BẢO VỆ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

I. KHÁI NIỆM CHUNG
Động cơ điện xoay chiều cũng như động cơ điện một chiều, được dùng nhiều trong các xí nghiệp công nghiệp. Do tính phổ cập và vai trò quan trọng của máy điện, trong quá trình vận hành máy điện, vấn đề giám sát, bảo vệ chúng chống các sự cố và hiện tượng bất thường khác có ý nghĩa đặc biệt. Tuỳ theo nguồn điện sử dụng, công suất làm việc của động cơ diện, những trang thiết bị đóng cắt động cơ diện mà phương thức bảo vệ chúng có thể khác nhau. Ví dụ nếu động cơ điện dùng cầu dao đóng cắt mạch điện, ở đây chỉ có một phương thức bảo vệ cho động cơ là dùng cầu chì. Nếu muốn có phương thức bảo vệ khác, phải thay thiết bị cầu dao bằng các thiết bị đóng cắt tự động khác như công tắc tơ hay khởi động từ.
Như vậy vấn đề bảo vệ động cơ phải chia ra làm 2 trường hợp :
- Trường hợp thứ nhất là lựa chọn và tính toán bảo vệ cho các động cơ đang vận hành, căn cứ vào thiết bị đóng cắt hiện có, mức độ quan trọng của động cơ trong dây chuyền sản xuất, công suất của động cơ mà đề xuất phương án bảo vệ thích hợp với các bảo vệ cho động cơ hiện có. Ví dụ trong quá trình vận hành động cơ hay bị cháy hỏng, dễ nhận thấy bảo vệ đang có không thích hợp như cài đặt không đúng hoặc thiếu chức năng bảo vệ. Nếu động cơ đặt đủ các chức năng bảo vệ như chống ngắn mạch nhiều pha, chống ngắn mạch 1 pha chạm đất, bảo vệ chống quá tải, chống mất 1 pha, kẹt rôto và tính toán cài đặt đúng thì việc xảy ra cháy hỏng động cơ hầu như bị loại trừ do những nguyên nhân trên. 

- Trường hợp thứ hai. Thiết kế lắp đặt động cơ mới. Căn cứ vào yêu cầu và nhiệm vụ sản xuất của phương án khi lựa chọn thiết bị đóng cắt cho động cơ, cần lựa chọn đồng bộ thiết bị bảo vệ cho phù hợp với động cơ và đảm bảo yêu cầu về kinh tế, kĩ  thuật cho phương án.

II. Những hư hỏng của động cơ điện

Một trong những hư hỏng động cơ điện nguy hiểm nhất là ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây động cơ điện, do ngắn mạch có thể đốt cháy động cơ, làm sụt áp lưới điện sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các thiết bị điện khác. Vì thế nhất thiết phải đặt bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha cho bất kì loại động cơ điện nào, để khi bảo vệ tác động sẽ cất động cơ ra khỏi lưới điện. Trong các mạng điện áp mà trung tính máy biến áp không nối đất hoặc nối đất qua cuộn dây dập tắt hổ quang (Peterson), khi chạm đất một pha, dòng điện chạm đất chỉ là dòng điện điện dung rất nhỏ, không nguy hiểm cho động cơ, vì vậy chỉ cần đặt bảo vệ báo tín hiệu chạm đất. Đối với động cơ công suất lớn, nếu dòng chạm đất lớn hơn 10A, nên đặt bảo vệ chống chạm đất loại đặc biệt để loại trừ sự cố này. Đối với lưới điện có trung tính máy biến áp nối đất trực tiếp, như mạng điện áp 380/220V, nếu xảy ra chạm đất một pha, dòng điện ngắn mạch rất lớn, rất nguy hiem cho động cơ, cần đặt bảo vệ chống ngắn mạch một pha cắt động cơ ra khỏi lưới điện.

III. Các tình trạng làm việc không bình thường của động cơ điện 

Dòng điện của động cơ điện tăng cao hơn giá trị định mức, nguyên nhân do quá tải ở các máy móc cơ khí mà động cơ phải kéo ; do điện áp đặt lên động cơ giảm thấp hơn điện áp định mức của động cơ. Do mất 1 pha làm cho dòng điện động cơ tăng cao và xuất hiện thành phần dòng điện thứ tự nghịch với tần số gấp hai lần tần số lưới điện, dòng điện này tạo ra từ trường thứ tự nghịch và trên rôto sẽ cảm ứng ra dòng điện, đốt nóng rôto. Nếu để kéo dài tình trạng động cơ làm việc mất 1 pha sẽ dẫn đến cháy động cơ, thời gian cho phép không quá hai giờ. Hoặc do kẹt rôto, tất cả nguyên nhân trên đều làm cho dòng điện động cơ tăng cao. Khi dòng điện tăng cao làm cho nhiệt độ cuộn dây nóng lên quá giới hạn cho phép, dẫn đến cách điện
động cơ chóng già cỗi, giảm tuổi thọ động cơ. Vì vậy cần đặt bảo vệ chống quá tải tác động cắt động cơ, báo tín hiệu, giảm tải tuỳ thuộc vào tính chất của tải mà động cơ phải kéo.
Dưới đây giới thiệu một số bảo vệ máy điện cơ bản.
VI. BẢO VỆ MÁY ĐIỆN DÙNG CẦU CHÌ
1. Cầu chì là thiết bị bảo vệ đơn giản nhất và rẻ tiền nhất
Cầu chì được dùng rộng rãi để bảo vệ động cơ điện đến 100 kW. Nhiệm vụ chủ của cầu chì là chống gắn mạch một pha hoặc nhiều pha và ngắn mạch một pha chạm đất cho thiết bị điện.

2. Nguyên tác làm việc của cầu chì

Khi dòng điện đi qua cầu chì lớn hơn dòng định mức của cầu chì, dòng điện này sẽ nung nóng dây chảy và đạt đến một nhiệt độ nào đó, dạy chảy sẽ cháy đứt, tách mạch điện ra khỏi nơi xảy ra sự cố, bảo vệ được mạch điện.

Cầu chì được đặc trưng bằng hai thông số là : điện áp định mức và dòng điện định mức của cấu chì. 

Dòng điện định mức là dòng điện lớn nhất đi qua dây chảy, đảm bảo cho cầu chì làm việc lâu dài. Trong công nghiệp, cầu chì chế tạo theo dòng điện tiêu chuẩn. Ví dụ : dòng điện tiêu chuẩn 6 - 10 - 15 - 20 - 30 - 45 - 60 A... Dòng điện định mức lớn nhất cầu chì tới 1000A. Điện áp định mức là điện áp lớn nhất mà cầu chì có thể làm việc lâu dài. Ví dụ cầu chì TTH - 2 có điện áp định mức là 500V, do đó cầu chì chỉ làm việc được ở lưới điện từ 500V trở xuống. Dòng điện định mức lớn nhất của cầu chì tới 1000A.

V. BẢO VỆ MÁY ĐIỆN DÙNG ÁP TÔ MÁT

Áp tô mát là khí cụ điện có nhiều loại, rất đa dạng và phong phú dùng để đóng, cắt mạch điện. Áp tô mát ưu việt hơn cầu dao, có thể cắt dòng điện phụ tải lớn và tự động cắt dòng điện ngắn mạch nếu mạch điện xảy ra sự cố. Ở đây chỉ giới hạn lựa chọn dòng điện khởi động cho bảo vệ cắt nhanh đặt trực tiếp trong áp tô mát. Bảo vệ cắt nhanh là bảo vệ quá dòng điện, tác động trực tiếp cắt áp tô mát. Nguồn tác động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh, ở áp tô mát dòng điện định mức nhỏ hơn 30A dùng trực tiếp dòng điện sơ cấp tác động trực tiếp. Ở các áp tô mát dòng điện lớn dùng nguồn dòng thứ cấp thông qua máy biến dòng tác động trực tiếp.