Đồ án tốt nghiệp tự động chuyển nguồn lưới điện ATS

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chương CHƯƠNG 3THIẾT KẾ MODUL THỰC TẬP CHUYỂN NGUỒN DỰ PHÒNG 2MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN Chương 4:LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ Chương 5 BÀI TẬP ỨNG DỤNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ

THỐNG ĐIỆN 1.1 BẢO VỆ RƠ LE :

1.1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

1.1.1.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle

Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống điện nào cần phải kể đến khảnăng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường trong hệthống điện ấy Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệthống điện Hậu quả của ngắn mạch là:

a) Sụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện

b) Phá hủy các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện

c) Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt vàcơ

d) Phá hủy ổn định của hệ thống điện

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng việckhông bình thường Một trong những tình trạng việc không bình thường là quá tải.Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép làmcách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá hủy

Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng có thể thực hiệncác biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừnhững tình trạng làm việc không bình thường có khả năng gây nguy hiểm cho thiết

bị và hộ dùng điện Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần không hư hỏngtrong hệ thống điện cần có những thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng vớithời gian bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi

hệ thống điện Thiết bị này được thực hiện nhờ những khí cụ tự động có tên gọi làrơle Thiết bị bảo vệ được thực hiện nhờ những rơle được gọi là thiết bị bảo vệrơle

Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơle là tự động cắt phần tử hưhỏng ra khỏi hệ thống điện Ngoài ra thiết bị bảo vệ rơle còn ghi nhận và phát hiệnnhững tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong hệ thống điện,tùy mức độ mà bảo vệ rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máy cắt.Những thiết bị bảo vệ rơle phản ứng với tình trạng làm việc không bình thườngthường thực hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (không cần phải cótính tác động nhanh như ở các thiết bị bảo vệ rơle chống hư hỏng).

1.1.2 YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA MẠCH BẢO VỆ

1.1.2.1 Tính chọn lọc

Tác động của bảo vệ đảm bảo chỉ cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thốngđiện được gọi là tác động chọn lọc Khi có nguồn cung cấp dự trữ cho hộ tiêu thụ,tác động như vậy tạo khả năng cho hộ tiêu thụ tiếp tục được cung cấp điện

Hình 1.1: Cắt chọn lọc trong mạng có một nguồn cung cấp

Yêu cầu tác động chọn lọc cũng không loại trừ khả năng bảo vệ tác độngnhư là bảo vệ dự trữ trong trường hợp hỏng hóc bảo vệ hoặc máy cắt của các phần

tử lân cận

Cần phân biệt 2 khái niệm chọn lọc:

• Chọn lọc tương đối: theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể làmviệc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận

• Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ởchính phần tử được bảo vệ

1.1.2.2 Tác động nhanh

Càng cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ pháhoại phần tử đó, càng giảm được thời gian trụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ vàcàng có khả năng giữ được ổn định của hệ thống điện.

Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động của thiết bị bảo

vệ rơ le Tuy nhiên trong một số trường hợp để thực hiện yêu cầu tác động nhanhthì không thể thỏa mãn yêu cầu chọn lọc Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau,

vì vậy tùy điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng hơn về 2 yêu cầu　này

1.1.2.3 Độ nhạy

Bảo vệ rơle cần phải đủ độ nhạy đối với những hư hỏng và tình trạng làmviệc không bình thường có thể xuất hiện ở những phần tử được bảo vệ trong hệthống điện

Thường độ nhạy được đặc trưng bằng hệ số nhạy Kn Đối với các bảo vệ làm việctheo các đại lượng tăng khi ngắn mạch (ví dụ, theo dòng), hệ số độ nhạy được xácđịnh bằng tỷ số giữa đại lượng tác động tối thiểu (tức dòng ngắn mạch bé nhất) khingắn mạch trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và đại lượng đặt (tức dòng khởi động)

đại lượng tác động tối thiểu

Kn =

đại lượng đặtThường yêu cầu Kn = 1,5 ÷ 2.　　　

1.1.2.4 Tính bảo đảm

Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc chắntrong tất cả các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và các tình trạng làmviệc không bình thường đã định trước

Mặc khác bảo vệ không được tác động khi ngắn mạch ngoài Nếu bảo vệ có nhiệm

vụ dự trữ cho các bảo vệ sau nó thì khi ngắn mạch trong vùng dự trữ bảo vệ này phải khởi động nhưng không được tác động khi bảo vệ chính

đặt ở gần chỗ ngắn mạch hơn chưa tác động Để tăng tính đảm bảo của bảo

vệ cần:

♦ Dùng những rơle chất lượng cao.

♦ Chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản nhất (số lượng rơle, tiếp điểm ít)

♦ Các bộ phận phụ (cực nối, dây dẫn) dùng trong sơ đồ phải chắc chắn, đảmbảo

♦ Thường xuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ

1.2 MỘT SỐ SƠ ĐỒ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.2.1 Tự động đóng nguồn dự trữ

1.2.1.1 Ý nghĩa

Sơ đồ nối điện của hệ thống điện cần đảm bảo độ tin cậy cung cấp cho các

hộ tiêu thụ điện Sơ đồ cung cấp từ hai hay nhiều nguồn điện đảm bảo độ tin cậycao, vì cắt sự cố một nguồn không làm cho hộ tiêu thụ bị mất điện

Dù việc cung cấp cho hộ tiêu thụ từ nhiều phía có ưu điểm rõ ràng như vậynhưng phần lớn các trạm có hai nguồn cung cấp trở lên đều làm việc theo sơ đồmột nguồn cung cấp Tự dùng của nhà máy điện là một ví dụ

Cách thực hiện sơ đồ như trên sẽ ít tin cậy nhưng đơn giản hơn và trongnhiều trường hợp làm giảm dòng ngắn mạch, giảm tổn thất điện năng trong MBA,đơn giản bảo vệ rơle Khi phát triển mạng điện, việc cung cấp từ một phía thường

là giải pháp được lựa chọn vì những thiết bị điện và bảo vệ đã đặt trước đó khôngcho phép thực hiện sự làm việc song song của các nguồn cung cấp

Nhược điểm của việc cung cấp từ một phía là cắt sự cố nguồn làm việc sẽlàm ngừng cung cấp cho hộ tiêu thụ Khắc phục bằng cách đóng nhanh nguồn dựtrữ hay đóng máy cắt mà ở đó thực hiện việc phân chia mạng điện Để thực hiệnthao tác này người ta sử dụng thiết bị TỰ ĐỘNG ĐÓNG NGUỒN DỰ TRỮ(TĐD)

Hình 1.19: Các nguyên tắc thực hiện TĐD

1.2.1.2 Yêu cầu cơ bản với thiết bị tự động đóng nguồn dự trữ

Tất cả các thiết bị TĐD cần phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau đây:

1 Sơ đồ TĐD không được tác động trước khi máy cắt của nguồn làm việc bịcắt ra để tránh đóng nguồn dự trữ vào khi nguồn làm việc chưa bị cắt ra Ví dụtrong sơ đồ hình 1.19, khi ngắn mạch trên đường dây AC thì bảo vệ đường dây chỉcắt 1MC còn 2MC vẫn đóng, nếu TĐD tác động đóng đường dây dự trữ BC thì cóthể ngắn mạch sẽ lại xuất hiện

2 Sơ đồ TĐD phải tác động khi mất điện áp trên thanh góp hộ tiêu thụ vì bất

cứ lí do gì, chẳng hạn như khi cắt sự cố, cắt nhầm hay cắt tự phát máy cắt củanguồn làm việc, cũng như khi mất điện áp trên thanh góp của nguồn làm việc.Cũng cho phép đóng nguồn dự trữ khi ngắn mạch trên thanh góp của hộ tiêu thụ

3 Thiết bị TĐD chỉ được tác động một lần để tránh đóng nguồn dự trữ nhiềulần vào ngắn mạch tồn tại

Ví dụ, nếu ngắn mạch trên thanh góp C (hình 1.19) thì khi TĐD đóng 4MC, thiết bịbảo vệ rơle lại tác động cắt 4MC, điều đó chứng tỏ ngắn mạch vẫn còn tồn tại, dovậy không nên cho TĐD tác động lần thứ 2

4 Để giảm thời gian ngừng cung cấp điện, việc đóng nguồn dự trữ cần phảinhanh nhất có thể được ngay sau khi cắt nguồn làm việc.

Thời gian mất điện tmđ phụ thuộc vào các yếu tố sau:

a) tmđ < ttkđttkđ: khoảng thời gian lớn nhất từ lúc mất điện đến khi đóng nguồn dự trữ

mà các động cơ nối vào thanh góp hộ tiêu thụ còn có thể tự khởi động

b) tmđ > tkhử iontkhử ion: thời gian cần thiết để khử môi trường bị ion hóa do hồ quang tạichổ ngắn mạch (trường hợp ngắn mạch trên thanh góp C - hình 1.19)

5 Để tăng tốc độ cắt nguồn dự trữ khi ngắn mạch tồn tại, cần tăng tốc độ tácđộng của bảo vệ nguồn dự trữ sau khi thiết bị TĐD tác động Điều này đặc biệtquan trọng khi hộ tiêu thụ bị mất nguồn cung cấp được thiết bị TĐD nối với nguồn

dự trữ đang mang tải Cắt nhanh ngắn mạch lúc này là cần thiết để ngăn ngừa việcphá hủy sự làm việc bình thường của nguồn dự trữ đang làm việc với các hộ tiêuthụ khác

Sơ đồ thiết bị tự đóng nguồn dự trữ đuờng dây và trạm biến áp :

Hình 1.20 Sơ đồ tự đóng nguồn dự trữ đuờng dây

Hình 1.21 : Sơ đồ tự đóng nguồn dự trữ máy cắt phân đoạn

- Rôto của các máy phát phải quay với một tốc độ gần như nhau

- Điện áp ở đầu cực các máy phát phải gần bằng nhau

- Góc lệch pha tương đối giữa các rôto không được vượt quá giới hạn chophép.

Vì vậy để đóng máy phát điện đồng bộ vào làm việc song song với các máyphát khác của nhà máy điện hay hệ thống, cần phải sơ bộ làm cho chúng đồng bộvới nhau Hoà đồng bộ là quá trình làm cân bằng tốc độ góc quay và điện áp củamáy phát được đóng vào với tốc độ góc quay của các máy phát đang làm việc vàđiện áp trên thanh góp nhà máy điện, cũng như chọn thời điểm thích hợp đưa xung

đi đóng máy cắt của máy phát

Có 2 phương pháp hòa đồng bộ: hòa đồng bộ chính xác và hòa tự đồng bộ

♦ Hòa tự đồng bộ:

Khi đóng máy phát bằng phương pháp tự đồng bộ phải tuân theo những điềukiện sau:

- Máy phát không được kích từ (kích từ của máy phát đã được cắt ra bởiaptomat diệt từ ).

- Tốc độ góc quay của máy phát đóng vào phải gần bằng tốc độ góc quaycủa các máy phát đang làm việc trong hệ thống

Trình tự thực hiện: Trước khi đóng một máy phát vào làm việc song songvới các máy phát khác thì máy phát đó chưa được kích từ, khi tốc độ quay của máyphát đó xấp xỉ với tốc độ quay của các máy phát khác thì máy phát đó được đóngvào, ngay sau đó dòng kích từ sẽ được đưa vào rôto và máy phát sẽ đươc kéo vàolàm việc đồng bộ

Hình 1.22: Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số của máy hòa đồng bộ

a) Sơ đồ khối chức năng ; b) Đồ thị thời gian làm việc

Hình 1.23 : Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp của máy hòa đồng bộ

a) Sơ đồ khối chức năng ; b) Sơ đồ nối vào điện áp phách

c) Đồ thị thời gian làm việc

Hình 1.24 : Đồ thị véctơ giải thích đặc tính thời gian của

bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp

a) δ = 0 ; UF = UHT b) δ = 1800 ; UF = UHTc) δ = 0 ; UF < UHT d) δ = 1800 ; UF < UHT

Hình 1.25: Bộ phận điều chỉnh tần số

a) Sơ đồì khối chức năng ; b) Đồ thị thời gian làm việc

Hình 1.26: Đồ thị vectơ giải thích đặc tính của bộ phận điều chỉnh

Hình 1.27: Sơ đồ khối chức năng của bộ phận đóng

1.2.3 Tự động điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng

1.2.3.1 Ý nghĩa của tự điều chỉnh điện áp công suất phản kháng

Duy trì điện áp bình thường là một trong những biện pháp cơ bản để đảmbảo chất lượng điện năng của hệ thống điện Điện áp giảm thấp quá mức có thể gâynên độ trượt quá lớn ở các động cơ không đồng bộ, dẫn đến qúa tải về công suấtphản kháng ở các nguồn điện Điện áp giảm thấp cũng làm giảm hiệu quả phátsáng của các đèn chiếu sáng, làm giảm khả năng truyền tải của đường dây và ảnhhưởng đến độ ổn định của các máy phát làm việc song song Điện áp tăng cao có

thể làm già cỗi cách điện của thiết bị điện (làm tăng dòng rò) và thậm chí có thểđánh thủng cách điện làm hư hỏng thiết bị.

Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống điện được duy trì ở một giá trị địnhtrước nhờ có những phương thức vận hành hợp lí, chẳng hạn như tận dụng côngsuất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại cácphần tử trong hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lí của những đường dây truyềntải, chọn tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp

Điện áp cũng có thể được duy trì nhờ các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ(TĐK) của các máy phát điện và máy bù đồng bộ, các thiết bị tự động thay đổi tỷ

số biến đổi của máy biến áp, các thiết bị tự động thay đổi dung lượng của các tụ bùtĩnh

1.2.3.2 Thiết bị tự điều chỉnh kích từ

Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) được sử dụng để duy trì điện áptheo một đặc tính định trước và để phân phối phụ tải phản kháng giữa các nguồncung cấp trong tình trạng làm việc bình thường của hệ thống điện

1.2.3.2.1 Các nguyên tắc thực hiện tự động điều chỉnh kích từ

Máy phát được đặc trưng bằng sức điện động EF và điện kháng XF (hình1.28) Áp đầu cực máy phát được xác định theo biểu thức:

Hình 1.28: Sơ đồ thay thế và đồ thị véctơ điện áp của máy phát

Đối với các máy phát điện dùng máy kích thích một chiều, các thiết bị điềuchỉnh điện áp có thể chia thành 2 nhóm:

a) Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi RKT trong mạch cuộn kích từ WKTcủa máy kích thích KT một cách từ từ nhờ con trượt (hình 1.29 a) hoặc nối tắt mộtphần RKT theo chu kỳ (hình 1.29 b)

Hình 1.29: Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi RKT

b) Thay đổi kích từ máy phát nhờ dòng kích từ phụ IKTf tỷ lệ với ΔU hoặc IFhoặc cả 2 đại lượng ΔU và IF Dòng kích từ phụ có thể đưa vào cuộn kích từ chínhWKT (hình 1.30 a) hoặc cuộn kích từ phụ WKTf (hình 1.30 b) của máy kích thích

Hình 1.30: Thay đổi kích từ máy phát nhờ dòng kích từ phụ

Phần tử chính của compun pha là một máy biến áp đặc biệt có từ hóa phụBTP (hình 1.37) Trên lõi của BTP bố trí 2 cuộn sơ cấp (cuộn dòng WI và cuộn ápWU), một cuộn thứ cấp WT và một cuộn từ hóa phụ WP

Từ thông của cuộn WI tỷ lệ IF, còn của cuộn WU tỷ lệ UF Do đó, dòng trongcuộn WK tỷ lệ với tổng các thành phần này Dòng này được chỉnh lưu và đưa vàocuộn kích từ của máy kích thích

Như vậy, compun pha thực hiện việc điều chỉnh kích từ máy phát không chỉtheo dòng điện, mà còn theo điện áp và góc lệch pha giữa chúng Nhờ đó đảm bảohiệu quả điều chỉnh cao

Tuy nhiên compun pha là một thiết bị tác động theo nhiễu nên không thể giữkhông đổi điện áp của máy phát, do đó cần có hiệu chỉnh phụ Việc hiệu chỉnh điện

áp được thực hiện nhờ correctơ cung cấp dòng IC cho cuộn từ hóa phụ WP củaBTP

Hình 1.37: Sơ đồ cấu trúc của comun pha 1.2.3.3 Tự động điều khiển bộ tụ bù ở trạm

Xét một sơ đồ điều chỉnh điện áp bằng bộ tụ bù đặt ở trạm giảm áp Việcđiều khiển các bộ tụ được thực hiện theo một chương trình định trước, ví dụ nhờđồng hồ điện Trên hình 1.38, khi tiếp điểm của đồng hồ điện ĐH đóng vào mộtthời điểm đặt trước thì rơle thời gian 1RT tác động đóng tiếp điểm 1RT1, cuộnđóng CĐ có điện, máy cắt đóng lại đưa bộ tụ bù vào làm việc

Khi đóng máy cắt thì các tiếp điểm phụ liên động của nó cũng chuyển mạch

để mở mạch cuộn dây rơle 1RT và đóng mạch cuộn dây rơle 2RT sẵn sàng chothao tác cắt bộ tụ ra sau đó

trở lại đường dây Hư hỏng tự tiêu tan như vậy được gọi là thoáng qua Đóng trở lạimột đường dây có hư hỏng thoáng qua thường là thành công.

Những hư hỏng trên đường dây như đứt dây dẫn, vỡ sứ, ngã trụ khôngthể tự tiêu tan, vì vậy chúng được gọi là hư hỏng tồn tại Khi đóng trở lại đườngdây có xảy ra ngắn mạch tồn tại thì đường dây lại bị cắt ra một lần nữa, việc đóngtrở lại như vậy là không thành công

Để giảm thời gian ngừng cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, thao tác đóng trở lạiđường dây cần được thực hiện một cách tự động nhờ các thiết bị TỰ ĐỘNGĐÓNG TRỞ LẠI (TĐL) Thiết bị TĐL cũng có thể tác động cả khi máy cắt bị cắt

ra do thao tác nhầm của nhân viên vận hành hoặc do thiết bị bảo vệ rơle làm việckhông đúng

Áp dụng TĐL có hiệu quả nhất là ở những đường dây có nguồn cung cấpmột phía, vì trong trường hợp này TĐL thành công sẽ khôi phục nguồn cung cấpcho các hộ tiêu thụ Ở mạng vòng, cắt một đường dây không làm ngừng cung cấpđiện, tuy nhiên áp dụng TĐL là hợp lí vì làm tăng nhanh việc loại trừ chế độ khôngbình thường và khôi phục sơ đồ mạng đảm bảo vận hành kinh tế và tin cậy Khảnăng TĐL thành công ở những đường dây trên không vào khoảng 70÷90%

1.3.2 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TĐL

Trong thực tế người ta có thể áp dụng những loại TĐL sau: TĐL 3 pha, thựchiện đóng cả 3 pha của máy cắt sau khi nó bị cắt ra bởi bảo vệ rơle TĐL 1 pha,thực hiện đóng máy cắt 1 pha sau khi nó bị cắt ra bởi bảo vệ chống ngắn mạch mộtpha TĐL hỗn hợp, đóng 3 pha (khi ngắn mạch nhiều pha) hay đóng 1 pha (khingắn mạch một pha)

Riêng TĐL 3 pha được phân ra thành một số dạng: TĐL đơn giản, TĐL tác độngnhanh, TĐL có kiểm tra điện áp, TĐL có kiểm tra đồng bộ

Theo loại thiết bị mà TĐL tác động đến có: TĐL đường dây, TĐL thanh góp, TĐLmáy biến áp, TĐL động cơ điện

Theo số lần tác động có: TĐL một lần và TĐL nhiều lần

Theo cách thức tác động đến cơ cấu truyền động của máy cắt có: TĐL điện và TĐL

cơ khí

1.3.3 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI THIẾT BỊ TĐL

Tùy điều kiện cụ thể, sơ đồ TĐL dùng cho đường dây hoặc những thiết bịđiện khác có thể khác nhau nhiều Nhưng tất cả các thiết bị TĐL phải thỏa mãnnhững yêu cầu cơ bản sau:

1) Tác động nhanh: Thời gian tác động của TĐL cần phải càng nhỏ càng tốt

để đảm bảo thời gian ngừng cung cấp điện là nhỏ nhất Ở các đường dây có nguồncung cấp từ 2 phía tác động nhanh của TĐL cần thiết để rút ngắn thời gian khôiphục tình trạng làm việc bình thường của mạng điện Tuy nhiên thời gian TĐL bịhạn chế bởi điều kiện khử ion hoàn toàn môi trường tại chỗ ngắn mạch nhằm đảmbảo TĐL thành công: tkhử ion < tTĐL < ttkđ

Khi TĐL máy cắt dầu không cần quan tâm đến tkhử ion, nhưng đối với máycắt không khí do thời gian đóng của nó rất bé nên phải xét đến điều kiện khử ion

Ngoài ra thời gian tác động của TĐL còn bị giới hạn bởi thời gian cần thiết

để phục hồi khả năng truyền động của máy cắt khi đóng nó trở lại và khả năng cắtnếu ngắn mạch tồn tại

2) TĐL phải tự đông trở về vị trí ban đầu sau khi tác động để chuẩn bị chocác lần làm việc sau

3) Sơ đồ TĐL cần phải đảm bảo số lần tác động đã định trước cho nó vàkhông được tác động lặp đi lặp lại Phổ biến nhất là loại TĐL một lần, trong một sốtrường hợp người ta cũng sử dụng TĐL hai lần và TĐL ba lần

4) Khi đóng hay mở máy cắt bằng tay thì TĐL không được tác động Khiđóng máy cắt bằng tay, nếu nó bị cắt ra ngay lập tức bởi bảo vệ rơle, chứng tỏ là đãđóng máy cắt vào ngắn mạch tồn tại, lúc ấy chắc chắn việc đóng trở lại sẽ khôngthành công Sơ đồ TĐL cũng cần dự tính đến khả năng cấm TĐL trong trường hợpmáy cắt bị cắt ra bởi một số bảo vệ nào đó Ví dụ, thường không cho phép TĐLmáy biến áp tác động khi bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc (hư hỏng bên trongnó)

1.3.4 TĐL ĐƯỜNG DÂY CÓ NGUỒN CUNG CẤP 1 PHÍA

1.3.4.1 Hoạt động của sơ đồ

Trên hình 9.2 là sơ đồ của thiết bị TĐL một lần khởi động bằng phươngpháp không tương ứng của đường dây có nguồn cung cấp 1 phía Hoạt động của sơ

đồ trong một số chế độ làm việc của mạng điện như sau:

• Ở chế độ vận hành bình thường, khóa điều khiển KĐK ở vị trí đóng Đ2,tiếp điểm KĐKIV mở, rơle 3RG có điện phản ảnh vị trí đóng của MC; tiếp điểmKĐKI đóng, tụ C được nạp đầy điện qua điện trở nạp R Trong khi đó, do máy cắtđang đóng nên tiếp điểm phụ của nó MC2 mở ra và rơle 2RG không có điện Sơ đồđang ở trong tình trạng sẵn sàng để tác động

• Khi xảy ra ngắn mạch, thiết bị bảo vệ rơle BV tác động cắt máy cắt, tiếpđiểm phụ MC2 đóng lại, rơle 2RG có điện và đóng tiếp điểm trong mạch khởiđộng TĐL (điện trở R1 hạn chế dòng trong mạch vừa đủ để 2RG làm việc nhưngkhông đủ để máy cắt đóng lại) Rơle RT có điện, sau một thời gian tRT đặt trướctiếp điểm RT1 khép lại Tụ C phóng điện qua cuộn dây điện áp của rơle 1RG, tiếpđiểm 1RG1 của nó khép lại và cuộn

đóng CĐ của máy cắt có điện theo mạch: (+)→KĐKI→1RG1→cuộn dòng1RGI→Th→ĐN→4RG2→MC2→CĐ→(-) Lúc này máy cắt sẽ được đóng trở lại

• Nếu ngắn mạch tự tiêu tan: máy cắt sau khi được TĐL đóng lại sẽ giữnguyên vị trí đóng, tụ C lại được nạp đầy để đưa sơ đồ trở lại trạng thái ban đầuchuẩn bị cho các lần làm việc sau

• Nếu ngắn mạch tồn tại: bảo vệ rơle lại tác động cắt máy cắt và TĐL lạikhởi động như trình tự đã nêu trên Nhưng vì tụ C đã phóng hết điện trong lần tácđộng trước, đến lúc này chưa được nạp đủ nên không thể làm cho rơle 1RG tácđộng được và máy cắt sẽ không thể đóng lại Điều đó đảm bảo cho TĐL chỉ tácđộng một lần như đã định trước cho nó

• Khi mở máy cắt bằng tay (chuyển KĐK sang vị trí C1): tiếp điểm KĐKI

mở ra cắt nguồn vào RT và nguồn nạp tụ, tiếp điểm KĐKII nối tụ C vào điện trởphóng R4, năng lượng tích lũy ở tụ C sẽ phóng qua R4 biến thành nhiệt năng và

tiêu tán ở R4 Nhờ vậy đảm bảo TĐL không thể tác động khi mở máy cắt bằng tay.Trong một số trường hợp, tiếp điểm “cấm TĐL” đóng lại, tụ C phóng điện và TĐLcũng không thể làm việc.

• Khi đóng máy cắt bằng tay (KĐK ở vị trí Đ1): tụ C bắt đầu được nạp điện,nếu máy cắt lại mở ra thì TĐL cũng không tác động được vì cho đến lúc này tụ Cvẫn chưa nạp đầy

Hình 30: Sơ đồ thiết bị TĐL một lần đường dây có nguồn cung cấp 1 phía 1.3.4.2 Đặc điểm của sơ đồ

♦ Sơ đồ khởi động theo phương pháp không tương ứng giữa vị trí của khóađiều khiển (tiếp điểm KĐKI) và vị trí của máy cắt (tiếp điểm 2RG của rơle phảnánh vị trí cắt của máy cắt)

♦ Tiếp điểm RT2 và điện trở R3 nối song song để tăng lực khởi động ban đầucủa RT và khi duy trì thì RT không bị phát nóng nhờ R3 cản bớt dòng

♦ Rơle 1RG có hai cuộn dây, khi RT1 khép, tụ C phóng qua cuộn dây điện áp1RGU, cuộn dây dòng điện 1RGI làm nhiệm vụ tự giữ vì tụ C chỉ cung cấp mộtxung ngắn hạn đủ để khởi động 1RG chứ không duy trì được.

♦ Rơle 4RG có hai cuộn dây, để chống máy cắt đóng lặp đi lặp lại khi ngắnmạch tồn tại và hỏng hóc TĐL Ví dụ khi hỏng tiếp điểm 1RG1 (dính) và xảy rangắn mạch, cuộn cắt của máy cắt có điện, đồng thời cuộn dòng 4RGI cũng có điện.Máy cắt mở ra và các tiếp điểm 4RG1 đóng lại, 4RG2 mở ra Nếu tiếp điểm 1RG1 bịdính thì ngay lập tức cuộn áp 4RGU có điện để duy trì trạng thái của các tiếp điểm4RG1, 4RG2 Do vậy mạch cuộn đóng của máy cắt bị hở và máy cắt không thểđóng lặp đi lặp lại

Hình hình 31: Biểu đồ thời gian trong chu trình TĐL một lần

Chương 2

MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN

2.1 Lưới điện

2.1.1:khái niệm về lưới điện

Để có thể truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ và phân phối điện năng cho chúng cần thiết phải có lưới truyền tải và lưới phân phối người ta gọi lưới truyền tải là lưới điện có cấp điện áp danh định từ 220kv trở lên còn lưới phân phối là lưới điện từ 110kv trở xuống

2.1.2.các cấp điện áp của lưới điện

Tùy thuộc vào khoảng cách truyền tải và tổn thất công suất người tachia lưới điện thành các cấp điện áp như sau:

U<1kv: lưới điện hạ áp

1Kv≤ U ≤ 66kV: lưới trung áp

66kV≤ U ≤ 220kV: lưới điện cao áp

330kV≤ U ≤ 750kV: lưới diện siêu cao áp

1000kV≤U: lưới điện cực cao áp

2.1.3.phụ tải điện

Phụ tải diện là tất cả các thiết bị điện , dụng cụ máy móc dùng đẻ chuyển đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng Căn cứ theo nhu cầu tiêu thụ ,sử dụng điện năng và phân loại phụ tải theo độ tin cậy cung cấp điện được chia làm 3 loại như sau

Đây là loại phụ tải nếu mất điện sẽ gây thiệt hại về kinh tế như sản xuất sản phẩm

bị thiếu hụt ,thứ phẩm tăng ,gây ra lãng công và không sử dụng hết công suất thiết bị

2.2 Máy phát

2.2.1 :Lịch sử hình thành và phát triển máy phát điện .

Trước khi từ tính và điện năng được khám phá, các máy phát điện đã sử dụngnguyên lý tĩnh điện Máy phát điện Wimshurst đã sử dụng cảm ứng tĩnh điện Máyphát Van de Graaff đã sử dụng một trong hai cơ cấu sau:

• Điện tích truyền từ điện cực có điện áp cao

• Điện tích tạo ra bởi sự ma sát

Máy phát tĩnh điện được sử dụng trong các thí nghiệm khoa học yêu cầu điện ápcao Vì sự khó khăn trong việc tạo cách điện cho các máy phát tạo điện áp cao, chonên máy phát tĩnh điện được chế tạo với công suất thấp và không bao giờ được sửdụng cho mục đích phát điện thương mại

Vào năm 1831-1832 Michael Faraday đã phát hiện ra rằng một chênh lệch điệnthế được tạo ra giữa hai đầu một vật dẫn điện mà nó chuyển động vuông góc vớimột từ trường Ông cũng đã chế tạo máy phát điện từ đầu tiên được gọi là "đĩaFaraday", nó dùng một đĩa bằng đồng quay giữa các cực của một nam châm hìnhmóng ngựa Nó đã tạo ra một điện áp DC nhỏ và dòng điện lớn

Tiếp theo đó vào năm 1832, Máy phát dynamo đầu tiên dựa trên nguyên lýFaraday được chế tạo, do Hippolyte Pixii - một nhà chế tạo thiết bị đo lường.Dynamo là máy phát điện đầu tiên có khả năng cung cấp điện năng cho côngnghiệp Dynamo sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi năng lượng quay

cơ học thành dòng điện xoay chiều Cấu tạo của dynamo bao gồm một kết cấu tĩnh

mà nó tạo ra từ trường mạnh và một cuộn dây quay Ở các máy phát dynamo nhỏ,

từ trường được tạo ra bằng các nam châm vĩnh cữu, đối với các máy lớn, từ trườngđược tạo ra bằng các nam châm điện

Máy phát điện của Pixii đã sử dụng một nam châm vĩnh cửu được quay bằngmột tay quay Nam châm quay được định vị sao cho cực Nam và cực Bắc của nó đingang qua một mẫu sắt được quấn bằng dây dẫn Pixii phát hiện rằng nam châmquay đã tạo ra một xung điện trong dây dẫn mỗi lần một cực đi ngang qua cuộndây Ngoài ra, các cực Bắc và Nam của nam châm đã tạo ra một dòng điện có chiềungược nhau Bằng cách bổ sung một bộ chuyển mạch, Pixii đã có thể biến đổi dòngđiện xoay chiều thành dòng điện một chiều Không giống như đĩa Faraday, nhiềuvòng dây được nối nối tiếp được sử dụng trong cuộn dây chuyển động củadynamo Điều này cho phép điện áp đầu cực của máy cao hơn so với đĩa Faradaytạo ra, do đó điện năng có thể phân phối ở mức điện áp thích hợp Mối quan hệgiữa chuyển động quay cơ học và dòng điện trong dynamo là quá trình thuậnnghịch, nguyên lý về mô tơ điện đã được phát hiện khi người ta thấy rằng một máydynamo có thể tạo ra cho một máy dynamo thứ hai quay nếu cấp dòng điện qua nó Năm 1827, Anyos Jedlik bắt đầu thử nghiệm với các thiết bị quay có từ tính

mà ông gọi là các rotor tự từ hóa Trong mẫu vật đầu tiên của một bộ khởi độngđơn cực, (đã được hoàn tất trong khoảng 1852 và 1854) cả phần tĩnh lẫn phần quayđều là nam châm điện Ông đã trình bày nguyên lý của dynamo ít nhất là 6 thángtrước Ernst Werner von Siemens và Charles Wheatstone Trên thực chất nguyên lýcủa nó là thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, thì dùng 2 nam châm điện đối xứngnhau để tạo ra từ trường bao xung quanh rotor

Thiết kế của Hippolyte Pixii và Anyos Jedlik đều tồn tại một vấn đề như nhau:chúng tạo ra những xung dòng điện nhọn đầu không mong muốn AntonioPacinotti, một nhà khoa học người Ý đã tìm cách giải quyết vấn đề bằng cách thaycác cuộn dây tròn bằng các cuộn dây hình xuyến, tạo ra bằng cách quấn trên mộtvòng thép Như vậy luôn có một số vòng của cuộn dây sẽ thông qua từ trường, vàlàm cho điện áp, dòng điện có dạng phẳng hơn Zénobe Gramme đã thực hiện lạithiết kế này vài năm sau đó khi thiết kế một số nhà máy điện ở Paris trong thậpniên 1870 Thiết kế này bây giờ được gọi là Gramme dynamo Những phiên bản

khác nhau đã được phát triển, và chế tạo từ đây, nhưng nguyên lý cơ bản về nhữngcuộn dây xếp theo vòng đã trờ thành trái tim của tất cả các dynamo hiện nay.

2.2.2: Máy phát điện xoay chiều.

Máy phát điện xoay chiều là thiết bị dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng,phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt Nguồn sinh ra cơ năng có thể là thếnăng của nước (trong nhà máy thuỷ điện); tuabin hơi, gió hoặc các động cơDiezel Chúng ta có các loại máy phát một pha, ba pha nhưng trong công nghiệpchủ yếu là máy phát ba pha Máy phát điện được sử dụng trong công nghiệp, tronglưới điện quốc gia chủ yếu là loại máy phát điện đồng bộ Máy phát điện đồng bộ

có ưu điểm là phát ra nguồn điện có tần số hầu như không đổi Công suất củanhững máy phát điện đồng bộ có thể lên tới 600MVA hoặc lớn hơn nữa Chúng cóthể làm việc song song hay độc lập với lưới điện quốc gia

Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin nước hoặc tuabin hơi vàđược gọi tên là máy phát tuabin nước hoặc máy phát tuabin hơi Máy phát tuabinhơi có tốc độ quay cao, do đó được chế tạo theo kiểu cực ẩn và có trục máy đặtnằm ngang Máy phát điện tuabin nước có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theokiểu cực lồi và trục máy được đặt thẳng đứng Trong trường hợp máy phát điện cócông suất nhỏ và cần di động thì nên dùng động cơ Diezel hoặc động cơ xăng làmđộng cơ sơ cấp và được gọi là máy phát Diezel hoặc máy phát động cơ xăng Máyphát điện Diezel và máy phát điện động cơ xăng thường có cấu tạo cực lồi

2.2.3:Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ.

Máy phát điện đồng bộ có cấu tạo gồm hai thành phần chính đó là: Rôto và Stato

a) Kết cấu của máy phát điện đồng bộ cực

ẩn:

* Rôto của máy phát điện đồng bộ cực

ẩn được làm bằng thép hợp Kim chất lượng

cao và được rèn thành khối hình trụ, sau đó

gia công và phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần không phay rãnh tạo nên mặtcực của máy Mặt cắ ngang của lõi thép rôto như hình 2.1

Hình 2.1.:Mặt cắt ngang lõi thép Rôto

Vì máy cực ẩn có 2p = 2 , (n = 3000 vòng/phút) nên để hạn chế lực ly tâm,người ta chế tạo đường kính Rôto D ≤ 1,1 – 1,15m, để tăng công suất máy phátngười ta tăng chiều dài Rôto l ( lMax = 6,5m )

Dây quấn kích từ đặt trong rãnh Rôto được chế tạo từ dây đồng trần tiết diệnchữ nhật, quấn theo chiều dẹt thành các bối dây đồng tâm Các vòng dây của bốidây này được cách điện với nhau bằng một lớp Mica mỏng Để cố định và ép chặtdây quấn kích từ trong rãnh, miệng rãnh được nêm kín bởi các thanh nêm bằngthép không từ tính phần đầu nối của dây quấn kích từ được đai chặt bằng các ốngthép phi từ tính

* Stato của máy điện đồng bộ cực ẩn bao gồm lõi thép, trong đó có đặt dây quấn

ba pha và thân máy, nắp máy Lõi thép Stato được ép bằng lá tôn Silíc dày 0,5mmhai mặt có phủ sơn cách điện Lõi thép Stato được đặt cố định trong thân máy

b) Kết cấu của máy phát điện đồng bộ cực lồi:

Máy điện đồng bộ cực lồi thường có tốc độ quay thấp, vì vậy khác với máyđồng bộ cực ẩn đường kính Rôto có thể lớn tới D =15m trong khi chiều dài l lạinhỏ, với tỷ lệ l/D = (0,15 – 0,2)

Rôto của máy phát đồng bộ cực lồi có công suất nhỏ và trung bình có lõi thépđược chế tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ.Trên mặt có đặt các cực từ (hình 1.2), ở các máy có công suất lớn lõi thép đó đượchình thành bởi các tấm thép dày (1 – 6)mm được dập hoặc đúc định hình sẵn đểghép thành các khối lăng trụ Cực từ đặt trên lõi thép Rôto được ghép bằng những

lá thép dày từ (1 – 1,5)mm

Hình 2.2:Cực từ của máy đồng bộ cực lồi.

1.Lá thép cực từ; 2.Dây quấn kích thích;

3.Đuôi cực từ; 4.Nêm; 5.Lõi thép Rôto

Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn uốn theochiều mỏng thành từng cuộn dây Cách điện giữa các vòng dây là lớp Mica hoặcAmiăng các cuộn dây sau khi đã gia công được lồng vào thân cực

Stato của máy phát điện đồng bộ cực lồi có cấu tạo tương tự của máy phát đồng

bộ cực ẩn

2.3.1 Một số loại máy phát điện thực tế

2.3.1.1.Máy phát điện công suất thấp

Những chiếc xe có gắn động cơ đầu tiên có khuynh hướng lắp đặt các máy phát điện một chiều với bộ điều hòa điện thế bằng cơ khí Kiểu này không được tincậy hoàn toàn, và hiệu suất thấp, nên sau này đã được thay thế bằng các máy phát điện xoay chiều với những mạch chỉnh lưu lắp trong Công suất của hệ thống điện này trên xe sẽ nạp lại cho các bình ắc quy sau khi khởi động Ngõ ra định mức của

nó thường trong khoảng 50-100 A ở điện thế 12 V, tùy thuộc vào thiết kế tải phần điện bên trong xe Một số xe hiện nay có hệ thống trợ động dùng điện, và hệ thống điều hòa nhiệt độ cũng bằng điện Những thiết bị này này làm tăng tải của hệ thốngđiện Các xe tải nặng hơn sẽ sử dụng nguồn 24 volt để có đầy đủ lực cho động cơ khởi động để có thể quay được các động cơ diesel lớn, mà không cần những sợi cáp điện lớn hơn, vốn ít tin cậy hơn Các máy phát của xe thường không sử dụng nam châm vĩnh cửu; chúng có thể đạt được hiệu suất đến 90% ở trong một dải tốc

độ rất rộng bằng cách điều khiển điện áp kích từ Các máy phát dùng trong xe hai bánh lại sử dụng nam châm vĩnh cửu Phần cảm của nó là các nam châm đất hiếm,

vì thế có thể chế tạo nhỏ và nhẹ hơn các loại khác

Một số máy phát điện nhỏ nhất có thể thấy là các máy phát điện cho đèn xe đạp Các máy này thường là các máy phát nam châm vĩnh cửu, 0,5 A, cung cấp một công suất 3 đến 6 w ở điện thế 6 đến 12 V Để có thể quay được bằng sức nguòi đạp, vấn đề hiệu suất phải đặt ra hàng đầu, và phải được thiết kế và chế tạo rất tinh xảo, với những nam châm vĩnh cửu đất hiếm Tuy nhiên, hiệu suất của nó chỉ có thể đạt được đến 60% với những máy phát tốt nhất, và 40% với loại thông thường, do phải ử dụng nam châm vĩnh cửu Nhưng nếu muốn dùng máy phát điều chỉnh được kích từ, lại phải dùng bình ắc quy Điều này không thể chấp nhận được,

vì nó làm tăng trọng lượng và kích thước

Những thuyền buồm thường sử dụng các máy phát kéo bằng sức nước hoặc sức gió, để nạp điện từ từ cho các bình ắc quy Những chiếc chân vịt, các tua bin gió

hoặc các bánh xe công tác sẽ được kết nối với các máy phát công suất thấp và bộ chỉnh lưu để có dòng điện đến 12 A ở tốc độ nhỏ nhất

2.3.1.2.Máy phát điện - động cơ nổ

Hình 2.3 Máy phát điện động cơ nổ

Máy phát điện - động cơ của một trạm thu phát vô tuyến (nhà bảo tàng quân sự

Dubendorf) Máy phát chỉ phát điện khi cần phát tín hiệu vô tuyến Còn phía máy thu thì dùng nguồn ắc quy

Một máy phát điện - động cơ nổ là tổ hợp một máy phát điện và một động cơ

nổ kéo nó thành một khối thiết bị Tổ hợp này có khi được gọi là bộ máy phát điện

- động cơ (engine-generator set) hoặc bộ máy phát (gen-set) Trong nhiều ngữ

cảnh khác nhau, người ta có thể quên đi cái động cơ nổ, mà chỉ gọi đơn thuần cả tổ

hợp là máy phát điện (generator).

Đi kèm với máy phát điện và động cơ nổ, các bộ máy phát điện - động cơ nổthường có kèm theo một bồn chứa nhiên liệu, một bộ điều tốc cho động cơ nổ vàmột bộ điều thế cho máy phát điện Nhiều khối máy còn kèm theo bình ắc quy và

bộ động cơ điện khởi động Những tổ máy dùng làm máy phát dự phòng thườngbao gồm cả hệ thống tự động khởi động và một bộ chuyển mạch đảo nguồn

transfer switch để tách tải ra khỏi nguồn điện dịch vụ và nối vào máy phát

Các bộ máy phát điện - động cơ nổ cung cấp công suất điện xoay chiều saocho nó có thể được sử dụng thay thế nguồn điện lưới thường phải mua từ các trạmphân phối của công ty điện lực Các thông số điện áp (volt), tần số (Hz) và côngsuất (watt) định mức của máy phát được lựa chọn sao cho phù hợp với tải cần nốivào máy phát Có cả hai loại máy một pha và ba pha Rất ít loại máy ba pha là máyxách tay di động Thường máy xách tay người ta chỉ làm máy một pha và hầu hếtcác máy ba pha là loại máy lớn dùng trong công nghiệp.Bộ máy phát điện - động

cơ nổ thường được chế tao trong một dải công suất khá rộng Nó có thể bao gồm từcác máy di động quay tay có thể cấp điện cỡ vài trăm watt, loại xách tay như hình

vẽ trên, có thể cấp điện cỡ vài nghìn watt và loại tĩnh hoặc loại đặt trên rơ moóc cóthể cấp điện đến vài triệu watt Các máy nhỏ thường dùng nhiên liệu là xăng, vàcác máy lớn hơn sử dụng nhiều nguyên liệu khác nhau, từ dầu diesel, khí tự nhiênhay khí propane

Khi sử dụng máy phát điện - động cơ nổ, bạn có thể phải quan tâm đến chấtlượng của dạng sóng ra của nó Điều này rất quan trong khi sử dụng những thiết bịđiện tử nhạy cảm Một bộ điều hòa điện năng powerconditioner có thể lấy nhữngsóng vuông do máy phát điện - động cơ nổ phát ra, và làm cho nó đẹp đẽ lại bằngcách cho nó chạy qua một mạch điện trong đó có phần trung gian là một bình ắcquy Sử dụng một bộ nghịch lưu cao cấp thay thế máy phát điện có thể tạo ra điện

áp có dạng sóng thuần sin hơn Một vài loại nghịch lưu chạy rất êm, tạo ra điện ápsin rất sạch sẽ, phù hợp với máy tính điện tử và các thiết bị điện tử nhạy cảm Tuy

nhiên một số bộ nghịch lưu rẻ tiền không phát ra được điện áp sin hoàn hảo, và cóthể làm hư hỏng một số thiết bị điện tử.

Các máy phát điện động cơ nổ thường được sử dụng để cung cấp điện chocác vùng mà nguồn điện lưới không kéo đến được, và trong những tình huống phảicấp điện ngắn hạn tạm thời Các máy phát nhỏ đôi khi có thể dùng để cấp điện chocác dụng cụ tại các công trường xây dựng Các máy phát điện loại rơ moóc có thểdùng cấp điện cho chiếu sáng, và các trò chơi giải trí trong các hội chợ di động

Các máy phát điện dự phòng thường được lắp đặt cố định và luôn sẵn sànghoạt động để cấp điện cho những tải quan trọng khi nguồn điện lưới bị gián đoạn.Bệnh viện, các cơ sở thông tin liên lạc, các trạm bơm và rất nhiều các dịch vụ quantrọng đều được lắp đặt máy phát điện dự phòng

Các máy phát điện cỡ nhỏ hoặc cỡ trung đặc biệt phổ biến ở các nước trong thếgiới thứ ba, nơi nguồn điện lưới không tin cậy Các máy phát điện đặt trên rơ moóc

có thể được kéo đến những vị trí thiên tai khi nguồn điện lưới bị gián đoạn

Máy phát điện cũng có thể được vận hành bằng sức người để tạo ra nguồn điện tứcthời trong lĩnh vực thông tin liên lạc

2.3.1.3:Máy phát điện - động cơ nổ công suất trung bình

Máy phát điện - động cơ nổ công suất trung bình như hình vẽ dưới đây là một bộmáy có công suất 100 kVA cấp điện áp 415 V với dòng điện khoảng 110 A perphase Nó được kéo bằng một máy Perkins Phaser, sê ri 1000 dung tích xy lanh6,7l có hệ thống nạp gió kiểu turbo Máy này tiêu thụ khoảng 27l nhiên liệu mỗigiờ, có bồn chứa 400 l Các máy phát điện tĩnh có thể được thiết kế đến hàng nghìn

kW và thường quay ở tốc độ 1500 vòng/phút với tần số 50 Hz, và 1800 vòng/phútvới tần số 60 Hz Các bộ máy sử dụng động cơ diesel ở công suất tối ưu có thể phátđược khoảng 3 kWh với mỗi kG nhiên liệu, và có thể có hiệu suất thấp hơn khi làmviệc ở các tải khác

2.3.1.4:Máy phát điện tua bin nước

Thông thường, các tua bin nước có tốc độ thấp Vì thế các máy phát điện kéo bằngtua bin nước cũng có tốc độ rất thấp Các máy này thường có nhiều đôi cực, trụcngắn, đường kính lớn, chế tạo theo kiểu cực lồi Tùy theo thể loại, và tùy theo tốc

độ của tua bin nước, các máy này có thể được đặt đứng hay nằm ngang

Đối với những máy phát điện nhỏ, có đường kính ngoài nhỏ hơn 1 m, mạch từ củastator chỉ là một khối hình xuyến làm bằng các lớp lá thép kỹ thuật điện có sơncách điện ghép lại Đối với các máy có đường kính lớn hơn 1 m, thường phải làm

từ nhiều khối dạng vòng cung

Rotor của máy phát điện thường làm bằng nhiều khối thép rèn ghép lại với nhauthành nhiều cực từ Trên mỗi cực từ có các cuộn dây kích thích quấn tập trung

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MODUL THỰC TẬP CHUYỂN NGUỒN DỰ PHÒNG 3.1.Khái quát về hệ thống chuyển nguồn dự phòng.

3.1.1.Khái niệm

Là hệ thống chuyển đổi nguồn tự động, có tác dụng khi điện lưới mất thì máy phát tự động khởi động và đóng điện cho phụ tải Khi nguồn lưới phục hồi thì hệ thống tự chuyển nguồn trở lại và tự động tắt máy phát

- Chức năng chỉ thị: Có đèn tín hiệu chỉ thị trạng thái hoạt động : điện lưới/máyphát

3.1.3.Các loại phụ tải và yêu cầu thiết kế hệ thống

Đây là loại phụ tải nếu mất điện sẽ gây thiệt hại về kinh tế như sản xuất sản phẩm

bị thiếu hụt ,thứ phẩm tăng ,gây ra lãng công và không sử dụng hết công suất thiết bị

3.3.4.Sơ đồ khối chức năng

Hệ thống chuyển nguồn dự phòng gồm 2 bộ phận:

* Bộ điều khiển: giám sát trạng thái và điều khiển hoạt động của toàn bõ hệ thống

(Hoạt động tự động)

* Hệ thống đóng điện: Đóng điện lưới/điện máy nổ đến tải và gửi các thông tin về

bộ điều khiển.( Hoạt động tự động)

3.1.5.Yêu cầu của việc thiết kê hệ thống chuyển nguồn dự phòng.

- Khi thiết kế hệ thống tự động chuyển đổi nguồn (ATS) phải phân tích, chọn lọc các phương án tốt nhất, tuân thủ các điều kiện thực tế

- Bên cạnh đó phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo tính tin cậy của hệ thống

- Đảm bảo tính cung cấp điện

- Đảm bảo chất lượng điện

- Mang tính khả thi cao và có thể mở rộng công dụng khi cần thiết

- Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp, sữa chữa, an toàn, đồng thời đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật

- Đảm bảo tính kinh tế

3.1.6.Vai trò của hệ thống chuyển nguồn dự phòng

Sự cố xảy ra trên hệ thống điện dù là thoáng qua, bán lâu dài hoặc là lâu dài đều

phải ngắt nguồn cung cấp để xóa hay cô lập sự cố đó Nếu là sự cố thoáng qua hay bán lâu dài thì có thể xử lý bằng thiết bị tự động đóng lại (TĐL) mà không ảnh hưởng đến quá trình cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ Nhưng đối với sự

cố lâu dài thì sau khi cô lập sự cố ra khỏi hệ thống ta phải mất một thời gian để sữachữa làm gián đoạn việc cung cấp điện Tự động đóng nguồn dự trữ sẽ giải quyết vấn đề này

Như vậy, tự động đóng nguồn dự trữ là quá trình xảy ra sau sự đóng lại không thành công Thông thường để sơ đồ của hệ thống đơn giản và tiết kiệm, phần lớn các hộ dùng điện hiện nay chỉ được cung cấp bởi một nguồn Nhược điểm của việccung cấp điện bởi một nguồn là khi bị sự cố thì các hộ tiêu thụ nối vào mạch đó bị mất điện Việc ngừng cung cấp điện bất ngờ như vậy sẽ gây thiệt hại về sản xuất, vận hành và nhu cầu sinh hoạt của nhân dân

Để đảm bảo cung cấp điện hiệu quả hơn có thể dùng mạch kiểu kín.Nhưng thực tế mạch kiểu kín chỉ dùng cho những hộ tiêu thụ quan trọng Dòng ngắn mạch trong mạch kiểu kín lớn hơn dòng ngắn mạch khi vận hành theo kiểu hở Điều đó dẫn đến nhược điểm lớn trong mạch kiểu kín là đắt tiền vì phải chọn các thiết bị chịu được dòng ngắn mạch lớn và hệ thống bảo vệ rơle trở nên phức tạp hơn

Chính vì vậy, nhằm thực hiện việc cung cấp điện liên tục vừa tiết kiệm vừa an toàn.Hiện nay, người ta thường dùng sơ đồ cấp điện cho hộ tiêu thụ bằng hai nguồn: một nguồn làm việc, một nguồn dự trữ Trong điều kiện bình thường các nguồn dự trữ được cắt ra hoặc được nối nhưng không mang tải Nói một cách khác nguồn dự trữ có thể mang tải một cách cục bộ Nghĩa là phần lớn của hộ tiêu thụ được chia racho hai nguồn hoặc nhiều hơn và các nguồn điện này thực hiện chức năng dự trữ cho nhau Khi có sự cố tải sẽ được cắt ra khỏi nguồn chính và được đóng vào nguồn dự trữ

Với các hệ thống cung cấp hình tia, độ tin cậy của nguồn điện được cải thiện bằng cách dùng thiết bị tự động đóng nguồn dự trữ dưới dạng nguồn dự phòng và làm giảm thời gian mất điện xuống dưới 1 đến 2 giây

Các thiết bị ATS đầu tiên được thiết kế để lắp đặt ở các trạm biến áp làm việc khi

3.2.Tổng quan về hệ thống và lựa chọn phương án thiết kế:

3.2.1.Nguyên tắc hoạt động

Thiết bị tự động chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS (Automatic TransferSwitch) dùng để tự động chuyển tải từ nguồn lưới chính sang nguồn dự phòng khinguồn chính có sự cố

Khái niệm nguồn chính bị sự cố bao gồm : mất nguồn,mất pha, ngược thứ tự pha,điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết.Nếu nguồn dự phòng là nguồn điện lướilấy từ một đường dây cung cấp khác thì ta có ATS lưới-lưới Trong trường hợpnguồn dự phòng là máy phát diezel thì ta có ATS lưới-máy phát Sơ đồ cấu trúc

của hai loại ATS này được trình bày như ở hình I – 1.

a) ATS lưới – lưới b) ATS lưới – máy phát

Hình 4 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ATS

I , II – nguồn cung cấp ; BA- máy biến áp; AP1,AP2- áp tô mát bảo

vệ mạch lực; CM-chuyển mạch ; SS1 , SS2 – Khối so sánh ; KĐ – khối

khởi động máy phát ; DZ – Máy diezel ; G – Máy phát điện

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ như sau :

Các bộ so sánh có nhiệm vụ theo dõi,giám sát các thông số của nguồn cấp và sosánh chúng với trị số đặt Nếu chất lượng của nguồn điện không đạt ,bộ so sánh sẽphát tín hiệu cho bộ điều khiển,và bộ điều khiển sẽ tác động tới bộ chuyểnmạch,chuyển tải từ nguồn chính sang nguồn dự phòng

Với ATS lưới – máy phát ,quá trình xảy ra phức tạp hơn ở ATS lưới - lưới vì

có thêm bộ phận khởi động diezel.Khi tín hiệu từ nguồn chính báo chất lượng điệnkhông đủ,bộ điều khiển sẽ truyền tín hiệu cho bộ khởi động diezel và máy nổ đượckhởi động ,điện áp máy phát được thành lập Nếu chất lượng điện áp máy phátđược đảm bảo thì bộ so sánh 2 sẽ cấp tín hiệu cho bộ điều khiển và bộ điều khiển

sẽ cấp tín hiệu để ra lệnh cho bộ chuyển mạch chuyển tải cho máy phát

Từ thời điểm lưới được phục hồi ổn định,sau một quảng thời gian cỡ 5 đến 30phút ,bộ điều khiển lại tác động lên bộ chuyển mạch ,tải lại được chuyển về nguồn

có mất thật không Thời gian T1 này được điều chỉnh trong khoảng từ 1 đến5s.Hết thời gian chỉnh định T1 ra lệnh khởi động máy phát điện.Thời gian khởiđộng máy phát cỡ khoảng 2 đến 5 s

Khi máy phát đủ điện áp tại t3 thường là khoảng 0,8Uđm bộ định thời trong sosánh 2 phía máy phát bắt đầu tính thời gian và sau khoảng thời gian T2 tải đượcchuyển cho máy phát Thời gian T2 khoảng 10 đến 30 s ,thời gian này cần để chomáy điện được chạy không tải để cho dầu bôi trơn hết các bộ phận của máy

Khi có điện áp lưới trở lại tại t5 chưa nên chuyển tải sang lưới ngay vì khi cóđiện trở lại điện áp chưa chắc đã ổn định được ngay mà có thể mất lại hay daođộng.Do vậy cần trễ một thời gian T3 vào khoảng 3 đến 30 phút để khẳng địnhchắc chắn lưới đã phục hồi và ổn định.Hết thời gian T3 ra lệnh chuyển tải từ máyphát sang lưới

Sau khi chuyển tải từ máy phát sang lưới máy phát cần chạy không tải trongkhoảng thời gian T4 (khoảng từ 3 đến 10 phút ) trước khi dừng máy để làm mátmáy tránh bị lưu nhiệt khi dừng máy làm hư hỏng cách điện hay các bộ phận kháccủa máy.Tất cả các thời gian trên đều có thể chỉnh định qua các nút đặt thời gian

3.2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống ATS

• Phát hiện mất điện lưới kể cả sự cố như sụt áp lưới trên 10%, mất pha ,lệch pha,áp cao.Khi sự cố xảy ra phải khởi động máy phát

• Đảm bảo điều khiển chuyển đổi qua lại phụ tải – nguồn dự phòng và phụtải – lưới

• Phát hiện trạng thái có điện lưới trở lại ,chuyển tải và tự động dừng máyphát

• Có khả năng giải trừ các sự cố của máy phát khi khởi động

• Diezel chỉ khởi động 1 đến 3 lần cho mỗi lần mất điện ,nếu khởi động lầnthứ 3 mà không thành công thì dừn việc khởi động diezel và báo tín hiệu để

xử lý bằng tay

• Khi có dao động điện áp lưới hoặc điện áp lưới chập chờn thì trường hợpnày phải có thiết bị ngăn ngừa diezel khởi động nhiều lần

• Có chế độ dự phòng đó là điều khiển tự động và thao bằng tay đơn giảnthuận tiện

- Hệ thống tự động chuyển mạch ATS (Automatic Transfer Switch) là hệthống duy trì sự hoạt động của tải khi mất điện nhờ chế độ tự độngchuyển đổi nguồn cung cấp từ lưới điện sang máy phát sau khi lưới mấtđiện Tự động Khởi động/Dừng máy phát điện, tự động chuyển giữanguồn Lưới/Máy phát (3 pha và trung tính), đảm bảo cung cấp liên tụccho phụ tải khi điện áp lưới bị mất hoặc không đảm bảo chất lượng Khiđiện áp lưới đảm bảo các giá trị định mức, tủ sẽ tự động đóng phụ tảivới lưới

- Tủ có tính năng bảo vệ quá tải cho hệ thống cũng như bảo vệ chạm đấtvới mục đính an toàn cho người sử dụng Có đèn tín hiệu chỉ thị trạngthái hoạt động

- Để chế tạo tủ ATS thì có nhiều lựa chọn tùy theo yêu cầu của phụ tải,hoặc của máy phát hoặc của nhà đặt hàng Thông thường với loại máyphát công suất dưới 100KVA thì dùng loại 2 contactors, máy phát côngsuất lớn đến 600KVA dùng MCCB hoặc lớn hơn nữa thì dùng đến máycắt ACB,…

- Theo yêu cầu thiết kế chế tạo modul ATS cho xưởng thực hành nên talựa chọn phương án dùng 2 contactors có khóa liên động điện Chế độ

tự động được điều khiển bằng một bộ Logo Vừa đảm bảo các thông số

kỹ thuật yêu cầu vừa đảm bảo tính kinh tế, thẩm mỹ…

• Sơ đồ và các thiết bị :

Sơ đồ mạch động lực :