Đồ án tốt nghiệp - Phân tích thiết bị tự động chuyển đổi nguồn ATS

Tính chọn một số thiết bị trong hệ thống cung cấp diện của nhà Q 2/ Nội dung chính: 1/ Khảo sát hệ thống điện 2/ Tìm hiểu về máy biến áp và các thiết bị khác 3/ Hệ thống ATS... Việc tín

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: “ Khảo sát hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà Q-21 tầng Bệnh

viện Bạch Mai Phân tích thiết bị tự động chuyển đổi nguồn ATS Tính chọn một số thiết bị trong hệ thống cung cấp diện của nhà Q ”

Hà Nội, tháng 5 /2022

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Bạch Mai Phân tích thiết bị tự động chuyển đổi nguồn ATS Tính chọn một số thiết bị trong

hệ thống cung cấp diện của nhà Q

2/ Nội dung chính:

1/ Khảo sát hệ thống điện

2/ Tìm hiểu về máy biến áp và các thiết bị khác

3/ Hệ thống ATS

4/ Tính chọn một số thiết bị trong hệ thống điện

3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu

Các tài liệu về sơ đồ, hệ thống các tủ điện nhà Q

Tủ điện trung thế, trạm biến áp nhà Q

Tủ ATS và các tài liệu khác

4/ Ngày giao : 01/04/2022

5/ Ngày nộp: 09/05/2022

TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN ĐỒNG

HƯỚNG DẪN

MỞ ĐẦU

Nhà cao tầng là một trong những loại hình đặc biệt của công trình dân dụng được xây dựng tại các thành phố và các khu đô thị lớn Quy trình xây dựng các công trình này nói chung và nói riêng đối với việc tiến hành các công tác trắc địa đều có những đặc điểm đặc thù riêng so với các công trình xây dựng khác

Việc tính toán, thiết kế, lắp đặt hệ thống điện cho các tòa nhà cao tầng cũng là một trong những điều rất quan trọng phải được chuẩn hóa, đảm bảo việc cấp điện cho

hộ tiêu thụ an toàn, tin cậy và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật khác

Nhờ có sự giúp đỡ của nhà Nguyễn Đình Thiên, mà chúng em đã có cơ hội được tìm hiểu và tiếp xúc thực tế với hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà cao tầng tại Bệnh viện Bạch Mai Từ những kiến trường cùng các thầy, cô đặc biệt là Giám đốc Công ty

cổ phần điện Bách Khoa Hoàng Thái Sinh và thầy thức mà chúng em tìm hiểu được,

chúng em đã hoàn thành được bài đồ án tốt nghiệp với dề tài “Khảo sát hệ thống

cung cấp điện cho tòa nhà Q21 tầng Bệnh viện Bạch Mai Phân tích thiết bị tự động chuyển đổi nguồn ATS Tính chọn một số thiết bị trong hệ thống cung cấp diện của nhà Q ” này.

Trong quá trình thực hiện bài báo cáo còn có những thiếu sót rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để bài báo cáo được hoàn thiện tốt hơn

Chúng em xin trân thành cảm ơn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài báo cáo này, em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong khoa Công nghệ - Điện tử thông tin, Trường Đại Học Mở Hà Nội đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu đồ án mà còn là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin

Em cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Giám đốc Công ty cổ phần điện Bách Khoa thầy Hoàng Thái Sinh và thầy Nguyễn Đình Thiên, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực tập và làm đồ án

Em chân thành cảm ơn Ban giám đốc Bệnh Viện Bạch Mai đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để em thực tập tại công ty

Cuối cùng em kính chúc quý thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý

NHẬN XÉT

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN TÒA NHÀ Q 1

1.1 Tủ trung thế (RMU) 1

1.2 Trạm biến áp 1

1.3 Hệ thống 20 tủ điện hạ áp 3

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ MÁY BIẾN ÁP 25

2.1 Máy biến áp là gì? 25

2.2 Công dụng của MBA 25

2.3 Cấu tạo của máy biến áp 26

2.3.1 Lõi thép 26

2 3.2 Dây quấn máy biến áp 26

2.3.3 Vỏ máy biến áp 27

2.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 28

2.5 Xét MBA ba pha một lõi thép 30

2.6 Trạm biến áp tòa nhà Q 31

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ATS TRONG CUNG CẤP ĐIỆN 33

3.1 ATS là gì? 34

3.2 Cấu tạo của tủ ATS 34

3.2.1 Bộ điều khiển PLC 34

3.2.2 Thiết bị đóng cắt tự động - Apptomat 37

3.2.3 Máy cắt không khí 40

3.3 Nguyên lí làm việc của tủ ATS 43

3.3.1 Chế độ làm việc bằng tay của ATS ở tủ điện 15 43

3.3.2 Chế độ làm việc tự động của ATS ở tủ điện 15 44

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 46

4.1 Tính chọn MBA 46

4.1.1 Chọn số lượng và chủng loại 46

4.1.2 Chọn công suất MBA 46

4.1.3 Chọn ví trí đặt MBA 47

4.1.4 Tính chọn cụ thể nhà Q Bệnh viện Bạch Mai 47

4.2 Tính chọn aptomat 48

4.2.1 chọn aptomat 48

4.2.2 Tính dòng điện định mức 49

CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT 51

5.1 Mục tiêu đạt được 51

5.2 Mục tiêu đề ra trong tương lai 51

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

31 Hình 2.7 – cấu tạo của MBA 3 pha có

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

RMU: Ring Main Unit – tủ trung thế

ACB: Air Circuit Breaker – máy cắt không khí

MBA: Máy biến áp

MF: máy phát

PLC: Program logic controller – thiết bị điều khiển tự động

CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN TÒA NHÀ Q

Bệnh viện là một trong những nơi quan trọng cần cung cấp lượng điện năng lớn phục vụ cho quá trình khám và chữa bệnh Chính vì vậy, hệ thống điện của tòa nhà cũng có hai nguồn điện từ thành phố cấp vào với điện áp 22kV

Ta khảo sát và nghiên cứu hệ thống điện của tòa nhà Q có 21 tầng với hai tầng hầm: hầm B1 và hầm B2 theo thứ tự sau đây

1.1 Tủ trung thế (RMU)

Do tính chất đặc biệt ưu tiên để Bệnh viện luôn có nguồn điện, nên có hai đường trung thế có điện áp 22kV từ hai nguồn điện quốc gia đi vào RMU Đó là đường trung thế 471 và đường trung thế 472 Khi đường 472 mất điện RMU đóng điện sang đường

472

Hình 1.1 - Tủ trung thế

Tủ RMU kết cấu từ 3 tủ: tủ 1, tủ 2, tủ 3

Tủ 1: cấp điện cho máy biến áp 1(MBA1)

Tủ 2: cấp điện cho máy biến áp 2(MBA2)

Tủ 3: cấp điện cho máy biến áp 3(MBA3)

1.2 Trạm biến áp

Từ RMU – đường dẫn 22kV đi tới tủ 1 cấp vào đầu sơ cấp MBA1; MBA2; MBA3 như hình ảnh

Hình 1.2 - Trạm biến áp Bệnh viện Bạch Mai

Ba MBA này có công suất và các thông số nhƣ nhau Xem trên bảng sau đây:

Nguồn 471 cấp cho MBA1 và MBA2, nguồn 472 cấp cho MBA3

Biển gắn ở MBA3 nhƣ sau:

CÔNG TY CỔ PHẦN CHẾ TẠO MÁY BIẾN THẾ

Km 12 Quốc lộ 1A-Vĩnh Quỳnh-Thanh Trì-Hà Nội

Kiểu 1500 – 22 ⁓ 0,4 TCVN 1994

So 9001: 2008 IEC - 76

N⁰ 1,51 1014 [MBA - N⁰ 15 / 1015 ; MBA2 N⁰ 15/ 1016]

Năm 2015

Công suất: 1500kVA; số pha 3; nhiệt độ làm việc

Tổ đấu dây ∆/Y0 – Tần số: 50Hz; cấp cách điện

Kiểu làm mát: ONAN; độ cồn db; cấp bảo vệ

Công suất mỗi máy là: S=1500kVA

Máy biến áp có tổ đấu dây ∆/Y0-11

Tức cuộn sơ cấp của MBA đấu tam giác, cuộn thứ cấp đấu sao, có dây trung tính

N Máy biến áp làm mát bằng dầu

MBA đƣợc sản xuất bởi công ty cổ phần chế tạo máy biến thế - Việt Nam

Ba MBA có tổng công suất là: Stổng= 3 x S1MBA=3 x 1500= 4500kVA

Vậy, tổng công suất của trạm biến áp nhà Q là 4500kVA, số công suất này cấp cho tòa nhà Q qua hệ thống 20 tủ điện hạ áp, mà ta sẽ xét dưới đây

1.3 Hệ thống 20 tủ điện hạ áp

Hình 1.3 - Hệ thống tủ điện Bệnh viện Bạch Mai

Các tủ điện được xắp xếp theo thứ tự tương ứng với từng MBA Giữa các MBA

có sự liên lạc trao đổi với nhau trong trường hợp một trong ba máy có sự cố Điều này được thực hiện thông qua tủ liên lạc Ở tủ liên lạc, người ta đặt một máy cắt ACB Khi làm việc bình thường, mỗi MBA làm việc độc lập với phụ tải được xác định Ở mỗi MBA đều có một tủ nâng cao hệ số công suất cosφ Điều này được thực hiện tự động nhờ bộ điều khiển Mikro được đặt ở mỗi tủ

Bộ tụ điện C ở tủ luôn được đóng vào và cắt ra thông qua hệ thống công tắc tơ được điều khiển nhờ Mikro để luôn đảm bảo hệ số cosφ trên 0,90; cosφ > 0,90 Sau đây là trình bày các tủ điện cụ thể:

Tủ điện 3 – tủ điện chính của MBA1

Hình 1.4 – tủ điện 3

Đây là tủ điện chính của MBA1 – đặt sau đầu ra của MBA1

Trong tủ 3 có một máy cắt không khí ACB với dòng điện định mức là 2500A

Ngoài ra còn có các máy cắt, hoặc các aptomat khác để cung cấp cho các hệ thống khác, hoặc cho các tải, đƣợc đặt sau máy cắt ACB

Ví dụ nhƣ hình 1.4 có một aptomat 400A đi đến mạch vòng 3x150

Tủ điện 2 – tủ diện phụ tải MBA1

Hình 1.5 – tủ điện 2

Tại tủ điện 2 – đặt một đường busway dẫn điện lên các tầng trên cho các tải

Đây là tủ tải điện của MBA1, cấp điện cho các phụ tải MBA1 Tủ này được đặt sau tủ điện 3

Phía dưới là các aptomat cấp điện cho các tải

Nối với ACB 2500A là 1 đường busway để đưa điện lên các tầng Đầu ra của ACB được đưa vào 3 thanh đồng (đỏ, vàng, xanh) đặc trưng cho 3 pha Các tủ tiếp theo có thể nối vào đây để lấy điện Hay các aptomat đưa tải nên cũng có thể nối vào các thanh đầu ra của ACB này

Tủ điện 1 – tủ điện bù công suất của MBA1

Hình 1.6 – tủ điện 1

Tủ điện 1 gồm các tủ điện, các aptomat và các công tắc tơ để đóng cắt các tủ điện

bù hệ số công suất cho các tải của MBA1 thông qua bộ điều khiển Bộ điều khiển này đƣợc gọi là Mikco dùng để nâng hệ số công suất của MBA1

Mikco tự động đóng cắt các tụ điện trong tủ, theo giá trị hệ số công suất của tải MBA1 và giá trị hệ số công suất đặt ở Mikco

Tủ điện 4 – tủ liên lạc

hình 1.7 – tủ điện 4

Đây là tủ liên lạc giữa MBA1 và MBA2 gồm một máy cắt không khí ACB 2500A

Tủ điện 5 – tủ điện chính của MBA2

Hình 1.8 – tủ điện 5

Tủ điện này cũng nhƣ tủ điện chính của MBA1 Máy cắt không khí ACB – 2500A đặt sau đầu ra thứ cấp MBA2 Từ máy cắt không khí ACB – 2500A của MBA2, tủ điện 6 là tủ điện tải của MBA2

Tủ điện 6 – tủ điện tải của MBA2

Hình 1.9 – tủ điện 6

Tại tủ điện 6 đặt một đường busway Đây là đường dẫn điện lên các tầng trên

Phía dưới có thêm các aptomat để lấy điện phục vụ cho các tải cụ thể

Tủ điện 7 – tủ điện bù công suất của MBA2

Hình 1.10 – tủ điện 7

Tủ điện 7 đặt các tụ điện, aptomat, công tắc tơ, bộ điều khiển Mikro để điều khiển nâng cao hệ số công suất cosφ cho MBA2

Tủ điện 8 – tủ liên lạc

Hình 1.11 – tủ điện 8

Tủ điện 8 đặt một máy cắt ACB để liên lạc traoo đổi công suất giữa MBA1 và MBA2,để khi có sự cố ở MBA1 thì bật ACB liên lạc, tải của MBA1 sẽ dùng công suất điện của MBA2, và ngƣợc lại

Tủ điện 9 – tủ điện chính của MBA3

Hình 1.12 – tủ điện 9

Tại tủ điện 9, đặt một máy cắt không khí ACB ACB đặt sau đầu ra thứ cấp của MBA3 dùng để đóng cắt phụ tải MBA3 và cũng là bảo vệ cho MBA3

Tủ điện 10 – tủ điện tải của MBA3

Hình 1.13 – tủ điện 10

Tủ 10 gồm có hai máy cắt ACB 1250A

Tại tủ 10 có 1 đường đi lên tủ 18 và 1 đường đi lên tủ 15 để phối hợp với nguồn điện của hai máy phát dự phòng

Tủ điện 11 – tủ điện bù công suất cho MBA3

Hình 1.14 – tủ điện 11

Bộ Mikco tự động đóng cắt các tụ điện theo giá trị hệ số công suất của tải máy biến áp và theo giá trị hệ số công suất cosφ đặt ở Mikco của tải MBA3

Tủ điện 12 – tủ điện của MF1

Hình 1.15 – tủ điện 12

MF1 là máy phát điện 1 đƣợc đặt ở hầm B1 Trong tủ này đƣợc đặt một máy cắt tổng ACB – 1250A và một máy cắt tải ACB – 1250A

Tủ điện 13 – tủ điện liên lạc MF1-MF2

Hình 1.16 – tủ điện 13

Tủ liên lạc này cho phép tải của MF1 sử dụng công suất của MF2 khi MF1 có sự

cố không làm viêc đƣợc và ngƣợc lại

Trong tủ đặt máy cắt ACB – 1250A

Tủ điện 14 – tủ điện chính của MF2

Hình 1.17 – tủ điện 14

Máy phát 2 (MF2) đặt ở tầng hầm B2 Khi MF2 làm việc đưa điện áp đến máy

cắt của MF2, ở tủ 14, để cấp cho phụ tải thông qua máy cắt tổng MF2 Tủ này giống tủ

12 của MF1

Ở tủ 14 người ta đặt hai máy cắt bằng máy cắt ACB – 1250A

Tủ điện 15 – tủ ATS1

Hình 1.18 – tủ điện 15

Tủ điện 15 – gọi là tủ ATS hay có thể gọi là thiết bị ATS

Ta gọi tủ điện 15 là - Tủ ATS1 còn gọi là thiết bị chuyển đổi nguồn tự động Có nhiệm vụ là tự động hoặc bằng tay chuyển đổi nguồn từ MBA3 sang nguồn của máy phát dự phòng MF1 khi MBA3 mất điện

Tủ ATS sẽ được nghiên cứu rõ hơn ở chương sau

Tủ điện 16 – tủ điện tải MBA3 và MF1

Hình 1.19 – tủ điện 16

Gồm 1 aptomat tổng Từ aptomat tổng, nguồn điện đƣợc phân ra và đi đến các aptomat nhánh rồi đi đến các hệ thống tải nhƣ: bơm cứu hỏa ở tầng hầm B2, quạt thông gió cứu hỏa ở tầng hầm B2, thang máy cứu hỏa ở tầng 20 và 1 dòng dự phòng Hay còn gọi tủ điện 16 là tủ điện tải của MBA3 và MF1

Tủ điện 17 – tủ điện tải của MBA3 và MF1

Hình 1.20 – tủ điện 17

Đây cũng là tủ điện tải của MBA3 và MF1, gồm có các aptomat với các dòng điện khác nhau theo yêu cầu của tải và một máy cắt ACB 800A đưa đến 1 thiết bị cộng hưởng từ ở hầm B1

Tủ điện 18 – tủ ATS2

Hình 1.21 – tủ điện 18

Tủ ATS2 cũng nhƣ tủ ATS1 làm nhiệm vụ tụ động hoặc bằng tay chuyển đổi nguồn từ MBA3 sang MF2

Về cấu tạo ATS2 giống ATS1

Các phần tử ở ATS2 cũng giống nhƣ ATS1

Tủ điện 19 – tủ điện tải của MBA3 và MF2

Hính 1.22 – tủ điện 19

Tủ điện 19 nhƣ hình 1.22 – gồm các aptomat

Trong tủ đặt các aptomat tổng và aptomat nhánh cấp điện cho phụ tải MBA3 và MF2

Tủ điện 20 - tủ điện tải của MBA3 và MF2

Hình 1.23 – tủ điện 20

Đây cũng là một tủ điện tải của MBA3 và MF2

Tủ gồm một máy cắt đưa nguồn điện MBA3 và MF2 lên các tầng trên bằng đường busway 3, máy cắt ACB – 800A và các aptomat cấp điện cho hầm B1 và hầm B2

Từ những phân tích tủ điện ở trên ta lập đƣợc sơ đồ khối để khảo sát, kiểm tra và

điều hành hệ thống tủ điện cho thuận tiện hơn nhƣ hình 1.24

Hình 1.24 – sơ đồ khối các tủ điện trạm hạ áp tòa nhà Q 21 tầng

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ MÁY BIẾN ÁP

Để biến đổi điệp áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp hoặc ngược lại ta dùng máy biến áp Ngày nay, do việc sử dụng điện năng phát triển rất rộng rãi, nên có những loại máy biến áp khác nhau: MBA một pha, ba pha và nhiều pha, hai dây quấn, ba dây quấn nhưng chúng dựa trên cùng một nguyên lí, đó là nguyên lí cảm ứng điện từ

Ở trạm biến áp nhà Q, MBA nhận nguồn điện trung áp 22kV từ lưới điện quốc gia Sau đó hạ xuống 0,4kV để cấp cho các tải trong tòa nhà Tòa nhà 21 tầng tại Bệnh viện Bạch Mai hoạt động với 3 MBA Sau đây chúng ta tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lí làm việc và một số tính chất đại lượng đặc trưng cho MBA

2.1 Máy biến áp là gì?

MBA là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lí cảm ứng điện từ, dùng

để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số

2.2 Công dụng của MBA

Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải và phân phối điện năng Các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện vì thế cần phải xây dựng các đường dây truyền tải điện năng

Hình 2.1 – đường dây truyền tải điện năng của MBA

Điện áp máy phát thường là 6,3 ; 10,5 ; 15,75; 38,5 kV Để nâng khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây, phải giảm dòng điện chạy trên đường dây, bằng cách nâng cao điện áp Ở cuối đường dây cần đặt MBA giảm điện áp

từ điện áp cao xuống điện áp thấp để sử dụng cụ thể là giảm điện áp xuống điện áp 380/220V

Ngoài ra, MBA còn được sử dụng trong các thiết bị lò nung, trong hàn điện làm nguồn cho các thiết bị điện, điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau, trong lĩnh vực đo lường

2.3 Cấu tạo của máy biến áp

Cấu tạo chung của mọi máy biến áp gồm 3 thành phần chính: Lõi thép, dây quấn

và vỏ máy, ở hình 2.2 là cấu tạo những phần chính của 1 MBA 3 pha

Hình 2.2 - Cấu tạo của máy biến áp

2.3.1 Lõi thép

Lõi thép dùng để dẫn từ thông, đƣợc chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt Đƣợc ghép

từ các lá thép kỹ thuật điện thành mạch vòng khép kín, các lá thép mỏng mặt ngoài có sơn cách điện với bề dày từ 0,3 - 0,5mm

Lõi thép gồm 2 phần:

- Trụ là nơi để đặt dây quấn

- Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ

Hình 2.3 - Lõi thép của máy biến áp

2 3.2 Dây quấn máy biến áp

Nhiệm vụ của dây quấn là nhận năng lƣợng vào và truyền năng lƣợng ra