Thiết kế mạch chuyển đổi ATS

Thiết kế mạch chuyển đổi ATS, quá trình chuyển mạch tự động khi mất nguồn, mất pha, mất áp, khi mạch hoạt động trở lại....Nguồn dự trữ UPS, quá trình chạy mô phỏng dự đoán các hiện tượng xảy ra,..

LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học KỹThuật – Công Nghệ Cần Thơ đã tạo điều kiện cho em thựchiện đồ án này Trong thời gian làm đồ án em cũng nhậnđược nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tìnhcủa thầy cô khoa Điện – Điện Tử - Viễn Thông

Em cũng chân thành cảm ơn thầy cố vấn là thầy Th.sNguyễn Văn Khấn đã tận tình chỉ dạy cho em biết đượcnhững kiến thức thật bổ ích, những kinh nghiệm thực tế màthầy đã trải qua, cũng như những ý kiến thiết thực nhằm bổsung và điều chỉnh những thiếu sót trong suốt quá trình thựchiện đồ án này

Cuối cùng, em xin chân thành cám ơn sự đóng góp ýkiến của tất cả các bạn trong quá trình thực hiện hiện đồ án

Trong tình hình kinh tế thị trường của đất nước hiệnnay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các khu sản xuất điều phải tựhạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt vàchất lượng, giá cả sản phẩm Điện năng thực sự đóng góp 1phần không nhỏ vào sự thua lỗ của công ty, xí nghiệp Nếu 1tháng xảy ra mất điện 2 – 3 ngày thì các xí nghiệp sẽ không

có lãi suất, thua lỗ do chậm trễ trong quá trình sản xuất, chếbiến thành phẩm

Thêm vào đó thương mại, dịch vụ chiếm tỉ lệ ngàycàng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và đã thực sựtrở thành khách hàng quan trong của ngành điện lực Cáckhách sạn cao cấp, sang trọng, nội thất ngày càng cao cấp,cùng với chính sách mở cửa đã thu hút một số lượng lớnkhách nước ngoài đến tham quan, du lịch, nghỉ ngơi, côngtác làm việc tại Việt Nam Khu vực khách hàng này khôngthể để mất điện

Một trong các biện pháp để nâng cao độ tin cậy cungcấp điện là đặt các phần tử dự trữ trong hệ thống điện Đểđưa các phần tử vào làm việc nhanh chóng và an toàn người

ta thường sử dụng các thiết bị tự động đóng dự trữ, hay còngọi là bộ chuyển đổi nguồn tự động (ATS: Automatic trsnsferswitch)

Xuất phát từ tầm quan trọng, cũng như những thực

tiễn nêu trên, cùng với sự hướng dẫn của GV: Th.S Nguyễn Văn Khấn Tôi tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế mạch chuyển đổi ATS”.

2.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

Bộ chuyển đổi nguồn tự động sử dụng phụ tải điệnphòng khi xảy ra sự mất điện

Khi có sự cố xảy ra mất điện ở nguồn lưới chính, nguồnchuyển đổi sẽ chuyển sang nguồn dự phòng hay là nguồnthứ hai Việc chuyển đổi có thể được thực hiện bằng tayhoặc tự động

Tải có thể được chuyển về nguồn cấp chính một cách

tự động hoặc bằng tay khi điện áp lưới chính được phục hồi

3.Phạm vi nghiên cứu.

Dựa trên những kiến thức đã học và tài liệu

4.Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp phân tích và tổng hợp

MỞ ĐẦU

Phương pháp so sánh

5.Kết cấu tiểu luận.

Ngoài lời cảm ơn, mở đầu, mục lục, phụ lục hình, danh mục từ viếttắt, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo thì tiểu luận gồm 3 chương

MỤC LỤC

Trang

PHỤ LỤC HÌNH

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 1.1: Cấu tạo bên trong CB……….2

Hình 1.2: Máy cắt không khí ACB MITSUBISHI AE3200 – SW… …… 4

Hình 1.3: Công tắc tơ……… 8

Hình 2.1: Tủ ATS……….…… 12

Hình 2.2: Bộ chuyển nguồn UPS……… 15

Hình 2.3: Sơ đồ khối của ATS lưới – lưới……… 17

Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển……….….21

Hình 3.2: Mạch động lực ATS……… 22

Hình 3.3: Máy phát điện……… 26

Hình 3.4: Mạch điều khiển ATS……… 29

Hình 3.5: Relay bảo vệ……….32

Hình 3.6 Hình ảnh chung của tủ ATS……….34

Hình 3.7 Mặt ngoài của tủ ATS với các nút điều khiển……… 35

Hình 3.8 Mặt ngoài tủ ATS với các nút chuyển mạch……….35

Hình 3.9 Sơ đồ hoạt động của ATS ở chế độ auto……… 36

Hình 3.10 Sự cố áp lưới ở chế độ auto……….37

Hình 3.11 Sự cố dòng ở chế độ auto……… 37

Hình 3.12 Sự cố áp máy phát ở chế độ auto………38

Hình 3.13 Sự cố dòng của máy phát ở chế độ auto……… 39

Hình 3.14 ATS ở chế độ man……… 40

Hình 3.15 Sự cố áp lưới ở chế độ man ……… 40

Hình 3.16 Sự cố dòng ở chế độ man………41

Hình 3.17 Sự cố áp máy phát ở chế độ man………41

Hình 3.18 Sự cố dòng của máy phát ở chế độ man……… 42

Hình 3.19 ATS ở chế độ đặc biệt……… 42

Hình 3.20 Chọn lưới và chọn máy phát……… ….43

Hình 3.21 Ở trạng thái làm việc bình thường……… 44

Hình 3.22 Ở trạng thái làm việc bình thường……… 44

Hình 3.23 Ở trạng thái làm việc bình thường……….45

Hình 3.24 Sự cố ngắn mạch ở nguồn chính……….46

Hình 3.25 Sự cố ngắn mạch ở nguồn chính………46

Hình 3.26 Sự cố ngắn mạch ở nguồn chính………47

Hình 3.27 Mất pha ở nguồn chính………48

Hình 3.28 Mất pha ở nguồn chính……… 48

Hình 3.29 Mất pha ở nguồn chính ……… 49

Hình 3.30 Quá tải khi đang ở nguồn chính……… 50

Hình 3.31 Quá tải khi đang ở nguồn chính……… 50

Hình 3.32 Quá tải khi đang ở nguồn chính……… 51

Hình 3.33 Nguồn lưới hoạt động trở lại……… 52

Hình 3.34 Nguồn lưới hoạt động trở lại……… 52

Hình 3.35 Nguồn lưới hoạt động trở lại……… 53

Hình 3.36 Nguồn lưới + sự cố……… 54

Hình 3.37 Nguồn lưới + sự cố……… 54

Hình 3.38 Nguồn lưới + sự cố……… 55

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 3.39 Nguồn lưới + sự cố……… …… 55

Hình 3.40 Nguồn lưới + sự cố……… 56

Hình 3.41 Nguồn lưới + sự cố……… 56

Hình 3.42 Nguồn dự phòng + sự cố……… 57

Hình 3.43 Nguồn dự phòng + sự cố……… 58

Hình 3.44 Nguồn dự phòng + sự cố……… 58

Chương I: Giới thiệu sơ lược về các khí cụ điện thường được sử dụng trong ATS

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN

THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ATS

1.1.APTOMAT MCCB.

Ngày nay vấn đề sử dụng thiết bị điện gia dụng vàcông nghiệp với tỷ lệ phủ rộng trên 90%, trong đó hầu hếtcác thiết bị điện dân dụng và công nghiệp đều phải đượcbảo vệ thông qua các thiết bị đóng cắt bảo vệ nhằm đảmbảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng Một trong cácthiết bị bảo vệ đó phải kể đến Aptomat, hay còn được gọibằng các tên khác nhau như: Cầu dao tự động, CB, MCB(Miniature Circuit Breaker), MCCB (Molded Case CircuitBreaker),…

Aptomat MCCB (Moulded Case Circuit Bkeaker haythường gọi là CB khối): Bảo vệ quả tải và ngắn mạch

Áp tô mát kiểu khối Đây là dạng CB tiêu chuẩn chủ yếudùng trong công nghiệp, mạch động lực

Cấu tạo của aptomat :

Tiếp điểm Aptomat thường có tiếp điểm chính, tiếpđiểm phụ và hồ quang

-Với các aptomat nhỏ thì không có tiếp điểm phụ

-Tiếp điểm thường được làm bằng vật liệu dẫn điện tốtnhưng chịu được nhiệt độ do hồ quang sinh ra Khiđóng mạch thì tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp

theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm chính Khicắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, tiếptheo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồquang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồquang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính Tiếp điểmphụ được sử dụng để tránh hồ quang cháy lan sanglàm hỏng tiếp điểm chính.

Hình 1.1: Cấu tạo bên trong CB

Các thông số kỹ thuật cơ bản:

Chương I: Giới thiệu sơ lược về các khí cụ điện thường được sử dụng trong ATS

- Điện áp định mức : là giá trị điện áp làm việc dài hạncủa thiết bị điện được aptomat đóng ngắt

- Dòng điện định mức : là dòng điện làm việc lâu dàicủa aptomat, thường dòng định mức của aptomatbằng 1,2 đến 1,5 lần dòng định mức của thiết bị đượcbảo vệ

- Dòng điện tác động (Itd) : là dòng aptomat tác động,tuỳ thuộc loại phụ tải mà tính chọn tác động khácnhau Với động cơ điện không đồng bộ pha rotor lồngsóc thì thường Itd=1.2-1.5 It, ( với It là aptomat bảo

Giả sử trạm biến áp phân phối 300 kVA, điện áp 12/0,5

kV cấp điện cho 2 xí nghiệp, mỗi xí nghiệp có công suất tínhtoán là 110 kW Yêu cầu lựa chọn các áp tô mát trong tủphân phối của trạm

= 196,62 (A)Trong đó phụ tải cos = 0.85

Dòng điện định mức của biến áp:

Chọn Áp tô mát nhánh A1, A2:

Iđm A1 ≥ Itt A1 = 196,62 (A)Chọn Áp tô mát NS 225E có IđmA = 225 A do Merlin

Gerlin chế tạo.(tra “sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện”

trang 152)

Chọn áp tô mát tổng AT :

Iđm AT ≥ IđmBA = 346,41 (A)Chọn áp tô mát NS 400E có I đm = 400 (A ) (tra “sổ

tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện” trang 152)

Các số liệu kỹ thuật của hai loại áp tô mát chọn cho theo

bảng sau:

Chương I: Giới thiệu sơ lược về các khí cụ điện thường được sử dụng trong ATS

ACB có cấu trúc phức tạp về mặt kết cấu, nhưng lạiđơn giản về mặt công nghệ, giá thành thấp hơn so với VCB(Vaccum Circuit Breaker: Máy cắt chân không) nhưng lại kíchthước lớn hơn

ACB đòi hỏi công tác bảo trì, bảo dưỡng định kỳnghiêm ngặt Buồng dập hồ quang thường chế tạo theo kiểukhí nén kết hợp với các tấm ngăn bằng thủy tinh hữu cơ, các

lá thép xẻ rãnh hình V và các cuộn dây tạo từ trường để kéodài hồ quang

ACB thường dùng với điện áp hạ áp, dùng cho cácfeeder cấp nguồn hoặc các tải có dòng lớn, thường thì lớnhơn 400A có thể chọn ACB, còn nhỏ hơn thì chọn MCCB, ACB

có thể cắt được đến dòng 6300A

Chức năng cơ bản: Cách ly, bảo vệ quá tải, ngắn mạch.Thông số kỹ thuật của máy cắt ACB Mitsubishi:

– Gồm 2 loại cố định và kiểu kéo ra (drawout)

– Nạp lò xo bằng tay và loại nạp lò xo bằng motor– Điện áp định mức 240…690V

Chương I: Giới thiệu sơ lược về các khí cụ điện thường được sử dụng trong ATS

tương ứng Ví dụ: trạm 200kVA - 315A, trạm 250kVA - 400A,trạm 315kVA - 500A,

Thông số sơ bản thứ hai là characteristic cuver haycòn gọi là đường cong chọn lọc của CB Đây chính là thông

số quan trong nhất cho việc chọn CB nằm ở vị trí nào cho hệthống điện

Thông số thứ ba là Icu ( hay còn gọi là ultimatedcurrent ) là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếpđiểm CB trong thời gian 1 giây Ví dụ Icu = 10kA thì tiếpđiểm CB sẽ chịu đựng được dòng điện 10kA trong thời gian 1giây Thông số này cho biết độ bền tiếp điểm của CB Ngoàithông số này thông số Ics cũng có tính chất tương tự

Thông số thứ tư là thông số lần đóng ngắt Ví dụ bạnngắt CB rồi bật CB lên lại thì gọi là 1 lần đóng ngắt CBthông thường cũng quy định số lần này Đối với ACB thìkhỏang 8000 lần tùy theo hãng

Ngoài ra còn rất nhiều thông số khác nữa áp dụng cho

CB Tuy nhiên trong các thiết kế người ta thường dùng thông

số In và Icu Theo tôi hai thông số này không đủ quy định vềchủng loại CB Thông số thứ hai chính là thông số quantrong nhất của CB Đây chính là chỉ số ID chính thức của cácCB

- Ultimate breaking capacity(kA), Icu : khả năng chịuđược dòng cực đại khi xảy ra sự cố của thiết bị

- Service breaking capacity(%Icu), Ics : khả năng cắtthực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị đó, điều này phụthuộc vào từng nhà sản xuất VD: cùng là hãng LS(LGcu) có hai loai MCCB, loai có Ics=50%Icu, nhưng cũng

có loại Ics=100%Icu, đó là do công nghệ của từnghãng có thể làm được đến đâu

ACB có 3 phụ kiện quan trọng giúp tạo thành ATS là :cuộn đóng giúp đóng ACB bằng tín hiệu điện, cuộn cắt giúpcắt CB bằng tín hiệu điện, Motor nạp lò xo, giúp nén lò xochuẩn bị cho quá trình đóng ACB

Như vậy việc ứng dụng 2 ACB làm bộ chuyển nguồngiống như contactor Sự khác biệt chính là các tín hiệu đóngcắt là dạng xung Ưu điểm của ATS dùng ACB chính là cáctính năng bảo vệ có sẵn của ACB mà ATS thường không có

1.3.CONTACTOR.

1.3.1.Khái niệm.

Contactor là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng ngắt thườngxuyên các mạch điện động lực có dòng điện ngắt không vượt quá giới hạndòng điện quá tải của mạch điện

Thao tác đóng ngắt của contactor có thể thực hiện nhờ cơ cấu điện

từ, cơ cấu khí động hoặc cơ cấu thuỷ lực Nhưng thông dụng nhất là cácloại contactor điện từ

Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để thường xuyên đóng cắt từ xacác mạch điện động lực bằng tay hay tự động

Chương I: Giới thiệu sơ lược về các khí cụ điện thường được sử dụng trong ATS

Công tắc tơ xoay chiều dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều,nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều Nhưng cũng có loạicông tắc tơ dùng để đóng cắt mạch điện xoay chiều nhưng nam châm điệnlại là nam châm điện một chiều

1.3.2.Cấu tạo.

Hình 1.3: Công tắc tơ

Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau:

- Hệ thống mạch vòng dẫn điện, bao gồm: thanh dẫn (thanh dẫn động

và thanh dẫn tĩnh ), dây nối mềm, đầu nối, hệ thống tiếp điểm ( gồm

có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm ), cuộn dâydòng điện ( nếu có, kể cả cuộn dây thổi từ dập hồ quang )

- Hệ thống dập hồ quang

- Nam châm điện xoay chiều

- Hệ thống lò xo : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung

- Vỏ và các chi tiết cách điện

1.3.3 Nguyên lý hoạt động.

Khi đặt điện áp vào cuộn dây của nam châm điện, luồng từ thông sẽđược sinh ra trong nam châm điện Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lựcđiện từ, hút phần ứng của nó Khi lực điện từ lớn hơn lực cơ thì nắp mạch từđược hút về phía mạch từ tĩnh, làm cho tiếp điểm động gắn trên phần ứngđóng hoặc cắt với tiếp điểm tĩnh Tiếp điểm tĩnh được gắn trên thanh dẫn,đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện ra, vào Các lò xo tiếp điểm có tácdụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm Đồng thời tiếpđiểm phụ cũng được đóng vào đối với tiếp điểm phụ thường mở và mở rađối với tiếp điểm phụ thường đóng, lò xo nhả bị nén lại

Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ giảm xuống về không,đồng thời lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về không Khi đó lò xo nhả sẽđẩy toàn bộ phần động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra Khi tiếpđiểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếpđiểm Khi đó hệ thống dập hồ quang sẽ nhanh chóng dập tắt hồ quang, nhờvậy tiếp điểm ít bị mòn hơn

1.3.4.Phân loại.

Theo nguyên tắc truyền động: ta có ba kiểu CTT, việc đóng cắt đượcthực hiện bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén

Theo chế độ làm việc:

- Chế độ làm việc nhẹ: khi số lần thao tác tới 400 lần/h

- Chế độ làm việc trung bình: khi số lần thao tác tới 600 lần/h

- Chế độ làm việc nặng: khi số lần thao tác lớn hơn 1500 lần/h

Chương I: Giới thiệu sơ lược về các khí cụ điện thường được sử dụng trong ATS

1.3.5.Các thông số cơ bản của contactor.

Điện áp định mức Uđm: là điện áp định mức của mạch điện tươngứng mà mạch điện của CTT phải đóng cắt Điện áp định mức có các cấp:110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều

Dòng điện định mức Iđm: là dòng điện định mức đi qua tiếp điểmchính của CTT trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độnày thời gian tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng không quá 8h

Dòng điện định mức của CTT hạ áp thông dụng có các cấp: 10; 20;25; 40; 60; 75; 100; 150; 250; 300; 600; 800A Nếu CTT đặt trong tủ điệnthì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% do điều kiện làm mát kém

Điện áp cuộn dây định mức Ucdđm: là điện áp định mức đặt vàocuộn dây Khi tính toán, thiết kế CTT thường phải bảo đảm lúc điện áp bằng85%Ucdđm thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110%Ucdđm thì cuộndây không được nóng quá trị số cho phép

Số cực: là số cặp tiếp điểm chính của CTT Công tắc tơ điện xoaychiều có 2; 3; 4 hoặc 5 cực

Số cặp tiếp điểm phụ: thường trong CTT có các cặp tiếp điểm phụthường đóng và thường mở có dòng điện định mức 5A hoặc 10A

1.3.6.Khả năng đóng và khả năng cắt.

Là giá trị dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi ngắt hoặckhi đóng CTT dùng để khởi động động cơ điện xoay chiều 3 pha, rôto lồngsóc cần phải có khả năng đóng từ 4 ÷ 7 lần Iđm

CTT điện xoay chiều đạt 10Iđm với phụ tải điện cảm

- Tuổi thọ của CTT: là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấyCTT sẽ hỏng không dùng được nữa Sự hư hỏng của nó có thể domất độ bền cơ hay độ bền điện.

Tuổi thọ cơ khí là số lần đóng cắt không tải cho đến khi CTT hỏng.CTT hiện đại tuổi thọ cơ khí đạt 2.107 lần

Tuổi thọ điện là số lần đóng cắt tải định mức Thường tuổi thọ vềđiện bằng 1/5 hay 1/10 tuổi thọ cơ khí

- Tần số thao tác: là số lần đóng cắt CTT cho phép trong 1h Tần sốthao tác của CTT bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp chính do hồquang và sự phát nóng của cuộn dây do dòng điện

Tần số thao tác thường có các cấp 30, 100, 120, 150; 300; 600; 1200;

1500 lần/h

Tính ổn định điện động: nghĩa là khi tiếp điểm chính của CTT cho phépmột dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá huỷmạch vòng dẫn điện Thường qui định dòng điện ổn định điện động bằng10Iđm

Tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy quatrong thời gian cho phép, các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính

Chương 2: Khái quát chung về ATS

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ATS

Hình 2.1: Tủ ATS

Đây là tủ có các nút ấn, màn hình LCD và có hệ thốngđèn chỉ thị để người vận hành điều chỉnh được thời gianchuyển mạch, chế độ hoạt động

Tủ ATS có cổng truyền thông để dễ dàng kết nối tạichỗ với Máy tính để hiệu chỉnh thông số, nó có sẵn mô đuntruyền thông MODBUS Tủ ATS được thiết kế để đảm bảo cácthiết bị đóng cắt như ACB/MCCB có sự ràng buộc với nhauđảm bảo vận hành an toàn Có khả năng tích hợp với hệthống tủ phân phối tổng MSB và tủ bù công suất để nâng

cao tính linh hoạt trong hệ thống có nhiều nguồn, nhiều máyphát, để cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng.

Tủ ATS có thể tích hợp thêm chức năng giám sát vàđiều khiển từ xa thông qua việc sử dụng bộ điều khiển PLCcủa các hãng như: Siemens, Mitsubishi…

Thiết bị tự động chuyển nguồn, còn gọi là ATS( Automatic Transfer Switch) dùng để tự động chuyển tảinguồn chính sang nguồn dự phòng khi nguồn chính có sự cố

Nguồn bị sự cố bao gồm : Mất nguồn, mất pha, ngượcthứ tự pha, điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết

Tuỳ thuộc vào nguồn cấp dự phòng người ta phân ATS

Chương 2: Khái quát chung về ATS

UPS hay thường gọi là bộ lưu điện, các loại UPS thôngdụng hiện nay thường được chia làm ba loại chính theonguyên lý hoạt động của chúng: UPS offline, UPS offlinecông nghệ Line interactive và UPS online

Nguyên lý hoạt động:

Rất nhiều người đã biết rằng bên trong UPS sẽ có ắc quy đểtích điện, do đó chỉ cần biết đến thế là biết được nguyên lýhoạt động của bộ lưu điện một cách cơ bản nhất Chuyểnđiện từ ắc quy sang thành nguồn điện cung cấp cho tải khinguồn điện cung cấp ngõ vào cho UPS bị mất

Bên trong UPS có 1 hoặc nhiều ắc quy dùng để tíchnăng lượng điện Sử dụng một bo mạch có chức năng biếnđổi điện một chiều ắc quy thành điện xoay chiều, và dòngđiện xoay chiều này giao động tần số và điện áp phù hợp vớiyêu cầu sử dụng, tức là 220VAC 50Hz/60Hz

UPS có 2 loại là UPS online và UPS offline

UPS online là thiết bị tích điện cung cấp nguồn điệnliên tục so với UPS offline

UPS offline cũng là thiết bị tích điện nhưng khi nguồn

AC bị sự cố thì nguồn điện sẽ bị gián đoạn và phụ tải sẽ bịảnh hưởng Hiện nay, trên thị trường thường dùng UPSonline

Các thông số cơ bản của UPS online :

Sơ đồ khối của UPS:

Hình 2.2: Bộ chuyển nguồn UPS

Chương 2: Khái quát chung về ATS

Phụ tải bao gồm dùng cho máy tính, camera giám sát

an ninh, truyền hình viễn thông,…

Máy gắn charger ( sạc ) : dùng để chỉnh lưu từ nguồn

AC sang nguồn DC ( từ nguồn AC sang nguồn DC 12V)

Bộ nghịch lưu ( Inverter ) : dùng để nghịch lưu từnguồn DC sang nguồn AC cung cấp cho phụ tải

Baterry là bộ phận tích điện, cũng là bộ phận quantrọng nhất

Ở trạng thái hoạt động bình thường thì nguồn AC cóđiện sẽ cung cấp cho phụ tải, đồng thời nguồn AC cũng

cung cấp cho máy gắn charger, chuyển từ nguồn ACsang nguồn sang nguồn DC sạc cho ắc quy (Battery ),nguồn DC sẽ nuôi cho ắc quy sạc liên tục, khi mất điện thìnguồn nuôi của ắc quy sẽ phóng cho bộ nghịch lưu chuyển

từ nguồn DC cấp cho phụ tải

Khi nguồn AC bị mất điện thì phụ tải sẽ mất điện ,không còn nguồn nuôi cho phụ tải, nguồn nuôi của máy gắncharger sạc cho ắc quy cũng mất, lúc này ắc quy tích điệnsẵn sẽ phóng điện cho bộ nghịch lưu chuyển từ nguồn DC12V sang nguồn AC 220V cấp cho phụ tải, thời gian chuyểnmạch mất 0 (s) , tức là từ khi nguồn AC bị mất điện cho đếnkhi ắc quy phóng điện cung cấp cho phụ tải chỉ mất 0 (s)nên nguồn điện sẽ liên tục không bị gián đoạn, hoạt động ổnđịnh, an toàn

Khác với UPS offline, UPS offline khi mất điện nguồnđiện phụ tải sẽ bị mất, thời gian để ắc quy phóng điện cấpcho phụ tải mất từ 2 – 10 (s) phụ tải mới có nguồn điện đểdùng, vì thế thiết bị offline sẽ bị trễ, còn UPS online khinguồn AC bị mất thì ắc quy sẽ cấp điện cho phụ tải liên tụcnên sẽ tốt hơn UPS offline, UPS online sẽ chủ động biết đượcthiết bị của ta khi AC bị mất, UPS sẽ cảnh báo để ta có thể

đề phòng update hay shutdown hệ thống, còn UPS offline từkhi mất nguồn đến khi có nguồn lại mất khoảng thời gian từ2- 10 (s) ( có thể lên đến vài phút ) nên phụ tải sẽ bị ảnhhưởng

2.2.ATS lưới – lưới.

Sơ đồ ATS lưới – lưới

Chương 2: Khái quát chung về ATS

Hình 2.3: Sơ đồ khối của ATS lưới – lưới

Trong đó:

I, II : nguồn cung cấp

MBA : máy biến áp

AP1, AP2 : áp tô mát bảo vệ mạch động lực

SS1, SS2 : khối so sánh

CM : bộ chuyển mạch

Trong trường hợp phụ tải được cấp điện từ lưới vànguồn dự phòng cũng được lấy từ lưới qua 1 máy biến ápvận hành song song thì nguyên lý làm việc của bộ tự độngchuyển nguồn như sau :

Hoạt động của ATS so với 2 nguồn cấp được duy trì ở 2chế độ đó là nếu ATS đưa nguồn lưới chính vào làm việc thì

nó sẽ cắt nguồn dự phòng ra và ngược lại, tức là nó làm việc

tượng đóng cả 2 nguồn cấp tới tải cùng một lúc hoặc cắt cảhai nguồn cấp tới tải.

Giả sử lúc đầu tải được cấp điện bởi nguồn lưới 1 quamáy biến áp như hình 2.3

Khi xảy ra sự cố trên lưới cấp ở nguồn 1 (như mất điện

áp, mất pha) thì ngay lập tức ATS sẽ nhận được tín hiệu “ sựcố” gửi sang từ bên nguồn cấp Đồng thời ở thời điểm nàyATS cũng đang nhận và xử lý tín hiệu “ có điện” ở bên nguồncấp 2, nguồn dự phòng

Nếu điện áp bên ngoài cấp dự phòng hoàn toàn đảmbảo chất lượng điện năng theo yêu cầu ( đủ U, f) thì ATS sẽtạo tín hiệu trễ để khẳng định chắc chắn mất nguồn chính,rồi mới tạo ra tín hiệu đến cơ cấu chấp hành , tác độngchuyển tải làm việc ở nguồn cấp dự phòng

Khi tải đang làm việc trên nguồn dự phòng mà nguồnlưới chính được phục hồi lại thì bộ phận xử lý tín hiệu “ cóđiện” của ATS sẽ nhận tín hiệu và đưa ra tín hiệu trễ đểkhẳng định chắc chắn nguồn cấp chính đã ổn định và có thểđưa vào vận hành

Khi khẳng định chắc chắn rằng nguồn cấp chính đã ổnđịnh, bộ phận điều khiển của ATS, sẽ gửi ngay tín hiệu tới

cơ cấu chấp hành , cắt nguồn dự phòng ra, đóng tải vàonguồn lưới chính Lúc này bộ phận nhận tín hiệu của ATSvẫn tiếp tục làm việc ở cả 2 nguồn cấp, giám sát 1 cách liên

Chương 2: Khái quát chung về ATS

tục điện áp và thứ tự pha của cả 2 nguồn cấp để sẵn sàngphục vụ cho lần chuyển tải tiếp sau, nếu có xảy ra sự cố

2.4.Nguyên lý hoạt động của bộ ATS.

Mất lưới, mất pha, sụt áp dưới 0,85Uđm thì A.T.S phảiphát tín hiệu khởi động máy phát sau 5s(để tránh mất lướigiả) Còn các hiện tượng khác như: điện áp 3 pha mất đốixứng quá mức cho phép, điện áp 3 pha lớn hơn 1,1 Uđm,không đúng thứ tự pha (xuất hiện từ trường thứ tự nghịchtrong mấy điện 3 pha) nếu xuất hiện thì bộ A.T.S sẽ phát tínhiệu khởi động vì lưới vẫn còn nhưng chất lượng tồi : khôngđúng thứ tự pha sẽ tạo ra từ trường thứ tự ngược trong động

cơ 3 pha làm máy quay ngược làm cho quạt thỏi khí độc(trong nhà máy hoá chất) quay ngược làm khi độc tràn ragây chết người; máy điều hoà trung tâm trong khách sạn,Đại sứ quán, ) không hoạt động đúng; máy làm kem, đákhông đóng băng được… Còn hiện tượng mất pha hay sụt

áp quá mức cho phép làm cho máy điện không đồng bộ 3pha không khởi động được, hệ thông chiếu sáng không đủsáng hoặc bị mất điện Hiện tượng quá áp lâu dài có thể gâycháy hỏng các thiết bị mắc trong mạng Hiện tượng mất đốixứng 3 pha quá mức cho phép gây ra sụt áp ở pha này vàquá áp ở pha khác làm hỏng thiết bị điện 1 pha mắc vàonhững pha có điện áp quá cao, các thiết bị điện 1 pha mắcvào những pha có điện áp quá cao, các thiết bị điện 1 phamắc vào pha bị sụt áp quá cao, các thiết bị điện 1 pha mắc

vào pha bị sụt áp thì không đủ công suất : quạt quay chậm,đèn huỳnh quang không khởi động được.

Có 2 bộ khởi động từ 1 bộ đóng cắt điện lưới và một bộđóng cắt điện máy phát :

- 2 Relay trung gian : một điều khiển chạy và một điềukhiển dừng máy phát

- 2 Relay bảo vệ : thấp áp ( ≤ 200 V) và quá áp ( ≥ 240

V )

- Một Relay bảo vệ mất pha

Các Relay bảo vệ áp thấp, áp cao , bảo vệ mất phaphải bảo vệ được cả khi chạy điện lưới và điện máy phát

- Khi điện lưới xảy ra sự cố thì tủ ATS tự động cắt điệnlưới và lập tức khởi động cho máy phát chạy

- Sau khi cho máy phát chạy 3s thời gian chờ máykhởi động ổn định) nếu nhận thấy điện máy phát đạttrong mức cho phép thì mới đóng, cấp điện máy phátvào cho hệ thống làm việc

- Nếu trong khi mất điện lưới mà nguồn điện máy phátxảy ra sự cố quá hoặc thấp áp lâu hơn 2s hoặc mấtpha thì lập tức dừng máy phát

- Sau khi có điện lưới 5 Phút ( không nhấp nháy ) thìchuyển sang sử dụng điện lưới và đồng thời tắt máyphát điện

Chương 2: Khái quát chung về ATS

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH

ĐỘNG LỰC 3.1.SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển

Nhiệm vụ của từng khối :

Bộ phận đo lường : tạo ra các tín hiệu làm việc tươngứng với các tín hiệu thu thập từ đối tượng điều khiển

-Ghép nối về mặt thông tin giữa 2 hệ thống : Hệ thốngcông suất lớn của phần sơ cấp và hệ thống công suấtnhỏ của phần thứ cấp

- Cách ly về điện cho 2 hệ thống này để sự cố trongchúng không lan truyền qua lại với nhau

- Chuẩn hóa về mặt thông tin đầu ra để thuận tiện choviệc sử dụng đối với những phần tử tự động tiếp theo

Ví dụ biến dòng điện thường được chế tạo có dòng điệnđịnh mức đầu ra là 1, 5 hoặc 10A, biến điện áp vàokhoảng 80 – 120V xoay chiều

Bộ phận xử lý tín hiệu: Bộ phận này có nhiệm vụ xử lýtín hiệu từ khâu đo lường đi tới, liên tục xử lý các tín hiệu đó

Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển và mạch động lực

theo một trình tự ưu tiên nhất định, và so sánh các tín hiệuvào với tín hiệu đặt trước rồi đến điều khiển cơ cấu chấphành

Bộ làm trễ tín hiệu : Tiếp theo sau bộ xử lý tín hiệu là

bộ làm trễ tín hiệu có chức năng tạo ra một khoảng thờigian trễ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra nhằm khẳng địnhchắc chắn sự cố đưa lại từ nguồn cấp Hiện nay thì mạch tạotrễ thiết kế rất nhiều dạng, theo kiểu phóng – nạp tụ, theokiểu đếm xung, hoặc cũng có thể thực hiện tạo trễ bằng chutrình phần mềm trên máy

Bộ phận khuếch đại tín hiệu :

- Có chức năng là khuếch đại tín hiệu đưa ra từ khâulàm trễ nhằm tạo đủ công suất điều khiển cơ cấu chấphành

- Hiện nay người ta thường dùng các linh kiện có chứcnăng khuếch đại như IC, tranzitor công suất Nếu tínhiệu ra của bộ trễ đủ công suất điều khiển thì có thể

bỏ qua khâu này

3.2.SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC.

Hình 3.2: Mạch động lực ATS

Trong đó

L1 ,L2 ,L3: là tải; LN: dây trung tính

G1, G2, G3 : tải của máy phát; GN: trung tính

CB1, CB2, CB3 : (current breaker) các máy cắt

Over current relay : Rơ le quá dòng

FUSE : cầu chì

M11, M22: tiếp điểm của contactor

Nguồn điện chính bình thường cung cấp cho tải hoạt động,khi có sự cố xảy ra như mất pha, đảo pha, mất điện ở nguồn