bài thí nghiệm tự động hóa trong hệ thống điện

Các đường rẽ nhánh này có thể được làm đường cấp điện cho các đường dây và phụ tải hoặc là đường nhận điện từ các hệ thống khác.. Khi hai thanh cái làm việc độc lập, bình thường hệ thống

TRUỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa Cơ Điện - Bộ môn Hệ thống Điện

BÀI THÍ NGHIỆM

TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội -2013

1

BÀI 1 – TỰ ĐỘNG MÁY CẮT PHÂN ĐOẠN THANH GÓP

I – Các thiết bị cần dùng

2 SO3301-3R Nhóm hai thanh góp, ba pha với hai máy cắt 5

8 Dây nối tiết diện 4mm, độ dài và màu sắc

khác nhau

Bộ thanh góp kép ba pha SO3301-3R: hệ thống mô phỏng hai thanh góp Mỗi hệ thống thanh góp có một đường rẽ nhánh được đóng độc lập nhờ máy cắt đi kèm Hai máy cắt này được cấp điện từ nguồn 24 V/DC Các đường rẽ nhánh này có thể được làm đường cấp điện cho các đường dây và phụ tải hoặc là đường nhận điện từ các hệ thống khác

Bộ nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh điện áp ST7707-4M: bộ nguồn này có 4 đồng hồ ampe (ba đồng hồ đo dòng điện xoay chiều và một đồng hồ đo dòng điện một chiều) và một đồng hồ vôn kế đo điện áp pha Điện áp xoay chiều ba pha có thể thay đổi trong dải 0 -230/400V và điện áp một chiều 0 – 250 V/10A Trên bộ nguồn có các công tắc chuyển mạch

để đo điện áp xoay chiều và một chiều Muốn cho bộ nguồn hoạt động thì phải chuyển mạch sang vị trí 1

Bộ nguồn SO3538-8C 24V cấp cho mạch điện nhị thứ (mạch điều khiển): điện áp vào là 220

V, điện áp ra là 24V Muốn bộ nguồn một chiều có thể hoạt động được thì phải cấp điện 220V và bật công tắc lên vị trí số một

Máy cắt SO3301-5P có tác dụng đóng cắt cả ba pha Trên mặt có hai nút bấm ON và OFF

Có thể được điều khiển đóng, cắt từ xa nếu có tín hiệu lần lượt gửi vào REMOTE CONTROL ON và REMOTE CONTROL OFF Có hai tiếp điểm một thường đóng và một thường mở Dùng hai tiếp điểm này để điều khiển đóng cắt của máy cắt

Bộ mô phỏng đường dây tải điện SO3301-3A Đây là bộ mô phỏng các thông số của đường dây tải điện Gồm có điện trở; điện cảm đường dây; dung dẫn giữa đường dây với đất và dung dẫn giữa các pha với nhau Các thông số này có thể được thay đổi giá trị bằng cách thay đổi lại các chốt cắm

2

II – Chú ý

Tất cả các bài thí nghiệm đều sử dụng nguồn chính (3x400V/50 Hz) Đây là yếu tố cần thiết

để khi lắp ráp bài thí nghiệm và thay đổi một vài phần tử cần phải tắt tất cả nguồn điện Nguồn điện chỉ có thể được bật sau khi giáo viên hướng dẫn kiểm tra phần lắp ráp

Cả hai thanh góp phải được đóng điện với điện áp như nhau Nếu hai điện áp khác nhau phải

sử dụng (máy phát, máy biến áp, thiết bị kiểm tra điện áp), đồng bộ hóa sự kết nối giữa hai

hệ thống

Các pha phải kết nối một cách chính xác

Nhiệt được phát ra tại tải, bởi vậy cần chú trọng việc đảm bảo cho các vùng lân cận gần tải

và tất cả các phần tử khác phải giữ một khoảng cách an toàn từ tải

Tùy theo sự điều chỉnh dòng an toàn, tất cả phần vỏ kim loại phải kết nối tới bảo vệ chống chạm đất Bảo vệ chống chạm đất chỉ được sử dụng với mục đích này, và phải không được kết nối với dây trung tính, N

Khi dòng điện bị gián đoạn tại cuộn cảm trong đường dây mô phỏng, điện áp cảm ứng cao được phát ra Đối với trường hợp này, trước khi làm một vài sự sửa đổi nào tới bài thí nghiệm cần phải ngắt nguồn

3

III – Mạch điện

4

IV - Cách tiến hành

Sinh viên thực hiện lắp sơ đồ như hình vẽ

Mạch nhị thứ lấy tín hiệu từ tiếp điểm rơle để đi điều khiển cắt các máy cắt khi xảy ra ngắn mạch

Hệ thống thanh cái được nhận điện từ một nguồn nhưng theo hai phía khác nhau Một đường cấp trực tiếp lên thanh cái, đường còn lại cấp điện thông qua đường dây trên không Hệ thống hai thanh cái này có thể làm việc độc lập (máy cắt SO3301-5P sẽ cắt ra) hoặc là song song

Khi hai thanh cái làm việc độc lập, bình thường hệ thống thanh cái được cấp điện từ đường dây, tải được cấp điện từ thanh cái phía dưới Khi máy cắt nối với đường dây cắt ra, thanh cái phía dưới sẽ mất điện Nhiệm vụ của sinh viên phải nối mạch điều khiển để máy cắt dự phòng TĐL cấp điện cho thanh cái phía trên, đồng thời máy cắt nối cũng TĐL để cấp điện cho thanh cái phía dưới Tải không bị mất điện

Khi hai thanh cái làm việc song song, hệ thống thanh cái được cấp điện từ đường dây, tải được cấp điện từ thanh cái phía trên Giả sử có sự cố ở thanh cái phía trên khi đó máy cắt nối phải tự động cắt ra, đồng thời tải cũng được tự động cắt ra và sau đó tự động đóng lại vào thanh cái phía dưới

6

V – Câu hỏi kiểm tra

1 Thao tác của các sơ đồ nối điện này?

2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của sơ đồ

3 Vẽ sơ đồ điều khiển TĐL máy cắt khi có tín hiệu cắt ra từ một máy cắt khác

7

BÀI 2 - QUẢN LÝ PHỤ TẢI

I Mục đích, yêu cầu

- Củng cố kiến thức về sự phân bố tải trong mạng điện kín, nguồn 2 phía

- Sử dụng lôgô thực hiện quản lý phụ tải theo chương trình cho trước

II Nội dung

- Tìm hiểu sơ đồ thiết bị và dụng cụ đo sử dụng trong bàn thí nghiệm

- Tìm hiểu sự phân bố công suất trong mạng điện kín, cách xác định sự phân bố dòng điện trong từng pha

- Nghiên cứu cách sử dụng lôgô dùng lập trình quản lý đóng cắt phụ tải theo chương trình cho trước

8

III Nguyên lý làm việc của lôgô

1 Cấu tạo chính của lôgô

- Lôgô là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ sử lý Các chức năng được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình Lôgô là một máy tính công nghiệp còn gọi PLC

- Cấu tạo chính của lôgô là:

+ CPU là bộ não của PLC, là một bộ phận trong đó tất cả các điều khiển được điều khiển Hầu hết chức năng của CCU là chức năng của PLC Các tập hợp thành phần của CCU được phân định là: CPU

+ Phần đầu vào: Được nối với bộ phận điều khiển I/O thông qua các BUS và thường được mô đun hoá, có thể được mở rộng thêm bao nhiêu tuỳ ý theo yêu cầu Người ta còn nối

bộ phận vào là bộ phận chuyển đổi làm cho điện thế của tín hiệu ngoài phù hợp với tín hiệu bên trong của CCU Các điện áp sử dụng là xoay chiều (AC) 110V, 220V, 240V và một chiều (DC) 5V,12V.24V,48V,50V Tuy nhiên có thể có nhiều điện áp được sử dụng nhưng tín hiệu cuối cùng mà CCU xử lý và gửi ra là DC 5V

+ Phần đầu ra: làm việc như bộ kích thích lấy đầu ra đã chế biến ở CCU và như phần đầu vào, nó cũng được mô đun hoá theo sự sử dụng tín hiệu xoay chiều và một phần (AC và DC) từ 5V đến 240V, bộ kích thích này làm việc tương ứng với mỗi cấp đó Nói chung đầu vào đóng vai trò của việc cung cấp là đóng và cắt tín hiệu từ một nguồn cung cấp Ngoài ra

nó còn trang bị thiết bị bảo vệ quá dòng do ngắn mạch bên ngoài chẳng hạn

2 Quá trình làm việc

+ Phương pháp tạo quá trình làm việc: Ở trạng thái “Input resh” (đặt để chế độ làm việc và lấy đầu ra) chương trình sẽ thực hiện các lệnh liên tiếp từ 0000 STEP cho đến gặp lệnh END

và trạng thái Self diagnosing nó tự tìm lỗi, rồi đặt thời gian thực hiện lệnh đến (tại bộ đếm Counter) sau đó gửi giá trị mà chương trình đã tạo tới đầu ra và tác động vào đơn vị đầu ra + Phương pháp điều khiển I/O: Là phương pháp gián tiếp và nó thực hiện ở thơì điểm trước khi 0 STEP của chương trình khi chạy đến lệnh này Sơ đồ khối là:

- Gửi vào lệnh REFRESH: Đọc dữ liệu vào từ đơn vị đầu vào trước khi chương trình thực hiện và lưu dữ liệu tập hợp lại vào vùng của vùng nhớ dữ liệu

- Gửi ra lệnh REFRESH: Sau khi thực hiện xong lệnh END tại thời điểm đó nó gửi mà đang

ở vùng ra của vùng nhớ số liệu,

- Trong trường hợp thực hiện I/O trực tiếp (lệnh IROF) thì nó thực hiện I/O REFRESH sau khi thực hiện lệnh chọn cả I/O

- Trong trường hợp thực hiện lệnh OUT để gửi ra thì nó liên kết chế biến của chương trình vào vùng ra (P) của vùng nhớ dữ liệu và nó thực hiện tác động các tiếp điểm đầu ra đặt theo chế độ sau khi thực hiện xong lệnh END

Ưu điểm khi sử dụng lôgô trong công tác quản lý phụ tải điện:

- Việc cài đặt chế độ tự động là tương đối đơn giản do đó thuận lợi cho việc điều khiển mạng điện

9

- Lôgô có thể thực hiện được nhiều chức năng.

- Lôgô hoạt động chính xác

10

IV Các bước thực hiện thí nghiệm

Bài thí nghiệm được tiến hành cùng với hệ thống tải của bài thí nghiệm là thuần trở kết hợp

bộ tụ C, sơ đồ đấu các dụng cụ đo vào mạng điện có thể theo dõi phụ tải nhánh và phụ tải tổng

* Thao tác:

- Cắm giắc JABC từ ổ 3 pha tầng 1 lên ổ 3 pha tầng 2 ổ JABC

- Cắm giắc tải J1, J2, J3 lên các ổ tương ứng (J1, J2, J3)

+ Đo công suất tổng dùng đồng hồ kW, kVAr kết hợp đồng hồ V ở tầng 1 bằng cách nối các chân ở tầng 2: S20,40,60 lên S16,36,56 (20,40,60) của kW tầng 3

S21,41.61 lên S17,37,57 (21,41,61) của kVAr tầng 3

+ Đo công suất tải dùng V, KW, KVAr

- Bằng cách nối các chân: S16,36,56 thuộc L4,5,6 lên S17,37,57 của KW tầng 3

S17,37,57 thuộc L4,5,6 lên SR,S,T của KVAr tầng 3

Các chân SR1,2,3 ; SS1,2,3 ; ST1,2,3 nối với nhau và nối vào chân SRi,Si,Ti tương ứng

a) Chế độ tay:

- Bật công tắc AUTO/MAN về vị trí MAN

- Bật APTOMAT tổng, đóng điện cấp nguồn cho bài thí nghiệm

- Ấn lần lượt các nút ấn P1; P3; P5 để đóng tải

Tại mỗi vị trí khi ấn từng nút, ghi lại công suất tổng đồng hồ kW và kVAr bên nhánh trái tầng 3, đồng thời ghi lại công suất tải nhánh ở đồng hồ kW và kVAr bên phải tầng 3 của bài thí nghiệm Tải nối sao với trung điểm chân J14,24,34

Ta có kết quả sau:

- Vônkế chỉ 380 V:

- Bảng kết quả:

Uđ (V) Pđ (kW) Qđ (kVAr) Uc (V) Pc (kW) Qc (kVAr) 1

2

3

11

b) Chế độ tự động:

Bật công tắc về vị trí AUTO (lúc này các nút ấn đóng tải mất tác dụng) Lập trình lôgô theo bảng 1, đặt thời gian theo phút/ giờ/ ngày/ tháng/ năm

- Cách cài đặt chương trình:

Ấn đồng thời 2 nút ESC – OK

Màn hình hiện > Set clock

Set param

Ấn “OK”: trang: Set clock hiện ra

Hình vẽ các tầng của bài thí nghiệm

12

V- Câu hỏi kiểm tra

1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của logo

2 Có nhận xét gì khi sử dụng logo để quản lý phụ tải?

13

BÀI 3 – TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH DUNG LƯỢNG BÙ

I Mục đích, yêu cầu

- Nắm vững mục đích việc bù công suất phản kháng

- Tìm hiểu các biện pháp điều khiển dung lượng bù

- Nghiên cứu các sơ đồ điều khiển dung lượng bù bằng Rơ le điện cơ

- Sử dụng PLC trong tự động điều khiển dung lượng bù

II Nội dung

a Tìm hiểu ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng trong lưới điện, các biện pháp dùng điểu khiển dung lượng bù và các sơ đồ điện cơ

b Tìm hiểu kỹ các thiết bị có sẵn trên bàn thí nghiệm

c Tìm hiểu nguyên tắc làm việc của PLC, sơ đồ khối và sơ đồ nối Cách lập trình cho PLC

d Xác định các thông số của lưới điện khi chưa thực hiện bù

e Thực hiện điều khiển dung lượng bù theo các biện pháp

+ Bằng tay

+ Theo dòng

+ Theo cosφ

+ Theo hướng công suất

Đặt nấc “Tự động” cho sơ đồ PLC hoạt động

14

III Hướng dẫn thực hiện

1 Lắp sơ đồ lưới điện như hình vẽ

- Ổ cắm J1 nối với 3*380 AC qua MBA cách ly (có thể không cần MBA cách ly)

- Các đồng hồ cosϕ, kW, kVAr nối vào các ổ cắm tương ứng, thay đổi thông số đường dây,

đo chế độ không tải

- Nối j2 với tải (tải máy phát động cơ một chiều), thay đổi thông số đường dây và dòng kích thích, đo các thông số đường dây

- Xác định chế độ thiếu hụt công suất phản kháng

- Lần lượt thử nghiệm với các phương pháp bù Xem xét chế độ hoạt động của bộ tụ

- Kết quả thí nghiệm: Lấy kết quả lần lượt với từng trường hợp khi không tải và có tải (theo bảng)

15

IV Chương trình điều khiển:

a Chu trình đặt:

- Kiểu nối dây đến thời gian trễ, đến số bước, đến chu trình đóng cắt, đến tỉ lệ nhóm tụ, đến đèn báo chỉ số công suất, đến phương thức hoạt động, đến chỉ số công suất, đến chỉ số C/K

b Thủ tục đăt:

- Ấn phím AUTO/MAN để thay đổi phương thức bằng tay, đèn MANUAL sẽ sáng

- Ấn phím MODE và đèn PROGRAM sẽ sáng, tất cả các bộ đầu ra của Rơle sẽ mở Bộ điều khiển đã sẵn sàng cho việc lập chương trình

- Ấn phím MODE để lựa chọn tham số Tham số xuất hiện trên mặt hiện số sẽ thay đổi theo chu trình mỗi lần ta nhấn phím MODE

Ấn phím (+) hoặc (-) để lựa chọn tham số

Để hoàn thành chương trình ấn phím AUTO/MAN Lúc này số liệu đã nạp sẽ được lưu lại trong bộ nhớ cho hoạt động tự động

* Chế độ cài đặt:

Kiểu nối dây: A2 – 3 pha 3 dây

Thời gian trễ đóng: b1 – 45giây

Số bước: C1 – 1 bước

Chu trình đóng cắt: d1 – lên, xuống; d2 – vòng tròn

Tỉ lệ nhóm tụ:

E1 – 1:1:1:1:1:1

E3 – 1:2:4:8:8:8

Đèn chỉ số công suất: F2 – 0,9

Các phương thức hoạt động: G1 – phương thức tự động

Chỉ số công suất (Cosφ): 80 – COS, IND – 0,80 cảm kháng (lag)

Giá trị C/K: 1.0 – C/K – 1.0A

16

VI Câu hỏi kiểm tra

1 Tại sao phải bù công suất phản kháng trong lới điện, mục đích ?

2 Ưu điểm của PLC trong việc điều khiển dung lượng bù ?

17