Tìm hiểu các bảo vệ chính trong hệ thống điện

Lê Hồng Phong

Hệ thống điện luôn tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ, cháy nổ do nhiều yếu tố khách quan và chủ quan. Các biện pháp bảo vệ chính trong hệ thống có nhiệm vụ phát hiện và loại bỏ các phần tử trục trặc khỏi hệ thống càng nhanh càng tốt, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của những sự cố này. Tìm hiểu về các biện pháp bảo vệ chính của hệ thống điện trong bài viết dưới đây từ KTH ELECTRIC.

Tầm quan trọng của bảo vệ sơ cấp trong hệ thống điện

Các biện pháp bảo vệ chính trong hệ thống đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo vận hành ổn định, an toàn của lưới điện, khu vực hoặc mạng lưới điện cụ thể.

Vai trò của các biện pháp bảo vệ này được thể hiện như sau:

• Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị: Đây là mục tiêu hàng đầu của việc trang bị cơ chế bảo vệ. Ngay khi phát hiện sự cố về điện, các thiết bị bảo vệ sẽ ngắt mạch điện để giảm thiểu ảnh hưởng của sự cố đến con người và các thiết bị khác.
• Duy trì sự ổn định, liên tục của lưới điện: Khi sự cố xảy ra nếu không được cách ly nhanh chóng có thể lan ra toàn bộ hệ thống, gây mất điện trên diện rộng. Các biện pháp bảo vệ trong hệ thống giúp khoanh vùng sự cố, chỉ ngắt kết nối phần bị lỗi, giữ cho phần còn lại của mạng điện hoạt động bình thường hoặc nhanh chóng khôi phục, giảm thiểu “thời gian ngừng hoạt động”, đặc biệt quan trọng trong các dây chuyền sản xuất.
• Giảm thiểu thiệt hại về kinh tế: Bảo vệ trước khi hư hỏng thiết bị giúp người dùng giảm thiểu chi phí sửa chữa, khắc phục sự cố, đồng thời tránh được những tổn thất trong sản xuất kinh doanh do mất điện kéo dài.
• Đảm bảo chất lượng điện năng: Một số sự cố (như điện áp thấp, quá điện áp kéo dài) có thể ảnh hưởng tới chất lượng điện năng. Các biện pháp bảo vệ tương ứng giúp duy trì điện áp và tần số trong giới hạn cho phép.

Bảo vệ chính trong hệ thống điện

Bảo vệ ngắn mạch

Đoản mạch là hiện tượng dòng điện di chuyển giữa hai cực ở khoảng cách ngắn hơn quá trình dẫn điện của hệ thống. Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này là do dây pha chạm vào dây trung tính hoặc dây nối đất. Ngoài ra, dây điện bị đoản mạch, tiếp xúc với hơi ẩm hoặc nối dây không đúng cách cũng có thể gây đoản mạch.

Bảo vệ ngắn mạch là việc sử dụng các biện pháp hoặc thiết bị bảo vệ để ngăn ngừa và giảm thiểu tác động tiêu cực của hiện tượng đoản mạch trong hệ thống. Nói cách khác, đây là biện pháp nhằm kiểm soát cường độ dòng điện khi thành phần này tăng đột ngột gấp nhiều lần so với dòng định mức. Bảo vệ ngắn mạch thường yêu cầu thời gian tác động nhanh nên còn gọi là bảo vệ quá dòng cắt nhanh.

Ký hiệu bảo vệ ngắn mạch là I>>. Thông thường, dòng điện tác động bảo vệ ngắn mạch được đặt thành 5In, 10In hoặc 20In.

Các thiết bị bảo vệ ngắn mạch phổ biến là cầu dao (MCB), cầu chì và rơle quá dòng tức thời.

Bảo vệ quá dòng

Bảo vệ quá dòng (hay còn gọi là bảo vệ quá tải) được áp dụng trong trường hợp dòng điện vượt quá giới hạn định mức của thiết bị trong một khoảng thời gian nhất định, gây ra hiện tượng quá nhiệt dẫn đến hư hỏng hoặc thậm chí là cháy nổ.

Các thiết bị bảo vệ quá dòng điển hình là rơle nhiệt hoặc rơle bảo vệ quá dòng sẽ ngắt từ từ theo thời gian. Thời gian tác động bảo vệ được thiết lập tùy thuộc vào loại máy và đặc tính khởi động. Ngoài ra, cũng có thể sử dụng một số loại cầu dao như MCB, MCCB để bảo vệ chống ngắn mạch, quá tải.

Bảo vệ tiếp xúc mặt đất

Khi dây pha chạm vào vỏ thiết bị hoặc mặt đất có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng. Lúc này cần trang bị cho hệ thống các thiết bị bảo vệ sự cố chạm đất tích hợp 2 chức năng chạm đất nhẹ và chống đoản mạch chạm đất như cầu dao chống giật RCCB, ELCB.

Bảo vệ mất pha

Mất pha xảy ra khi một trong các pha của hệ thống điện 3 pha bị gián đoạn hoặc mất điện, gây mất cân bằng điện áp và dòng điện, có thể dẫn đến quá tải, quá nhiệt, cháy nổ thiết bị.

Bảo vệ mất pha thường được thực hiện bằng các thiết bị bảo vệ như rơle bảo vệ mất pha hoặc cầu dao bảo vệ mất pha.

Bảo vệ pha ngược

Hiện tượng này xảy ra khi trình tự pha của nguồn điện bị đảo ngược so với thiết kế, ảnh hưởng đến chiều quay của động cơ hoặc hoạt động của một số thiết bị cụ thể. Ngược pha có thể khiến máy móc hoạt động sai hướng, gây nguy hiểm cho người sử dụng.

Trong trường hợp này, có thể lắp đặt một rơle đảo pha có khả năng phát hiện các thay đổi theo thứ tự các pha của nguồn điện và không cho phép máy bật hoặc ngắt mạch khi xảy ra hiện tượng đảo pha.

Bảo vệ quá áp

Điện áp quá cao so với mức cho phép có thể gây hư hỏng thiết bị và giảm tuổi thọ cách điện. Một số thiết bị bảo vệ quá áp thường được sử dụng bao gồm: rơ le bảo vệ điện áp, thiết bị chống sét (SPD), tụ lọc sét…

Bảo vệ điện áp thấp

Ngược lại với điện áp cao, điện áp thấp sẽ dẫn đến dòng điện động cơ tăng cao, khiến động cơ bị cháy hoặc một số máy móc sản xuất không hoạt động tốt trong điều kiện điện áp quá thấp.

Rơle điện áp thấp sẽ có tác dụng ngắt mạch hoặc cảnh báo khi xảy ra sụt áp. Ngoài ra, một số thiết bị thông minh còn được tích hợp sẵn các module bảo vệ như cuộn dây bảo vệ điện áp thấp.

Bảo vệ dòng rò

Bảo vệ dòng điện rò rỉ giúp ngăn ngừa hỏa hoạn và nguy cơ bị điện giật cho con người. Trong trường hợp này, chúng ta có thể sử dụng máy biến dòng ZCT (CBCT), cầu dao chống giật, chống rò rỉ (RCBO), hệ thống nối đất giúp dẫn dòng điện rò xuống đất.

Một số biện pháp bảo vệ dành riêng cho các thiết bị lớn

Hầu hết các biện pháp bảo vệ trên đều áp dụng cho hệ thống điện hạ thế. Đối với các bộ phận của hệ thống điện cao thế như nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải… sẽ có một số biện pháp bảo vệ cụ thể như:

• Bảo vệ khác biệt: Là thiết bị bảo vệ chính cho máy biến áp, máy phát điện và thanh cái, hoạt động dựa trên việc so sánh dòng điện ở hai đầu thiết bị hoặc vùng được bảo vệ. Nếu chênh lệch dòng điện vượt quá ngưỡng cho phép thì cơ chế bảo vệ sẽ hoạt động.
• Bảo vệ khí/Rơle Buchholz: Đặc trưng cho máy biến áp ngâm dầu, có khả năng phát hiện các sự cố bên trong như phóng điện cục bộ, quá nhiệt dẫn đến sinh khí.
• Bảo vệ dòng dầu: Được sử dụng để phát hiện các vấn đề về dòng dầu làm mát trong máy biến áp.
• Bảo vệ quá dòng và cắt nhanh: Thường được sử dụng trong bảo vệ rơle cho đường dây và thanh cái.
• Bảo vệ nhiệt độ dầu/cuộn dây cao: Báo hiệu hoặc khởi động quạt làm mát khi nhiệt độ vượt quá giới hạn.
• Chống sét: Bao gồm cột thu lôi, dây chống sét và hệ thống nối đất để bảo vệ thiết bị khỏi bị sét đánh trực tiếp và nước dâng do sét.
• Bảo vệ lỗi nối đất cuộn dây 90%: Một loại bảo vệ chuyên dụng cho máy phát điện.

Nhóm thiết bị bảo vệ chính của KTH ELECTRIC

Cầu dao, cầu dao, cầu dao và rơle là hai nhóm thiết bị bảo vệ chính được sử dụng phổ biến trong nhiều hệ thống điện hạ thế với các chức năng cơ bản như: bảo vệ quá tải, ngắn mạch, chạm đất, dòng rò… Tại KTH ELECTRIC, các nhóm thiết bị bảo vệ chính có thể bao gồm:

• MCB, MCCB: Bảo vệ quá tải và ngắn mạch. MCB phù hợp cho các ứng dụng dân dụng, trong khi MCCB phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp.
• RCCB, ELCB: Bảo vệ tiếp đất, bảo vệ rò rỉ điện.
• RCBO: Cầu dao có khả năng chống sốc, chống rò rỉ, chống quá tải và ngắn mạch.
• Rơ le nhiệt MT3: Bảo vệ quá tải.

Các thiết bị bảo vệ của chúng tôi đều đạt tiêu chuẩn quốc tế IEC/EN, UL, được kiểm định, đánh giá và giám sát tại các tổ chức chứng nhận hàng đầu thế giới, đảm bảo cơ chế bảo vệ và hoạt động ổn định trong nhiều môi trường hoạt động khác nhau. Lắp đặt các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ từ KTH ELECTRIC, hệ thống của bạn sẽ được bảo vệ hoàn toàn trước các sự cố về điện.

Công nghệ bảo vệ hiện đại trong lưới điện thông minh

Lưới điện thông minh là lưới điện có thể dự đoán và phản ứng một cách thông minh với mọi thay đổi ở tất cả các thiết bị được kết nối điện với lưới. Khi các thiết bị lưới điện tương tác với nhau, thông tin thu thập được sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng điện, giảm chi phí, tăng độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống điện.

Tại Việt Nam, lưới điện quốc gia đang trong quá trình từng bước chuyển đổi sang lưới điện thông minh, trong đó có việc tích hợp công nghệ bảo vệ hiện đại cho phép các đơn vị Điện lực nhanh chóng phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố trong hệ thống điện.

• Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA/EMS/DMS): Cho phép giám sát và điều khiển từ xa toàn bộ hệ thống.
• Thiết bị chuyển mạch thông minh: Các recloser và LBS (Load Break Switch) được điều khiển từ xa và có khả năng tự động cách ly sự cố và khôi phục nguồn điện, giảm thiểu thời gian mất điện cho khách hàng.
• Máy đo điện tử thông minh: Cho phép thu thập dữ liệu tiêu thụ điện theo thời gian thực, truyền về trung tâm điều khiển để phân tích, tự động lập hóa đơn và cung cấp thông tin cho khách hàng.
• Biến tần thông minh: Cho phép tối ưu hóa hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và tích hợp cơ chế bảo vệ động cơ, thiết bị khỏi các sự cố như quá tải, quá áp, quá dòng, giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
• Hệ thống cảnh báo sớm: Bằng cách sử dụng cảm biến báo cháy và hệ thống cảnh báo sớm, người vận hành có thể phát hiện các dấu hiệu sự cố và can thiệp kịp thời trước khi tình hình trở nên nghiêm trọng.

Câu hỏi về các biện pháp bảo vệ chính trong hệ thống điện

Câu 1: Tại sao cần phải bảo vệ hệ thống điện?

Hồi đáp: Hệ thống điện là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng của mỗi quốc gia, không chỉ cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động từ sinh hoạt đến sản xuất mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng. Vì vậy, các biện pháp bảo vệ trọng yếu trong hệ thống điện là không thể thiếu để đảm bảo lưới điện quốc gia vận hành liên tục, ổn định và an toàn.

Ngoài ra, hệ thống điện luôn tiềm ẩn nhiều rủi ro, sự cố. Nếu không có bất kỳ cơ chế bảo vệ nào, ngay cả sự cố nhỏ nhất cũng có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.

Câu 2: Tiêu chí quan trọng khi thiết kế và lắp đặt bảo vệ chính trong hệ thống là gì?

Hồi đáp: Để thiết bị bảo vệ hoạt động tốt, đảm bảo an toàn cho hệ thống và con người, dưới đây là một số tiêu chí khi thiết kế, lựa chọn và lắp đặt hệ thống bảo vệ:

• Tính chọn lọc: Khả năng chỉ cách ly phần tử bị lỗi khỏi hệ thống, trong khi vẫn duy trì hoạt động của các phần tử điện bình thường khác. Tương ứng, chỉ thiết bị bảo vệ gần điểm sự cố nhất mới được phép hoạt động, tránh việc đóng/ngắt thiết bị bảo vệ ở xa một cách không cần thiết.
• Độ nhạy: Là khả năng phát hiện và phản ứng với sự cố nhỏ nhất hoặc sự cố ở khu vực xa xôi của một hoặc một nhóm thiết bị bảo vệ.
• Về mặt kinh tế: Việc trang bị những thiết bị bảo hộ hiện đại, đắt tiền chắc chắn sẽ đảm bảo mức độ bảo vệ cao hơn. Tuy nhiên, việc thiết kế, lựa chọn thiết bị, hệ thống bảo vệ cũng cần xét đến yếu tố kinh tế và sự phù hợp của mạng điện.
• Khả năng thích ứng: Khả năng thích ứng với những thay đổi trong cấu hình lưới điện (ví dụ như mở rộng, thay đổi nguồn phát điện, kết nối các phụ tải bổ sung).

Các kiến ​​thức khác liên quan đến hệ thống điện các bạn có thể tìm hiểu thêm tại: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-he-thong-dien/