 20 tháng 10 năm 2010 Học viên: Đinh Hải Lĩnh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, nội dung trình bày luận văn tìm tòi, nghiên cứu thân Các kết nghiên cứu trung thực chưa công bố luận văn tác giả khác Tôi xin chịu trách nhiệm nội dung cam đoan Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Tác giả: Đinh Hải Lĩnh Đối với động không dùng biến tần sơ đồ điều khiển bảo vệ sau: Sơ đồ khối thiết bị bảo vệ cho động bố trí sau: Hình 4.5: Sơ đồ khối thiết bị bảo vệ động điện Trong sơ đồ thiết bị bảo vệ bao gồm có: - Máy cắt (MCCB): áptômát định hình gồm có phần tử bảo vệ phần tử bảo vệ từ phần tử bảo vệ nhiệt Phần cắt nhiệt phần tử có thời gian tác động phụ thuộc vào dòng điện dùng để bảo vệ tải Phần tử bảo vệ từ phần tử tác động tức thời, thời gian tác động nhanh, 0,01s, dùng để bảo vệ ngắn mạch - Khởi động từ (K): khởi động từ đơn động khởi động trực tiếp khởi động từ kép động khởi động phương pháp đổi nối Y/∆ Khởi động từ bao gồm có hai phận công tắc tơ rơle nhiệt Trong công tắc tơ phần tử đóng cắt tải, rơle nhiệt phần tử bảo vệ dòng Điểm khác khác rơle nhiệt khởi động từ so với rơle nhiệt áptômát hiệu chỉnh dòng cắt, rơle nhiệt áptômát không phép hiệu chỉnh - Rơle điện áp kiểu điện tử EVR dùng để bảo vệ áp, điện áp thấp,mất pha, đảo pha - Rơle dòng điện cực đại kiểu điện tử ECOR: dùng để bảo vệ dòng, pha, lệch pha, ngược thứ tự pha, kẹt rôto 85 Khi bị cố máy cắt tác động tiếp điểm cảu máy cắt tự động ngắt điện, tách động khỏi lưới, cắt điện phần mạch phía sau máy cắt Nếu rơle bảo vệ ( máy cắt) tác động ngắt điện cuộn hút K công tắctơ dẫn đến động bị điện 2.2.2 Các cố thường gặp động Động thường dùng cho trạm bơm nông nghiệp khởi động phương pháp đổi nối Y/∆ Các thiết bị bảo vệ sử dụng như: áp tômát, rơle nhiệt, dùng rơle điện tử dòng bảo vệ pha, điện áp thấp, áp, kẹt rôto dùng rơle áp điện tử sơ đồ khối thiết bị bảo vệ hình 4.5 Các dạng cố thường gặp động là: - Ngắn mạch: xảy ngắn mạch có dòng điện ngắn mạch lớn Inm ≥ 10Iđm, chọn thiết bị bảo vệ động máy cắt MCB có IđmMCB ≥ 10Iđm , dòng điện ngắn mạch vượt trị số từ áptômát hệ thống tiếp điểp áptômát tác động khoảng 0,5s ngắt động khỏi lưới điện - Mất pha: + Mất pha khởi động: khởi động dòng khởi động lớn Ikđ = IkđY = Ikđ∆/3 = 2Iđm xuất dòng thứ tự không lớn, gây từ trường đập mạch, động không tự khởi động Khi dòng điện chạy dây quấn mà có điện áp đặt vào lớn ( I = Ikđ) Trường hợp rơle nhiệt tác động, thời gian tác động khoảng từ 1phút đến phút ( theo đặc tính bảo vệ rơle nhiệt hình 3.9) Vì thời gian tác động rơle nhiệt lớn nhiệt độ dây quấn động cao Nếu trường hợp rơle nhiệt không xác nhiệt độ cao dẫn đến làm làm già hóa cách điện dây quấn nhanh chóng Nếu có rơle dòng điện cực đại điện tử rơle điện áp điện tử thời gian bảo vệ pha khoảng 0,5s, nhỏ nhiều so với thời gian tác động rơle nhiệt nhiều + Mất pha vận hành: Động vận hành với tải định mức xảy pha động bị tải Ở chế độ vận hành không đủ ba pha xuất chế độ không cân thành phần dòng thứ tự nghịch chạy vào động cơ, tạo nên từ thông thứ tự nghịch quay ngược chiều với rôto với tốc độ tương 86 đối lần tốc độ đồng Vận tốc cắt rôto lớn làm xuất thân rôto cuộn dây rôto dòng điện cảm ứng lớn đốt nóng rôto stato máy điện quay Trường hợp ta dùng rơle dòng điện cực đại điện tử EOCR rơle điện áp EVR, làm thiết bị bảo vệ cho động - Quá tải dài hạn đủ pha: trường hợp hệ số tải KI thường không lớn ( K I ≤ 1,5 ), rơle nhiệt khởi động từ thiết bị bảo vệ Cũng sử dụng rơle dòng điện cực đại EOCR không thích hợp đặc tính bảo vệ rơle nhảy cấp, không thích hợp đặc tính bảo vệ rơle nhiệt để bảo vệ tải cho động trường hợp ta sử dụng rơle nhiệt làm thiết bị bảo vệ chính, sử dụng rơle dòng kiểu điện tử EOCR - Kẹt rôto: trường hợp đặc biệt tải điện áp cấp cho rôto bình thường Kẹt rôto có hai trường hợp: Kẹt rôto khởi động bị kẹt động vận hành Khi động bị kẹt rôto mà điện áp cung cấp bình thường dòng điện dây quấn stato động lớn I = Ikđ = IkđY = Ikđ∆/3 = 2Iđm ( động khởi động chế độ Y) I = Ikđ = Ikđ∆ = 6Iđm ( động đạng chạy mà bị kẹt) Trường hợp dùng rơle dòng điện cực đại EOCR làm bảo vệ rơle nhiệt áptômát rơle nhiệt khởi động từ làm bảo vệ phụ Như tùy theo công suất động giá thành rơle nhiệt, tùy theo độ ổn định lưới điện mà chọn phần tử bảo vệ thích hợp để đảm bảo độ tin cậy vấn đề kinh tế toán bảo vệ Tính toán chọn phương án bảo vệ cho động không đồng rôto lồng sóc 200kW Ngày theo phương pháp đại người ta mô cố động từ phân tích, đưa phương pháp bảo vệ thích hợp cho động Phương pháp chủ yếu dùng cho động có điều khiển tốc độ biến tần (như giới thiệu mục 4.1) Thực tế Việt Nam với động công suất trung bình lớn động dùng trạm bơm thủy nông người ta 87 dùng điều khiển công tắctơ, khởi động từ Vì việc phân tích tính toán bảo vệ cho động ta dùng phương pháp cổ điển xây dựng đặc tính nhiệt động Động bị phát nóng mức cho phép dòng điện tăng cao lâu dài giới hạn quy định, hệ thống làm mát hiệu không hoạt động Ở với động điện 200kW ta đặc biệt quan tâm đến tượng nhiệt độ ảnh hưởng dòng điện [6] Động có công suất lớn khả chịu tải theo dòng điện thứ tự nghịch thấp Độ tăng nhiệt θ vật thể đồng gây nên nguồn nhiệt Q biểu diễn phương trình cân nhiệt sau đây: Q.dt = C1dθ + C2θdt (4.1) Trong đó: Q.dt nhiệt lượng phát nguồn nhiệt, C1dθ: nhiệt lượng tích tụ vật thể C2θdt : nhiệt lượng tiêu tán môi trường Nghiệm phương trình vi phân (4.1) có dạng: θ = θ max (1 − e − t / T ) (4.2) Trong đó: θ độ tăng nhiệt (nhiệt chênh) so với môi trường, θ max = T= Q nhiệt độ giới hạn lớn C2 C1 số thời gian phát nóng C2 C1, C2 hệ số tính đến khả tích tụ nhiệt tỏa nhiệt vật thể Độ tăng nhiệt θ dòng điện tải I gây bằng: θ = θ cp (1 − e −t / T ⎛ I ⎞ ⎜ ⎟ ⎜I ⎟ ⎝ cp ⎠ ) (4.3) Trong θcp – nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép động Icp – dòng điện tải lâu dài cho phép Nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép θcp đạt sau khoảng thời gian giới hạn tgh: 88 t gh = T ln ⎛I ⎞ − ⎜⎜ cp ⎟⎟ ⎝ I ⎠ (4.4) Độ tăng nhiệt độ tổng cho phép có xét đến nhiệt độ môi trường θ0: θ = θ + θ max (1 − e −t / T ⎛ I ⎞ ⎜ ⎟ ⎜I ⎟ ⎝ cp ⎠ ) (4.5) Thời gian giới hạn tgh để đạt đến nhiệt độ cho phép θcp: t gh = T ln ⎛ θ ⎞⎛ I ⎞ − ⎜1 − ⎟⎜⎜ cp ⎟⎟ ⎜ θ ⎟ I ⎠ cp ⎠⎝ ⎝ (4.6) Hằng số thời gian nhiệt T quãng thời gian làm việc để nhiệt độ đạt tới trị số xác lập Giá trị số thời gian phát nóng định mức thường giới hạn: - Máy nhỏ, kiểu hở: T = ÷ 20 phút - Máy trung bình quạt gió ngoài, kiểu hở: T = 20 ÷ 40 phút - Máy kiểu kín làm mát bề mặt: T = 30 ÷ 50 phút Trường hợp động khởi động chế độ tải định mức thời gian khởi động tkđ bé số thời gian phát nóng T động nên độ tăng nhiệt độ động chưa thể đạt tới trị số xác lập Do thiết bị bảo vệ không cắt Đối với động 200kW dùng cho trạm bơm nông nghiệp ta chọn số thời gian phát nóng T = 40 phút Nhiệt độ giới hạn lớn động θmax = 1550C ( cách điện cấp F) Nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép động θcp =1150C ( Vì độ tăng nhiệt độ dây quấn 750C chế độ làm việc dài hạn, θcp = 75 + 40 = 1150C) Khi động bị tải: Ta có θ max = Q R.I t coi R, t, C2 đại lượng không đổi, = C2 C2 có dòng tải I thay đổi Do I thay đổi với hệ số KI θmax thay đổi với hệ số KP , với KP = (KI)2 = (I/Iđm)2: ( KP hệ số tải công suất) 89 θ'max= KP θmax (4.7) Áp dụng biểu thức (4.4) (4.7) ta tính toán độ tăng nhiệt độ động thời gian giới hạn ứng với hệ số tải cụ thể bảng sau: Trường hợp động khởi động chế độ tải định mức thời gian khởi động tkđ bé số thời gian phát nóng T động nên độ tăng nhiệt độ động chưa thể đạt tới trị số xác lập Do thiết bị bảo vệ không cắt Đối với động 200kW dùng cho trạm bơm nông nghiệp ta chọn số thời gian phát nóng T = 40 phút Nhiệt độ giới hạn lớn động θmax = 1550C ( cách điện cấp F); nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép động 1300C Khi động bị tải: Ta có θ max = Q R.I t coi R, t, C2 đại lượng không đổi, = C2 C2 có dòng tải I thay đổi Do I thay đổi với hệ số KI θmax thay đổi với hệ số KP , với KP = (KI)2 = (I/Iđm)2: ( KP hệ số tải công suất) θ'max= KP θmax (4.7) Áp dụng biểu thức (4.4) (4.7) ta tính toán độ tăng nhiệt độ động thời gian giới hạn ứng với hệ số tải cụ thể bảng sau: 90 Bảng 4.1 Bảng giá trị độ tăng nhiệt độ thời gian làm việc cho phép động ứng với hệ số tải ( T = 40 phút, nhiệt độ môi trường θ0= 400C; θcp=1150C) Hệ số Hệ số tải Độ tăng tải công nhiệt độ lớn dòng KI suất θmax (0C) KP = Thời gian làm việc cho phép Ghi tgh (phút) (KI)2 1 130 ∞ Tốc độ quay n = nđm = 1485 vòng/phút 1,1 1,21 149 ∞ Tốc độ quay n = nđm = 1485 vòng/phút 1,2 1,44 169 47 Tốc độ quay n = nđm = 1485 vòng/phút 1,5 2,25 242 23 Tốc độ quay n = nđm = 1485 vòng/phút 400 Kẹt rô to n = 36 3280 0,03 Kẹt rô to n = Từ số liệu ta biểu diễn độ tăng nhiệt độ động hình vẽ sau: 91 θ(0C) T 2T 3T 4T Hình 4.6: Độ tăng nhiệt độ động bị tải, kẹt rôto Trên đồ thị đường số độ tăng nhiệt độ động chế độ định mức, đường số ứng với trường hợp động tải với hệ số tải dòng KI = 1,1; đường số ứng với KI = 1,2; đường số ứng với KI = 1,5; đường số ứng với trường hợp động bị kẹt rôto khởi động KI = Từ số liệu tính toán ta thấy: động làm việc chế độ tải với hệ số tải KI = 1,1 cho phép động làm việc lâu dài Tuy nhiên trường hợp ta sử dụng rơle EOCR để cảnh báo tải, để từ người vận hành biết vận hành động để động không bị nóng mức cho phép Khi hệ số tải KI = 1,2 nhiệt độ cao động đạt 1690C, thời gian cho phép động làm việc 47 phút Như trường hợp ta sử dụng rơle nhiệt để bảo vệ tải, theo đặc tính bảo vệ rơle 92 nhiệt (hình 3.9) KI = 1,2 cỡ khoảng 20 phút rơle cắt Thời gian cắt rơle đảm bảo cho cách điện động không bị già hóa, mau hỏng Khi hệ số tải KI = 1,5 nhiệt độ cao động đạt 2430C, thời gian cho phép động làm việc 23 phút Trường hợp ta sử dụng rơle nhiệt để bảo vệ tải, theo đặc tính bảo vệ rơle nhiệt (hình 3.9) KI = 1,5 cỡ khoảng 10 phút rơle tác động, ngắt động khỏi lưới Khi thời gian đối nóng dây quấn chưa làm nhiệt độ dây quấn vượt giới hạn cho phép θcp=1550C, đảm bảo cho cách điện động làm việc lâu dài, không bị già hóa Trường hợp bị kẹt rôto khởi động, dòng điện động tăng gấp hai lần dòng định mức I = 2Iđm (KI = 2.0) ( động khởi động chế độ Y), tổn hao công suất để đốt nóng động tăng tỷ lệ với bình phương dòng điện nên tăng lên lần định mức Và nhiệt lượng làm đốt nóng động tỏa môi trường roto kẹt quạt làm mát dừng Do hệ số tỏa nhiệt giảm số thời gian phát nóng T giảm cỡ khoảng lần Do thời gian cho phép tồn động trường hợp tqt2 / = phút Theo đặc tính bảo vệ rơle nhiệt rơle tác động khoảng thời gian từ đến phút Nhưng với thời gian làm cho động nóng, dễ bị phá hỏng cách điện dây quấn động Do trường hợp ta sử dụng rơle dòng điện cực đại EOCR để bảo vệ với thời gian tác động rơle O_Time = 0,5s, đảm bảo cho cách điện động không bị già hóa Trường hợp bị kẹt rôto động vận hành: lúc dòng điện động tăng lên với dòng khởi động động chế độ khởi động trực tiếp I = 6Iđm = Ikđ ∆ , công suất tỏa làm nóng động tăng tỷ lệ với bình phương dòng điện giống trường hợp bị kẹt rôto khởi động, thời gian cho phép dòng tồn độ tqt6 /36 = 1/36= 0,03 phút = 1,8s Vậy trường hợp sử dụng rơle dòng điện cực đại EOCR để bảo vệ với thời gian tác động rơle O_Time = 0,5s Tóm tắt chương 93 Trong chương giới thiệu phương pháp mô cố động điện trường hợp động bị ngắn mạch; Phân tích cố thường gặp tính toán bảo vệ động điện không đồng rôto lồng sóc 200kW thường hay dùng trạm bơm nông nghiệp trường hợp động bị tải kẹt rôto để đưa phương án sử dụng thiết bị bảo vệ tối ưu cho động cơ, đem lại hiệu kinh tế cao Bảng tổng kết phương án sử dụng thiết bị bảo vệ cho động điện ba pha roto lồng sóc trình bày bảng 4.2 Các loại cố Phương án bảo vệ Ngắn mạch Áp tômát định hình MCCB, ttđ = 0,5s Mất pha, lệch pha, đảo pha; Rơle dòng điện cực đại EOCR áp, thấp áp Quá tải Rơle nhiệt Rơle dòng điện cực đại EOCR với Kẹt rôto O_Time = 0,5s 94 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Luận văn giới thiệu tổng quan động điện: cấu tạo, công nghệ chế tạo mạch từ động điện, phụ thuộc độ từ thẩm vào nhiệt độ; công nghệ chế tạo dây quấn Cách điện động điện thường cấp B cấp F Khi động điện làm việc bình thường nhiệt độ cho phép làm việc lâu dài động nhở nhiệt độ tương ứng cấp cách điện Với nhiệt độ làm việc độ từ thẩm µ phần lõi thép động nằm vùng tuyến tính, đảm bảo cách điện động không bị già hóa Động làm việc nhiệt độ cao thường xuyên làm già hóa cách điện, cách điện bị chọc thủng dẫn đến động dễ bị cháy hỏng Luận văn phân tích nguồn nhiệt (các dạng tổn hao) động điện: tổn hao đồng, tổn hao sắt từ, tổn hao tổn hao phụ Năng lượng tổn hao động lượng làm đốt nóng động Tổn hao tăng dẫn đến nhiệt độ động tăng theo Khi dòng điện tăng lên n lần tổn hao động tăng tỷ lệ với bình phương dòng điện n2 lần Phân tích dạng cố, nguyên nhân cố động điện gồm có cố bên động như: chạm chập vòng dây stato, chạm chập pha dây quấn stato, dây quấn stato bị chạm đất; dây quấn rôto bị chạm đất điểm, chạm đất hai điểm; cố bên động như: ngắn mạch pha đường dây cung cấp điện cho động cơ, tải, kẹt rôto, áp, thấp áp, điện áp cấp cho động không đối xứng, pha, kích từ Từ vấn đề tác giả đưa nguyên lý đo lường phát cố, dạng bảo vệ sử dụng bảo vệ động điện: phát cố theo tín hiệu dòng; phát cố theo tín hiệu áp; theo thành phần đối xứng dòng áp; theo hướng công suất; tổng trở, tần số Và nguyên lý khác để 95 phát cố động : mức tăng nhiệt độ, hài bậc cao, trị số độ dòng áp,… Phân tích thiết bị bảo vệ động điện như: cầu chì, áptômát, rơle nhiệt, rơle dòng điện cực đại kiểu điện từ, rơle dòng điện cực đại kiểu điện tử ( EOCR), rơle điện áp kiểu điện tử, rơle kỹ thuật số Và loại bảo vệ khác như: động công suất nhỏ, người ta dùng phần tử nhiệt điện trở để bảo vệ; với động chiều kích từ độc lập dùng rơle dòng điện cực đại kiểu điện từ Bảo vệ tải động chiều dùng lưỡng kim, giống với nguyên lý làm việc rơle nhiệt Từ ứng với dạng cố động điện ta đưa phương pháp thiết bị bảo vệ thích hợp, để đạt hiệu kinh tế cao Luận văn tính toán đưa phương án bảo vệ cho động điện ba pha rôto lồng sóc có công suất 200kW, tốc độ đồng 1500vòng/phút Công ty chế tạo máy điện Việt-Hungari chế tạo, loại động dùng trạm bơm nước nông nghiệp Quá trình nghiên cứu làm luận văn, tác giả có hiểu biết đầy đủ dạng cố động điện phương pháp bảo vệ động Những tìm tòi, sưu tập luận văn phần đáp ứng nhu cầu tài liệu tham khảo cho người đọc cần tìm hiểu lý thuyết, nguyên lý cấu tạo loại động điện dạng cố động phương pháp bảo vệ Hướng nghiên cứu phát triển đề tài: Luận văn nghiên cứu phương pháp bảo động điện, phương pháp thông dụng dễ thực Các phương pháp phát cố để bảo vệ chủ yếu phát theo tín hiệu dòng, tín hiệu áp, công suất, tần số, tổng trở Các nguyên lý khác để phát cố như: phát cố theo tín hiệu nhiệt độ, phát cố theo tín hiệu hài bậc cao xuất hiện, vấn đề chưa nghiên cứu cụ thể Và sử dụng phần mềm mô cố động điện để thấy biến đổi nhiệt độ động có cố xảy Do vấn đề cần nghiên cứu sâu sắc để đưa phương 96 pháp phát cố nhanh xác nhất, từ đưa phương thức bảo vệ tối ưu cho động điện, giảm thiểu tối đa thiệt hại cố động điện gây nên cho toàn hệ thống Do trình độ, khả thời gian hạn chế, trình nghiên cứu làm luận văn tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp thầy cô giáo để thân có hiểu biết kiến thức thiết bị điện Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bình Máy điện tổng quát Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật-2008 [2] Phạm Văn Chới Giáo trình Khí cụ điện Nhà xuất Giáo Dục Việt Nam-2009 [3] Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tôn Khí cụ điện 97 Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội- 2006 [4] Lê Văn Doanh, Bảo dưỡng thử nghiệm thiết bị điện hệ thống điện Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội-2008 [5]Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu Máy điện 1&2 Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội-2002 [6] Trần Đình Long Bảo vệ hệ thống điện Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội-2008 [7] Nguyễn Hồng Thái Phần tử tự động hệ thống điện Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội-2006 [8] Nguyễn Đức Sỹ Công nghệ chế tạo máy điện Nhà xuất Giáo Dục- 2003 [9] Nguyễn Hồng Thanh, Trần Khánh Hà Thiết kế máy điện Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội-2001 [10] Nguyễn Đình Thắng Vật liệu điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội-2002 [11] Vũ Văn Tẩm Giáo trình điện công nghiệp dân dụng Nhà xuất Giáo Dục-2001 [12] Dương Vân Đình Giáo trình Máy điện nhỏ Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1976 98 [13] Anderson, P.M., Electric Machines and Transformers, Reston, Virgina: Reston Publishing Company,1981 [[14] Anderson, P.M., Anallysis of Fault Power Systems, New York: IEEE Press,1993 [[15] Brown, D and Hamilton III,E.P, Electromechanical Energy Covesrsion, New York: Macmillian Publishing Company,1984 [16] Turan Gonen, Electrical Machines, California Power International Press 1998 [17] http://www.ebookee.net [18] http://www.SIEMENS.com [19] http://www.Viethungmotor.com 99 ... trên, chọn đề tài: Nghiên cứu phương pháp bảo vệ động điện Vấn đề nghiên cứu : phương pháp bảo vệ động điện, vấn đề kinh điển nhiều khía cạnh cần quan tâm hàng năm số lượng động bị hỏng hóc số... quấn động điện có loại cách điện: cách điện vòng dây với nhau, cách điện bối dây, cách điện pha, cách điện dây quấn với lõi thép Vật liệu cách điện yếu tố quan trọng định tuổi thọ làm việc động điện. .. đặc biệt Từ thiết bị điện đời ngày ứng dụng rộng rãi, vấn đề bảo vệ động điện quan tâm thích đáng Bảo vệ động điện động điện có cố thiết bị bảo vệ tự động ngắt động khỏi lưới điện hệ thống làm việc