Bảo vệ quá áp cho máy phát điện là gì?

Bảo vệ quá áp cho máy phát điện là hệ thống hoặc thiết bị giúp ngăn ngừa tình trạng điện áp đầu ra của máy phát vượt quá giới hạn cho phép. Nhằm bảo vệ an toàn cho các thiết bị điện, bảng điều khiển và toàn bộ hệ thống điện được cấp nguồn từ máy phát. Quá áp là hiện tượng điện áp đầu ra của máy phát điện vượt cao hơn mức định mức trong một khoảng thời gian nhất định.

Nguyên nhân gây ra quá áp trong máy phát điện

Lỗi bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR )

Đây là nguyên nhân phổ biến nhất gây quá áp. AVR là thiết bị giúp ổn định điện áp đầu ra của máy phát điện. Khi AVR bị hỏng, sai chỉnh hoặc cảm biến điện áp phản hồi bị lỗi. Máy phát sẽ không kiểm soát được điện áp, dẫn đến điện áp tăng cao đột ngột.

Tải giảm hoặc ngắt đột ngột

Khi máy phát đang cấp điện cho tải lớn mà tải bị ngắt đột ngột, năng lượng cơ học vẫn còn nhưng không có tải tiêu thụ. Năng lượng dư làm từ thông trong cuộn dây tăng lên, dẫn đến điện áp đầu ra tăng vọt trong tích tắc. Nếu AVR phản ứng chậm, hiện tượng quá áp sẽ xảy ra ngay lập tức.

Sự cố từ thông của rô-to hoặc stato

Khi cuộn kích từ hoặc cuộn dây stato bị hỏng cách điện, đứt pha, hoặc ngắn mạch. Từ thông trong máy phát bị mất cân bằng. Sự thay đổi bất thường của từ thông sẽ làm tăng điện áp cảm ứng sinh ra tại cuộn dây đầu ra. Đặc biệt, nếu cuộn kích từ bị mất điều khiển, máy phát có thể tự kích và phát điện áp cao hơn định mức.

Tốc độ quay của động cơ prime mover tăng cao

Điện áp đầu ra của máy phát điện tỉ lệ thuận với tốc độ quay của trục (r/min). Khi bộ điều tốc bị lỗi hoặc động cơ sơ cấp (diesel, xăng, tua-bin) chạy quá tốc độ. Điện áp đầu ra sẽ tăng tỷ lệ thuận với tốc độ, gây ra quá áp.

Sét đánh hoặc xung điện lan truyền từ lưới điện

Nếu máy phát điện được kết nối song song với lưới điện hoặc hệ thống ATS. Khi sét đánh vào đường dây hoặc trạm biến áp, xung điện áp rất lớn lên đến hàng chục kV lan truyền đến đầu ra máy phát. Dòng xung sét này gây ra quá áp tức thời, làm hỏng cuộn dây, AVR hoặc bảng điều khiển.

Nối đất hoặc trung tính bị mất

Khi dây trung tính (N) hoặc dây tiếp địa (PE) bị đứt hoặc lỏng, điện áp giữa các pha mất cân bằng. Một số pha có thể tăng cao vượt mức cho phép, gây ra hiện tượng quá áp cục bộ trên các tải điện 1 pha.

Lắp đặt hoặc đấu dây sai kỹ thuật

Việc đấu sai cực tính pha – trung tính, hoặc sử dụng dây dẫn nhỏ hơn quy chuẩn. Có thể làm AVR hoặc cảm biến phản hồi điện áp nhận tín hiệu sai. Khi đó, máy phát tự động bù điện áp vượt mức, dẫn đến quá áp.

Sự cố từ hệ thống điều khiển hoặc mạch bảo vệ

Nếu rơ-le bảo vệ quá áp bị hỏng hoặc chưa được cài đặt đúng ngưỡng, hệ thống không tự ngắt khi điện áp tăng cao, khiến sự cố kéo dài và lan rộng. Một số hệ thống cũ không có rơ-le bảo vệ quá áp, nên khi có hiện tượng điện áp tăng, máy phát vẫn tiếp tục hoạt động gây hư hại cho tải.

Bảo vệ quá áp cho máy phát điện có những công dụng nào?

Ngăn chặn hư hỏng cho máy phát điện

Khi điện áp tăng cao đột ngột, cuộn dây stator và rôto của máy phát điện có thể bị quá nhiệt hoặc chập mạch. Hệ thống bảo vệ quá áp sẽ tự động cắt mạch hoặc điều chỉnh điện áp. Giúp ngăn ngừa hư hại cho phần tử điện và cách điện của máy phát. Bảo vệ an toàn cho lõi từ, dây quấn và bộ điều chỉnh điện áp (AVR).

Bảo vệ các thiết bị điện được cấp nguồn

Máy phát điện thường cấp điện cho tủ ATS, hệ thống điều khiển, động cơ, máy bơm, cảm biến… Nếu xảy ra quá áp, những thiết bị này dễ bị cháy nổ, hỏng bo mạch hoặc giảm tuổi thọ nghiêm trọng. Nhờ có bộ bảo vệ quá áp, điện áp luôn được giữ ổn định trong giới hạn an toàn. Giúp thiết bị hoạt động bền bỉ và ổn định.

Ổn định điện áp đầu ra của máy phát

Hệ thống bảo vệ quá áp kết hợp với AVR giúp duy trì điện áp ổn định, không dao động khi tải thay đổi hoặc khi khởi động – dừng máy. Nhờ đó, máy phát hoạt động êm hơn, hiệu suất cao hơn. Góp phần tránh hiện tượng “nhấp nháy” điện áp gây ảnh hưởng đến thiết bị nhạy cảm

Giảm nguy cơ cháy nổ và đảm bảo an toàn cho con người

Quá áp có thể gây phóng điện, chập mạch hoặc nổ cầu chì trong tủ điện, đặc biệt là ở môi trường ẩm hoặc công nghiệp. Bộ bảo vệ quá áp giúp ngắt dòng điện hoặc xả năng lượng dư xuống đất. Ngăn chặn nguy cơ cháy nổ và đảm bảo an toàn cho người vận hành.

Tăng tuổi thọ máy phát điện và thiết bị đi kèm

Khi điện áp được giữ ổn định và không bị dao động đột ngột, các linh kiện của máy sẽ bền hơn. Việc giảm tải áp lực điện cũng giúp máy phát chạy ổn định, tiết kiệm chi phí bảo trì và sửa chữa.

Bảo vệ hệ thống khi có sét hoặc xung điện lan truyền

Khi sét đánh gần hoặc lan truyền qua đường dây, có thể xuất hiện xung quá áp trong thời gian rất ngắn (micro giây). Hệ thống bảo vệ quá áp (đặc biệt là SPD ) sẽ hấp thụ và dẫn xung điện xuống đất, không cho chúng đi vào máy phát hoặc tủ điều khiển. Bảo vệ chống sét lan truyền, đảm bảo an toàn cho máy phát và thiết bị điều khiển.

Giúp hệ thống điện vận hành ổn định và liên tục

Nhờ được bảo vệ khỏi quá áp, máy phát điện ít bị sự cố, không phải dừng đột ngột để khắc phục lỗi điện áp. Hệ thống điện được duy trì hoạt động liên tục, đặc biệt quan trọng đối với những nơi cần điện liên tục.

Nguyên lí hoạt động của bảo vệ quá áp cho máy phát điện

Bước 1: Giám sát điện áp đầu ra

Hệ thống rơ-le bảo vệ quá áp liên tục đo điện áp đầu ra của máy phát. Giá trị điện áp này được so sánh với điện áp danh định. Nếu điện áp vượt 110% giá trị định mức (≈ 440V), rơ-le nhận biết đó là tình trạng quá áp.

Bước 2: Xử lý tín hiệu khi quá áp xảy ra

Khi phát hiện quá áp, hệ thống sẽ phản ứng theo mức độ nghiêm trọng của sự cố:

Trường hợp quá áp nhẹ (tức thời)

AVR sẽ giảm dòng kích từ cho cuộn rôto làm giảm từ thông, điện áp đầu ra trở lại bình thường. Thời gian phản hồi rất nhanh, thường chỉ vài mili giây.

Trường hợp quá áp nghiêm trọng hoặc kéo dài

Rơ-le bảo vệ quá áp (OVR) sẽ gửi tín hiệu ngắt mạch hoặc tắt máy phát để bảo vệ toàn hệ thống. Đồng thời bộ SPD sẽ xả phần điện áp đột biến còn lại xuống đất. Ngăn lan sang tủ ATS, tủ điều khiển, hoặc các thiết bị tải.

Bước 3: Phóng điện và xả dòng quá áp

Khi có xung quá áp cực lớn như sét lan truyền hoặc dao động đột ngột từ lưới điện, SPD sẽ lập tức chuyển sang trạng thái dẫn điện. Dòng điện xung được dẫn qua đường tiếp địa, không cho đi qua các thiết bị nhạy cảm. Sau khi xả xong, SPD tự hồi phục về trạng thái cách điện.

Bước 4: Trở lại trạng thái ổn định

Khi điện áp đầu ra trở lại trong giới hạn an toàn, rơ-le và AVR tự động trở lại chế độ hoạt động bình thường. Máy phát tiếp tục vận hành ổn định mà không gây gián đoạn nguồn điện cấp tải.

Công ty TNHH Thiết bị công nghệ Bình Minh

Bình Minh là nhà phân phối máy phát điện Mitsubishi chính hãng, nhập khẩu nguyên chiếc tại Việt Nam.

Địa chỉ: Số 31 ngõ 92 Nguyễn Khánh Toàn, P.Quan Hoa, Q.Cầu Giấy, TP. Hà Nội

Hotline : 0964 160 888

Email: contact@gensetpower.vn

Website: gensetpower.vn