Thiết kế mạch chuyển đổi ATS

Thiết kế mạch chuyển đổi ATS, quá trình quá tải, mất áp, mất pha, đảo áp,.. và khi nguồn hoạt động trở lại, nguồn dự trữ UPS... .

LỜI CẢM ƠN

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

Em cũng chân thành cảm ơn thầy cố vấn là thầy Th.s Nguyễn Văn Khấn đã tận tình chỉ dạy cho em biết được những kiến thức thật bổ ích, những kinh nghiệm thực tế mà thầy đã trải qua, cũng như những ý kiến thiết thực nhằm bổ sung và điều chỉnh những thiếu sót trong suốt quá trình thực hiện

đồ án này

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

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nước ta là nước công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nền kinh tế ngày càng phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân được nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiêp, nông nghiệp, dịch vụ phát triển không ngừng Công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện năng lớn nhất Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của xí nghiệp

Trong tình hình kinh tế thị trường của đất nước hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các khu sản xuất điều phải tự hạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt và chất lượng, giá cả sản phẩm Điện năng thực sự đóng góp

1 phần không nhỏ vào sự thua lỗ của công ty, xí nghiệp Nếu 1 tháng 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, chế biến thành phẩm

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

Một trong các biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là đặt các phần tử dự trữ trong hệ thống điện Để đưa 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 còn gọi là bộ chuyển đổi nguồn tự động (ATS: Automatic trsnsfer switch)

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 điện phòng khi xảy ra

sự mất điện

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

Tải có thể được chuyển về nguồn cấp chính 1 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

Phương pháp so sánh

5.Kết cấu tiểu luận

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

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

MỞ ĐẦU ii

MỤC LỤC iv

PHỤ LỤC HÌNH vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ATS 1

1.1.APTOMAT MCCB 1

1.2.ACB 4

1.2.1.Khái niệm 4

1.2.2.Cách chọn ACB 6

1.3.CONTACTOR 7

1.3.1.Khái niệm 7

1.3.2.Cấu tạo 8

1.3.3 Nguyên lý hoạt động 8

1.3.4.Phân loại 9

1.3.5.Các thông số cơ bản của contactor 9

1.3.6.Khả năng đóng và khả năng cắt 10

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ATS 12

2.1.Nguồn cấp điện không gián đoạn UPS (Uninterruplible Power Supply) 13

2.2.ATS lưới – lưới 16

2.3.ATS cho 2 nguồn: 1 nguồn lưới chính – 1 nguồn máy phát dự phòng 18

2.4.Nguyên lý hoạt động của bộ ATS 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH ĐỘNG LỰC 21

3.1.SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN 21

3.2.1.Tính toán chọn dây dẫn 23

3.2.2.Máy phát 24

3.3.SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 28

3.3.1.Sơ đồ mạch điều khiển 28

3.3.2.Các thiết bị bảo vệ 29

3.4.XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI Ở BA CHẾ ĐỘ: MAN, OFF, AUTO 33

3.4.2.Lưu đồ chế độ man 36

3.4.3.Chế độ đặc biệt 39

3.5.QUÁ TRÌNH CHẠY MÔ PHỎNG DỰ ĐOÁN CÁC SỰ CỐ CHÍNH CÓ THỂ XẢY RA 39

3.5.1.Ở trạng thái làm việc bình thường 39

3.5.2.Một số trường hợp sự cố có thể xảy ra 42

3.5.3.Chế độ đặc biệt 53

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 1.1: Cấu tạo bên trong CB

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

Hình 1.3: Công tắc tơ

Hình 2.1: ATS

Hình 2.2: Bộ chuyển nguồn UPS

Hình 2.3: Sơ đồ khối của ATS lưới – lưới

Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển

Hình 3.2: Mạch động lực ATS

Hình 3.3: Máy phát điện

Hình 3.4: Mạch điều khiển ATS

Hình 3.5: Relay bảo vệ

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 và công nghiệp với tỷ

lệ phủ rộng trên 90%, trong đó hầu hết các thiết bị điện dân dụng và công nghiệp đều phải được bảo vệ thông qua các thiết bị đóng cắt bảo vệ nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng Một trong các thiết bị bảo vệ

đó phải kể đến Aptomat, hay còn được gọi bằng các tên khác nhau như: Cầu dao tự động, CB, MCB (Miniature Circuit Breaker), MCCB (Molded Case Circuit Breaker),…

Aptomat MCCB (Moulded Case Circuit Bkeaker hay thường gọi là

CB khối): Bảo vệ quả tải và ngắn mạch

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

Cấu tạo của aptomat :

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

-Với các aptomat nhỏ thì không có tiếp điểm phụ

-Tiếp điểm thường được làm bằng vật liệu dẫn điện tốt nhưng chịu được nhiệt độ do hồ quang sinh ra Khi đóng mạch thì tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm chính Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, tiếp theo

là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính

Tiếp điểm phụ được sử dụng để tránh hồ quang cháy lan sang làm hỏng tiếp điểm chính

Hình 1.1: Cấu tạo bên trong CB

Các thông số kỹ thuật cơ bản:

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

- Dòng điện định mức : là dòng điện làm việc lâu dài của aptomat, thường dòng định mức của aptomat bằng 1,2 đến 1,5 lần dòng định mức của thiết bị được bảo vệ

- Dòng điện tác động (Itd) : là dòng aptomat tác động, tuỳ thuộc loại phụ tải mà tính chọn tác động khác nhau Với động cơ điện không đồng bộ pha rotor lồng sóc thì thường Itd=1.2-1.5 It, ( với It là aptomat bảo vệ được thiết bị)

Cách chọn Áp tô mát: Áp tô mát được chọn theo 3 điều kiện :

- Uđm A ≥ UđmLD (luôn được sản xuất với điện áp lớn hơn điện áp nhà máy)

- Iđm ≥ Itt (lựa chọn giống như tính kích thước dây điện, tức chọn IđmA ≥ 1,4 I tt)

- I cđm A ≥ IN ( Icđm A dòng cắt định mức, tính từ điểm ngắn mạch trở về nguồn)

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 tính toán là 110 kW Yêu cầu lựa chọn các áp tô mát trong tủ phân phối của trạm

Dòng điện tính toán của mỗi xí nghiệp:

𝑇𝑡𝑡1 = 𝑇𝑡𝑡22 = Ptt

√3𝑈 đ𝑚 𝑐𝑜𝑠𝜃= 110

√3 0,380.0,85 = 196,62 A Trong đó phụ tải cos𝜃 = 0.85

Dòng điện định mức của biến áp:

Iđ𝑚 = 𝑆đ𝑚

√3𝑈 đ𝑚 =

300

√3 0,5= 346,41 𝐴 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:

Áp tô mát Loại U đm (V) I đm (A) I cđm (kA)

Máy cắt không khí hay còn được gọi tắt là ACB (Air Circuit Breaker)

là một thiết bị dùng để đóng cắt bảo vệ quá tải và ngắn mạch

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

ACB đòi hỏi công tác bảo trì, bảo dưỡng định kỳ nghiêm ngặt Buồng dập hồ quang thường chế tạo theo kiểu khí 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 kéo dài hồ quang

ACB thường dùng với điện áp hạ áp, dùng cho các feeder cấp nguồn hoặc các tải có dòng lớn, thường thì lớn hơn 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

là thông số quan trong nhất cho việc chọn CB nằm ở vị trí nào cho hệ thống điện

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

Thông số thứ tư là thông số lần đóng ngắt Ví dụ bạn ngắt CB rồi bật

CB lên lại thì gọi là 1 lần đóng ngắt CB thông thường cũng quy định số lần này Đối với ACB thì khỏang 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 về chủng loại CB Thông số thứ hai chính là thông

số quan trong nhất của CB Đây chính là chỉ số ID chính thức của các CB

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

- Service breaking capacity(%Icu), Ics : khả năng cắt thực tế khi xảy

ra sự cố của thiết bị đó, điều này phụ thuộc vào từng nhà sản xuất VD: cùng là hãng LS(LG cu) có hai loai MCCB, loai có Ics=50%Icu, nhưng cũng có loại Ics=100%Icu, đó là do công nghệ của từng hãng

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 giúp cắt CB bằng tín hiệu điện, Motor nạp lò xo, giúp nén lò xo chuẩn bị cho quá trình đóng ACB Như vậy việc ứng dụng 2 ACB làm bộ chuyển nguồn giống như contactor Sự khác biệt chính là các tín hiệu đóng cắt là dạng xung Ưu điểm của ATS dùng ACB chính là các tính 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 thường xuyên các mạch điện động lực có dòng điện ngắt không vượt quá giới hạn dòng 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 các loại contactor điện từ

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

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 loại công tắc tơ dùng để đóng cắt mạch điện xoay chiều nhưng nam châm điện lại

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 dây dòng 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 sẽ được sinh ra trong nam châm điện Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực

điện từ, hút phần ứng của nó Khi lực điện từ lớn hơn lực cơ thì nắp mạch từ được hút về phía mạch từ tĩnh, làm cho tiếp điểm động gắn trên phần ứng đóng 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 tác dụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm Đồng thời tiếp điểm phụ cũng được đóng vào đối với tiếp điểm phụ thường mở và mở ra đối 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 sẽ đẩy toàn bộ phần động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm Khi đó hệ thống dập hồ quang sẽ nhanh chóng dập tắt hồ quang, nhờ vậy tiếp điểm ít bị mòn hơn

1.3.4.Phân loại

Theo nguyên tắc truyền động: ta có ba kiểu CTT, việc đóng cắt được thực 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

1.3.5.Các thông số cơ bản của contactor

Điện áp định mức Uđm: là điện áp định mức của mạch điện tương ứng

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 điểm chính của CTT trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này 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 điện thì 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 vào cuộn dây Khi tính toán, thiết kế CTT thường phải bảo đảm lúc điện áp bằng 85%Ucdđm thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110%Ucdđm thì cuộn dây không được nóng quá trị số cho phép

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

Số cặp tiếp điểm phụ: thường trong CTT có các cặp tiếp điểm phụ thường 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 hoặc khi đóng CTT dùng để khởi động động cơ điện xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc 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 ấy CTT

sẽ hỏng không dùng được nữa Sự hư hỏng của nó có thể do mất 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 về điện 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 số thao tác của CTT bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp chính do hồ quang 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 lầ/h

Tính ổn định điện động: nghĩa là khi tiếp điểm chính của CTT cho phép một dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá huỷ mạch vòng dẫn điện Thường qui định dòng điện ổn định điện động bằng 10Iđm

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

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ATS

Hình 2.1: ATS

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

Tủ ATS có cổng truyền thông để dễ dàng kết nối tại chỗ với Máy tính

để hiệu chỉnh thông số, nó có sẵn mô đun truyền thông MODBUS Tủ ATS được thiết kế để đảm bảo các thiết bị đóng cắt như ACB/MCCB có sự ràng buộc với nhau đảm bảo vận hành an toàn Có khả năng tích hợp với hệ thống

tủ phân phối tổng MSB và tủ bù công suất để nâng cao tính linh hoạt trong

hệ thống có nhiều nguồn, nhiều máy phát, để cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng

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

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

Nguồn bị sự cố bao gồm : Mất nguồn, mất pha, ngược thứ tự pha, điện

áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết

Tuỳ thuộc vào nguồn cấp dự phòng người ta phân ATS ra làm 3 loại sau:

- ATS cho 2 nguồn: 1 nguồn lưới chính – 1 nguồn ắc quy ( nguyên lý

bộ UPS)

- ATS cho 2 nguồn: 1 nguồn lưới chính – 1 nguồn máy phát dự phòng

- ATS cho 2 nguồn : 1 nguồn lưới chính – 1 nguồn lưới dự phòng Đối với loại nguồn cấp khác nhau thì ATS lại có từng chế độ vận hành khác nhau

2.1.Nguồn cấp điện không gián đoạn UPS (Uninterruplible Power Supply)

Bộ Lưu điện UPS:

UPS hay thường gọi là bộ lưu điện, các loại UPS thông dụng hiện nay thường được chia làm ba loại chính theo nguyên lý hoạt động của chúng: UPS offline, UPS offline công nghệ Line interactive và UPS online

Nguyên lý hoạt động:

Rất nhiều người đã biết rằng bên trong UPS sẽ có ắc quy để tích điện,

do đó chỉ cần biết đến thế là biết được nguyên lý hoạt động của bộ lưu điện một cách cơ bản nhất Chuyển điện từ ắc quy sang thành nguồn điện cung cấp cho tải khi nguồn điện cung cấp ngõ vào cho UPS bị mất

Bên trong UPS có 1 hoặc nhiều ắc quy dùng để tích năng lượng điện

Sử dụng một bo mạch có chức năng biến đổi điện một chiều ắc quy thành điện xoay chiều, và dòng điện xoay chiều này giao động tần số và điện áp phù hợp với yêu 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 điện liên 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 bị ảnh hưởng Hiện nay, trên thị trường thường dùng UPS online

Các thông số cơ bản của UPS online :

- Điện áp : 220V AC

- Tần số : 50Hz

- Công suất từ 1 – 3KVA ( tuỳ loại phụ tải mà công suất khác nhau )

- Battery : 12V DC ( tuỳ hãng sản xuất , tuổi thọ ít nhất trên 3 năm ) -Thời gian lưu : 2 – 3h ( Khi nguồn AC mất thì ắc quy sẽ phóng liên tục từ 2 – 3h

Thời gian chuyển mạch 0 (s) : Khi AC mất điện thì ắc quy sẽ phóng điện thời gian chuyển mạch mất 0(s) nên nguồn điện sẽ không bị gián đoạn phụ tải sẽ dùng bình thường ổn định và sẽ không bị gián đoạn

Sơ đồ khối của UPS:

Hình 2.2: Bộ chuyển nguồn UPS

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 từ nguồn DC sang nguồn AC cung cấp cho phụ tải

Baterry là bộ phận tích điện, cũng là bộ phận quan trọng nhất

Ở trạng thái hoạt động ổn định bình thường thì nguồn AC có điện sẽ cung cấp cho phụ tải, đồng thời nguồn AC cũng cung cấp cho máy gắn charger, chuyển từ nguồn AC sang nguồn sang nguồn DC sạc cho ắc quy (Battery ), nguồn DC sẽ nuôi cho ắc quy sạc liên tục, khi mất điện thì nguồn

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 gắn charger sạc cho ắc quy cũng mất, lúc này ắc quy tích điện sẵn sẽ phóng điện cho bộ nghịch lưu chuyển từ nguồn

DC 12V sang nguồn AC 220V cấp cho phụ tải, thời gian chuyển mạch mất 0 (s) , tức là từ khi nguồn AC bị mất điện cho đến khi 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 ổn định, an toàn

Khác với UPS offline, UPS offline khi mất điện nguồn điện phụ tải sẽ

bị mất, thời gian để ắc quy phóng điện cấp cho phụ tải mất từ 2 – 10 (s) phụ tải mới có nguồn điện để dùng, vì thế thiết bị offline sẽ bị trễ, còn UPS online khi nguồn AC bị mất thì ắc quy sẽ cấp điện cho phụ tải liên tục nên sẽ tốt hơn UPS offline, UPS online sẽ chủ động biết được thiết 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 từ khi mất nguồn đến khi có nguồn lại mất khoảng thời gian từ 2- 10 (s) ( có thể lên đến vài phút ) nên phụ tải sẽ bị ảnh hưởng

2.2.ATS lưới – lưới

Sơ đồ ATS lưới – lưới

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 và nguồn dự phòng cũng được lấy từ lưới qua 1 máy biến áp vận hành song song thì nguyên lý làm việc của bộ tự động chuyển nguồn như sau :

Hoạt động của ATS so với 2 nguồn cấp được duy trì ở 2 chế 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 theo nguyên tắc “ cần bập bênh ” không bao giờ có hiện tượng đóng cả 2 nguồn cấp tới tải cùng một lúc hoặc cắt cả hai nguồn cấp tới tải

Giả sử lúc đầu tải được cấp điện bởi nguồn lưới 1 qua máy 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 “ sự cố” gửi sang từ bên nguồn cấp Đồng thời ở thời điểm này ATS cũng đang nhận và xử lý tín hiệu “ có điện” ở bên nguồn cấp 2, nguồn dự phòng

Nếu điện áp bên ngoài cấp dự phòng hoàn toàn đảm bảo chất lượng điện năng theo yêu cầu ( đủ U, f) thì ATS sẽ tạo tín hiệu trễ để khẳng định

chắc chắn mất nguồn chính, rồi mới tạo ra tín hiệu đến cơ cấu chấp hành , tác động chuyển tải làm việc ở nguồn cấp dự phòng

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

Khi khẳng định chắc chắn rằng nguồn cấp chính đã ổn định, bộ phận điều khiển của ATS, sẽ gửi ngay tín hiệu tới cơ cấu chấp hành , cắt nguồn

dự phòng ra, đóng tải vào nguồn lưới chính Lúc này bộ phận nhận tín hiệu của ATS vẫn tiếp tục làm việc ở cả 2 nguồn cấp, giám sát 1 cách liên tục điện

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

2.3.ATS cho 2 nguồn: 1 nguồn lưới chính – 1 nguồn máy phát dự phòng.

Một trong những nhược điểm lớn nhất của phương pháp tự động nguồn dự phòng theo sơ đồ đóng máy cắt phân đoạn là khi xảy ra sự cố của

hệ thông như hỏng ở trạm máy biến áp không gian, hoặc mất điện áp nguồn thì đều dẫn đến làm cho bộ tiêu thụ bị mất điện: hay nói một cách khác thì tính chủ động trong việc cung cấp điện cho phụ tải của kiểu sơ đồ này là không cao Để khắc phục nhược điểm này, các xí nghiệp thường trang bị thêm nguồn điện Điêzen dự phòng

2.4.Nguyên lý hoạt động của bộ ATS

Mất lưới, mất pha, sụt áp dưới 0,85Uđm thì A.T.S phải phát tín hiệu khởi động máy phát sau 5s(để tránh mất lưới giả) Còn các hiện tượng khác như: điện áp 3 pha mất đối xứng quá mức cho phép, điện áp 3 pha lớn hơn 1,1 Uđm, không đúng thứ tự pha (xuất hiện từ trường thứ tự nghịch trong mấy điện 3 pha) nếu xuất hiện thì bộ A.T.S sẽ phát tín hiệu khởi động vì lưới

vẫn còn nhưng chất lượng tồi : không đúng 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 ra gây chết người; máy điều hoà trung tâm trong khách sạn, Đại sứ quán, ) không hoạt động đúng; máy làm kem, đá không đóng băng được… Còn hiện tượng mất pha hay sụt áp quá mức cho phép làm cho máy điện không đồng bộ 3 pha không khởi động được, hệ thông chiếu sáng không đủ sáng hoặc bị mất điện Hiện tượng quá áp lâu dài có thể gây cháy hỏng các thiết bị mắc trong mạng Hiện tượng mất đối xứng 3 pha quá mức cho phép gây ra sụt áp ở pha này và quá

áp ở pha khác làm hỏng thiết bị điện 1 pha mắc vào những pha có điện áp quá cao, các thiết bị điện 1 pha mắc vào những pha có điện áp quá cao, các thiết bị điện 1 pha mắc 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 bộ đóng cắt điện máy phát :

- 2 Relay trung gian : một điều khiển chạy và một điều khiển 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 pha phải 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 điện lưới và lập tức khởi động cho máy phát chạy

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

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

- Sau khi có điện lưới 5 Phút ( không nhấp nháy ) thì chuyển sang sử dụng điện lưới và đồng thời tắt máy phát điện

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 tương ứng với các tín

hiệu thu thập từ đối tượng điều khiển

-Ghép nối về mặt thông tin giữa 2 hệ thống : Hệ thống công suất lớn

của phần sơ cấp và hệ thống công suất nhỏ của phần thứ cấp

- Cách ly về điện cho 2 hệ thống này để sự cố trong chúng không lan

truyền qua lại với nhau

- Chuẩn hóa về mặt thông tin đầu ra để thuận tiện cho việc sử dụng

đối với những phần tử tự động tiếp theo Ví dụ biến dòng điện thường

được chế tạo có dòng điện định mức đầu ra là 1, 5 hoặc 10A, biến điện

áp vào khoảng 80 – 120V xoay chiều

Bộ phận xử lý tín hiệu: Bộ phận này có nhiệm vụ xử lý tín hiệu từ

khâu đo lường đi tới, liên tục xử lý các tín hiệu đó theo một trình tự ưu tiên

nhất định, và so sánh các tín hiệu vào với tín hiệu đặt trước rồi đến điều khiển

cơ cấu chấp hành

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 thời gian trễ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra nhằm khẳng định chắc chắn sự cố đưa lại từ nguồn cấp Hiện nay thì mạch tạo trễ thiết kế rất nhiều dạng, theo kiểu phóng – nạp tụ, theo kiểu đếm xung, hoặc cũng có thể thực hiện tạo trễ bằng chu trình phần mềm trên máy

Bộ phận khuếch đại tín hiệu :

- Có chức năng là khuếch đại tín hiệu đưa ra từ khâu làm trễ nhằm tạo

đủ công suất điều khiển cơ cấu chấp hành

- Hiện nay người ta thường dùng các linh kiện có chức năng khuếch đại như IC, tranzitor công suất Nếu tín hiệu 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

3.2.1.Tính toán chọn dây dẫn

Yêu cầu lựa chọn dây dẫn cho đường dây trên không 0,4 kV, dẫn điện

từ trạm biến áp đến trường đại học Biết rằng phụ tải khu trường bao gồm 10 lớp học và dãy nhà ở giáo viên gồm 10 căn hộ Khoảng cách từ trạm biến áp tới khu trường học là 350 m Với tổn thất điện áp cho phép là 8%

Trước hết ta cần xác định phụ tải của khu trường đại học

Công suất cấp cho 10 lớp học với diện tích mỗi lớp (8x10) m2 và công suất chiếu sáng P0 =16 W/m2

P1 = 10.(8.10).16 = 12,8 kW Công suất cấp cho 10 căn hộ tập thể giáo viên với suất phụ tải lấy

P0 = 2 kW/hộ

P2 = 10.2 = 20 kW Lấy hệ số công suất chung cho khu trường học cosφ = 0.85, xác định được tổng công suất cần cấp cho khu trường học là :

S = 𝑃1+𝑃2𝑐𝑜𝑠𝜑 =12,8 +20

0.85 = 38,58 𝑘𝑉𝐴 𝑆̇ = 38,58 + j.20,31 kVA

Vì khu trường đại học ở khá xa trạm biến áp , dây dẫn được chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Chọn dùng dây nhôm Lấy x0 = 0,3 Ω/km

Thành phần tổn thất điện áp do Q gây trên X bằng :

∆U’’ = x0

𝑈đ𝑚 𝑄 𝑙 = 0,3

0,38 20,31.0,35 = 5,61𝑉 Thành phần tổn điện áp do P gây trên R :

∆U’ = ∆Ucp - ∆U’’ = 8%.380 – 5,61 =24,79 V Tiết diện tính toán :

P = P1 + P2 = 32,8 kW

F = 𝛿.𝑃.𝑙𝑈đ𝑚.∆U’=31,5.32,8.0,35

0,38.24,79 = 38,39 mm2Chọn tiết diện tiêu chuẩn 50 mm2 Tra bảng dây nhôm với khoảng cách trung bình hình học là 0,4 m, có r0 = 0,64 Ω/km,x0 = 0,297 Ω/km

Thử lại theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép :

∆U = 32,8.0,64.0,35+24,79.0,297.0,3

Vậy chọn dây nhôm A (3.50 + 1.35) cấp điện cho trường là hợp lý

3.2.2.Máy phát

Máy phát biến đổi cơ năng thành điện năng do đó ta phải dùng động

cơ sơ cấp quay rôto với tốc độ n, vì rôto là nam châm điện nên cảm ứng trong dây quấn stato suất điện động 3 pha eA, eB, eC

Trị số hiệu dụng của suất điện động 1 pha

E0 = 4.44.w.f.k.dq.Φ Trong đó

+ w: số vòng của 1 pha

+ f = 𝑝.𝑛

60 ,( f : tần số; n : tốc độ rôto; p: số cặp cực) + k.dq: hệ số dây quấn

và khí thiên nhiên Động cơ nhỏ thường hoạt động bằng xăng trong khi động cơ lớn hơn chạy dầu diezen, propan lỏng, khí propane, hoặc khí tự nhiên Một số máy phát cũng có thể hoạt động dựa trên một nguồn dữ liệu kép, nhiên liệu diesel và khí đốt

– Đầu phát : là một phần của các máy phát điện, sản xuất điện từ nhiên liệu cơ học được cung cấp Bao gồm một tập hợp các bộ phận tĩnh và các phần có thể di chuyển được Các phần làm việc với nhau, tạo ra chuyển động tương đối giữa từ trường và điện, do đó tạo ra điện – Hệ thống nhiên liệu : Bình nhiên liệu thường đủ năng lực để giữ cho máy phát điện hoạt động từ 6 đến 8 giờ trên mức trung bình Đối với các máy phát điện nhỏ, bồn chứa nhiên liệu là một phần đế trượt của máy phát điện hoặc được lắp trên khung máy phát điện Đối với