Tìm hiểu các bảo vệ chính trong hệ thống điện

Hệ thống điện luôn tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ, chập cháy do nhiều yếu tố khách quan và chủ quan gây ra. Các bảo vệ chính trong hệ thống có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng tiêu cực của các sự cố này. Tìm hiểu về các bảo vệ chính của hệ thống điện trong bài viết dưới đây của BTB Electric.

Tầm quan trọng của các bảo vệ chính trong hệ thống điện

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

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

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

Các bảo vệ chính trong hệ thống điện

Bảo vệ ngắn mạch

Ngắn mạch là hiện tượng dòng điện di chuyển giữa 2 đầu cực với khoảng cách ngắn hơn so với quy trình dẫn điện của hệ thống. Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng này là do dây pha chạm vào dây trung tính hoặc dây nối đất. Ngoài ra, dây điện bị chập cháy, bị hở gặp môi trường ẩm ướt hay đấu dây sai cách cũng có thể gây ra tình trạng đoản mạch. 

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

Ký hiệu của bảo vệ ngắn mạch là I>>. Thường dòng điện tác động bảo vệ ngắn mạch được cài đặt là 5In, 10In hoặc 20In. 

Thiết bị bảo vệ ngắn mạch phổ biến là aptomat (MCB), cầu chì và relay 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 khoảng thời gian nhất định, gây ra quá nhiệt dẫn đến hư hỏng, thậm chí là cháy nổ. 

Thiết bị bảo vệ quá dòng điển hình là relay nhiệt hoặc relay bảo vệ quá dòng cắt chậm theo thời gian. Thời gian tác động bảo vệ được cài đặt tùy thuộc vào từng loại máy và đặc trưng khởi động. Ngoài ra, cũng có thể sử dụng một số loại aptomat như MCB, MCCB để bảo vệ ngắn mạch và quá tải. 

Bảo vệ chạm đất

Khi dây pha chạm vào vỏ thiết bị hoặc đất có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng. Lúc này, cần trang bị cho hệ thống các loại thiết bị bảo vệ chạm đất được tích hợp 2 chức năng bảo vệ chạm đất nhẹ và ngắn mạch chạm đất, ví dụ như aptomat 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 ra sự 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 relay bảo vệ mất pha hoặc aptomat chống mất pha. 

Bảo vệ ngược pha

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

Trường hợp này có thể lắp đặt rơ le ngược pha có khả năng phát hiện sự thay đổi thứ tự các pha của nguồn cấp và không cho phép mở máy hoặc ngắt mạch khi ngược pha xảy ra. 

Bảo vệ quá áp

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

Bảo vệ thấp áp

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

Rơle thấp áp sẽ tác động để ngắt mạch hoặc cảnh báo khi xảy ra hiện tượng sụt áp. Ngoài ra, một số thiết bị thông minh còn được tích hợp module bảo vệ như cuộn bảo vệ thấp áp. 

Bảo vệ dòng rò

Bảo vệ dòng rò giúp ngăn ngừa sự cố hỏa hoạn và nguy cơ gây giật điện cho con người. Trường hợp này có thể sử dụng biến dòng ZCT (CBCT), aptomat chống giật, chống dòng rò (RCBO), hệ thống nối đất giúp dẫn dòng điện rò xuống đất.

Một số bảo vệ đặc thù cho các thiết bị lớn

Đa phần các bảo vệ trên áp dụng cho hệ thống điện hạ thế. Đối với các thành phần của hệ thống điện cao thế như nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải… sẽ có một số bảo vệ đặc thù như:

• Bảo vệ so lệch: Là bảo vệ chính cho máy biến áp, máy phát, thanh cái, hoạt động dựa trên việc so sánh dòng điện ở 2 đầu thiết bị hoặc khu vực được bảo vệ. Nếu có sự chênh lệch dòng điện vượt ngưỡng cho phép, cơ chế bảo vệ sẽ tác động.
• Bảo vệ ga (Gas Protection/Buchholz Relay): 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 (Oil Flow Protection): Được sử dụng để phát hiện sự cố dòng chảy dầu làm mát trong máy biến áp. 
• Bảo vệ quá dòng và cắt nhanh: Thường dùng trong bảo vệ rơle cho đường dây và thanh cái.
• Bảo vệ nhiệt độ dầu/cuộn dây tăng cao: Báo tín hiệu hoặc khởi động quạt gió làm mát khi nhiệt độ vượt quá giới hạn.
• Bảo vệ chống sét: Bao gồm các cột thu lôi, dây chống sét và hệ thống nối đất để bảo vệ thiết bị khỏi sét đánh trực tiếp và sét lan truyền.
• Bảo vệ chống chạm đất 90% cuộn dây: Một loại bảo vệ chuyên biệt cho máy phát điện.

Nhóm thiết bị bảo vệ chính từ BTB Electric

Aptomat, cầu dao, cầu chì và relay là 2 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 BTB Electric, nhóm thiết bị bảo vệ chính có thể kể đến:

• MCB, MCCB: Bảo vệ quá tải và ngắn mạch. MCB phù hợp với các ứng dụng dân dụng, trong khi MCCB thích hợp với ứng dụng công nghiệp. 
• RCCB, ELCB: Bảo vệ chạm đất, chống rò điện. 
• RCBO: Aptomat chống giật, chống dòng rò, chống quá tải và ngắn mạch. 
• Relay nhiệt MT3: Bảo vệ quá tải. 

Các thiết bị bảo vệ của chúng tôi đều đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế IEC/EN, UL, được thử nghiệm, đánh giá và giám sát tại các tổ chức chứng nhận hàng đầu thế giới nên đảm bảo cơ chế bảo vệ và hiệu suất ổn định trong nhiều môi trường vận hành khác nhau. Lắp đặt các thiết bị đóng ngắt, bảo vệ từ BTB Electric, hệ thống của bạn sẽ được bảo vệ toàn diện khỏi các sự cố điện. 

Công nghệ bảo vệ hiện đại trong lưới điện thông minh

Smart Grid (lưới điện thông minh) là lưới điện có thể dự đoán và phản ứng một cách thông minh với mọi thay đổi của tất cả các đơn vị được kết nối điện với lưới điện. Khi các thiết bị của 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 chuyển đổi dần sang lưới điện thông minh, trong đó có việc tích hợp công nghệ bảo vệ hiện đại cho phép các đơn vị Điện lực phát hiện nhanh chóng và kịp thời xử lý 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 toàn bộ hệ thống từ xa.
• Thiết bị đóng cắt thông minh: Các recloser, LBS (Load Break Switch) được điều khiển từ xa, có khả năng tự động cô lập sự cố và tái lập cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện cho khách hàng.
• Công tơ 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, lập hóa đơn tự động và cung cấp thông tin cho khách hàng.
• Bộ biến tần thông minh (Smart Inverter): 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 việc sử dụng cảm biến chập cháy và hệ thống cảnh báo sớm, người vận hành có thể phát hiện dấu hiệu của các sự cố, đồng thời can thiệp kịp thời trước khi tình hình trở nên nghiêm trọng.

Câu hỏi về các bảo vệ chính trong hệ thống điện

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

Trả lời: Hệ thống điện là một trong những hạ tầng trọng yếu của mọi 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 bảo vệ chính trong hệ thống điện là không thể thiếu nhằm đảm bảo hoạt động liên tục, ổn định và an toàn của lưới điện quốc gia.

Ngoài ra, hệ thống điện luôn phải đối mặt với nhiều nguy cơ và sự cố tiềm ẩn. Nếu không có bất kỳ cơ chế bảo vệ nào, sự cố dù nhỏ nhất đều có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng.

Câu hỏi 2: Các tiêu chí quan trọng khi thiết kế và lắp đặt của bảo vệ chính trong hệ thống?

Trả lời: Để thiết bị bảo vệ hoạt động đúng cách, đảm bảo an toàn cho hệ thống và con người, dưới đây là 1 số tiêu chí khi thiết kế, lựa chọn và lắp đặt hệ thống bảo vệ:

• Độ chọn lọc: Tức là khả năng chỉ cô lập phần tử bị sự cố 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 nhất với điểm sự cố mới được phép tác động, tránh việc thiết bị bảo vệ ở xa đóng/ngắt không cần thiết. 
• Độ nhạy: Là khả năng phát hiện và tác động với sự cố nhỏ nhất hoặc sự cố ở vùng xa của một hoặc nhóm thiết bị bảo vệ. 
• Kinh tế: Việc trang bị thiết bị bảo vệ đắt tiền, hiện đại tất yếu sẽ đảm bảo được khả năng bảo vệ ở mức cao hơn. Tuy nhiên, việc thiết kế, lựa chọn thiết bị, hệ thống bảo vệ cũng cần cân nhắc đến yếu tố kinh tế và tính phù hợp của mạng điện. 
• Khả năng thích ứng: Khả năng thích nghi với các thay đổi trong cấu hình lưới điện (ví dụ: mở rộng, thay đổi nguồn phát, đấu nối thêm tải).

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