SBT chuyên cung cấp các sản phẩm, công nghệ, giải pháp phục vụ cho hệ thống quản lý tòa nhà BMS Building Management System như giải pháp về năng lượng, tự động hóa và điều khiển tòa nhà,
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Hệ thống điện của Siemens Building Technologies
ÔNG TÙNG DƯƠNG 20165926 ĐẶNG XUÂN HOÀNG 20146297 NGUYỄN QUANG HUY 20173959 HOÀNG VĂN THANH 20164956 ĐẠI TUẤN HẢI 20161278
HÀ NỘI, 8/2021
Chữ ký của GVHD
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN SIEMENS BUILDING TECHNOLOGIES 6
1.1 Siemens Building Technologies (SBT) 6
1.2 SBT Solutions 6
Building Comfort 6
Fire Safety 7
Electronic Security 7
1.3 Sơ đồ khối hệ thống điện của SBT 7
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO TÒA NHÀ 8
2.1 Mô tả bài toán 8
2.2 Tính toán phụ tải 8
2.3 Lựa chọn máy biến áp 9
CHƯƠNG 3 ĐÓNG CẮT HỆ THỐNG ĐIỆN 10
3.1 Tổng quan về MCB, MCCB và ACB 10
MCB (Minature Circuit Breaker) 10
MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) 10
ACB (Air Circuit Breaker) 10
3.2 Giám sát trạng thái MCB, MCCB và ACB 10
Sử dụng PLC S7-1200 10
Sử dụng kết nối Wifi điểm - điểm 11
3.3 Xây dựng, thiết kế hệ thống điện cho IBMS 11
Lựa chọn MCB, MCCB và ACB 11
Bản vẽ sơ đồ hệ thống 13
CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG ĐO ĐẾM ĐIỆN NĂNG 14
4.1 Tổng quan về hệ thống đo đếm điện năng 14
Sơ đồ khối hệ thống 14
Chức năng của hệ thống 14
4.2 Lựa chọn thiết bị 14
Chọn thiết bị đo cho căn hộ và tầng 14
Chọn thiết bị đo cho tòa nhà 15
4.3 Giao diện phần mềm đo đếm điện năng 16
CHƯƠNG 5 MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG VÀ HỆ THỐNG ATS 17
5.1 Máy phát điện dự phòng 17
Trang 3Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 17
Lưu ý khi sử dụng 17
Lựa chọn máy phát điện 18
5.2 Hệ thống ATS (Automatic Transfer Switch) 18
Chức năng hệ thống ATS 18
Sơ đồ khối hệ thống ATS 19
Lựa chọn ATS 19
Giao diện phần mềm Sentron ATC 20
CHƯƠNG 6 GIÁM SÁT BỂ CHỨA DẦU CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 21
6.1 Các thành phần hệ thống cấp nhiên liệu 21
6.2 Giám sát bể chứa dầu ngầm 21
Giám sát rò rỉ và giám sát nhiệt độ 21
Giám sát mức dầu bể chứa 22
CHƯƠNG 7 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 24
7.1 Tổng quan về hệ thống năng lượng mặt trời 24
7.2 Nguyên lý hoạt động 25
7.3 Lựa chọn thiết bị 25
Lựa chọn pin năng lượng mặt trời 25
Lựa chọn bộ Inverter 26
Lựa chọn bộ giám sát 26
7.4 Mô phỏng hệ thống trên PVSYST 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO 27
Trang 4DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Một số công trình thực tế áp dụng giải pháp của SBT 6
Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống điện của SBT 7
Hình 2.1 Máy biến áp GEALFOL Neo của Siemens 9
Hình 3.1 PLC S7-1200 của Siemens 10
Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán mô hình giám sát MCB, MCCB, ACB 11
Hình 3.3 ACB Siemens 3VA2510-6HL32-0AA0 12
Hình 3.4 MCCB Siemens 3VA2025-5HL32-0AA0 12
Hình 3.5 MCB Siemens 5SY8240-7 13
Hình 3.6 Sơ đồ 1 sợi hệ thống điện tòa nhà 13
Hình 3.7 Sơ đồ 1 sợi hệ thống điện từng tầng, từng căn hộ 13
Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống đo đếm điện năng 14
Hình 4.2 7KT PAC1200 của Siemens 15
Hình 4.3 7KM PAC3200 của Siemens 16
Hình 4.4 Giao diện phần mềm đo đếm điện năng 16
Hình 5.1 Cấu tạo máy phát điện dự phòng 17
Hình 5.2 Máy phát điện Siemens Sigentics M 18
Hình 5.3 Sơ đồ khối hệ thống ATS 19
Hình 5.4 Sentron ATC5300 của Siemens 19
Hình 5.5 Giao diện phần mềm Sentron ATC 20
Hình 6.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 21
Hình 6.2 Cảm biến đo mức SITRANS LR 200 của Siemens 22
Hình 6.3 Lưu đồ thuật toán giám sát bể chứa dầu 23
Hình 7.1 Các hệ thống năng lượng mặt trời 25
Hình 7.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống năng lượng mặt trời 25
Hình 7.3 Thông số pin Cananidian CS3W 445MB-AG 25
Hình 7.4 Thông số Inverter Sunzet 100kW (Zigor) 26
Hình 7.5 Cấu hình mô phỏng hệ thống trên PVSYST 26
Trang 5DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Danh sách phụ tải một căn hộ 8
Bảng 2.2 Danh sách những phụ tải khác của chung cư 8
Bảng 6.1 Trường hợp sử dụng điện lưới bình thường 22
Bảng 6.2 Trường hợp sử dụng máy phát điện dự phòng 22
Trang 6CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN SIEMENS BUILDING TECHNOLOGIES
1.1 Siemens Building Technologies (SBT)
Siemens Building Technologies (SBT) hay công nghệ tòa nhà của Siemens
là một dịch vụ quan trọng của Siemens Automation and Control (Siemens A&C) SBT chiếm 21% tổng doanh số của A&C, tức khoảng 4,4 tỷ bảng Anh
SBT chuyên cung cấp các sản phẩm, công nghệ, giải pháp phục vụ cho hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Management System) như giải pháp về năng lượng, tự động hóa và điều khiển tòa nhà, hệ thống HVAC (Heat-Ventilation-Air Conditioner), an toàn cháy nổ và hệ thống an ninh Xu hướng thị trường của SBT tập trung vào cung ứng dịch vụ cho các trung tâm dữ liệu, bệnh viện thông minh, văn phòng thông minh, khách sạn thông minh,…
Các sản phẩm của SBT có thể kể đến như hệ thống quản lý tòa nhà Apogee, Desigo, hệ thống an toàn cháy nổ Sinteso, hệ thống quản lý truy cập SiPass, hệ thống tự động hóa tòa nhà Synco và hệ thống phát hiện xâm nhập Eyetec Các sản phẩm của SBT có khả năng kết nối truyền thông đa dạng, ví dụ như BACnet (Building Automation Controller network) hay công nghệ không dây
Một số công trình thực tế áp dụng giải pháp công nghệ của SBT có thể kể đến như khách sạn Kim Long ở Ma Cao hay khu nghỉ dưỡng quốc tế MGM Mirage ở Las Vegas
Hình 1.1 Một số công trình thực tế áp dụng giải pháp của SBT
1.2 SBT Solutions
Building Comfort
Building Comfort là một giải pháp của SBT nhằm cung cấp đến khách hàng những dịch vụ tạo sự thoải mái và quản lý năng lượng hiệu quả Những sản phẩm chính của Building Comfort có thể kể đến như điều khiển hệ thống HVAC, giải pháp tự động hóa tòa nhà, điều khiển phòng, điều khiển các van và cơ cấu chấp hành, các dịch vụ về năng lượng và giải pháp
Ở lĩnh vực Building Comfort, SBT dẫn đầu thị trường tại Châu Âu, thứ 2 tại Bắc Mỹ và là chủ chốt tại thị trường Châu Á
Công trình thực tế áp dụng giải pháp Building Comfort của SBT có thể kể đến như bệnh viện Vorarlberg của Áo
Trang 7Fire Safety
Fire Safety là một giải pháp của SBT nhằm cung cấp đến khách hàng những dịch vụ bảo vệ mạng sống và tài sản khỏi cháy nổ Những sản phẩm chính của Fire Safety có thể kể đến như hệ thống phát hiện đám cháy, hệ thống xử lý đám cháy, hệ thống hỗ trợ di tản người và đồ vật khỏi hỏa hoạn
SBT nắm giữ vị thế số 1 toàn cầu ở lĩnh vực Fire Safety, số 1 tại Châu Âu
SBT chính là nhà cung cấp hàng đầu thế giới về giải pháp Electronic Security với những dịch vụ đẳng cấp thế giới
Công trình thực tế áp dụng giải pháp Electronic Security của SBT có thể kể đến như Holland Casinos của Hà Lan
1.3 Sơ đồ khối hệ thống điện của SBT
Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống điện của SBT
Trang 8CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO TÒA NHÀ
2.1 Mô tả bài toán
Tòa nhà chung cư bao gồm 15 tầng, mỗi tầng 8 căn hộ
Bảng 2.1 Danh sách phụ tải một căn hộ
Tên thiết bị Công suất
Bình nóng lạnh 2,8 kW
Tủ lạnh + đèn, quạt, TV,… 2,5 kW
Bảng 2.2 Danh sách những phụ tải khác của chung cư
Tên thiết bị Công suất Thang máy (x2) 17 kW
Trang 9P S
Trong đó:
TN
P – phụ tải tính toán toàn tòa nhà
cos– hệ số công suất
633,392
745,1670,85
TN
S kVA
2.3 Lựa chọn máy biến áp
Theo những thông số tính toán ở trên, ta sẽ chọn máy biến áp Siemens
GEALFOL Neo
Các thông số của GEALFOL Neo:
Công suất định mức: 100 kVA – 3,15 MVA
Điện áp định mức: 10 kV – 40,5 kV
Các đặc điểm của GEALFOL Neo:
Trọng lượng thấp, kích thước nhỏ
Dùng được trong hầu hết các môi trường
Thường được ứng dụng trong tòa nhà thông minh
Hình 2.1 Máy biến áp GEALFOL Neo của Siemens
Trang 10CHƯƠNG 3 ĐÓNG CẮT HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1 Tổng quan về MCB, MCCB và ACB
MCB, MCCB, ACB là những thiết bị đóng cắt, bảo vệ mạng điện nhằm đảm bảo sự an toàn tối đa cho người sử dụng
MCB (Minature Circuit Breaker)
MCB là aptomat loại nhỏ, gồm các tép ghép lại Dòng điện không vượt quá 100A, điện áp dưới 1000V Đây là dạng CB (Circuit Breaker) thu gọn, chủ yếu dùng trong gia đình, mạch điều khiển
MCCB (Moulded Case Circuit Breaker)
MCCB là aptomat kiểu khối, dạng vỏ đúc trong một hộp Dòng điện có thể lên tới 1000A, điện áp dưới 1000V Đây là dạng CB tiêu chuẩn chủ yếu dùng trong công nghiệp, mạch động lực
ACB (Air Circuit Breaker)
ACB là máy cắt không khí Dòng điện có thể lên tới 6300A Đây là dạng
CB chủ yếu dùng trong công nghiệp, mạch động lực
3.2 Giám sát trạng thái MCB, MCCB và ACB
Sử dụng PLC S7-1200
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
3 bộ điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU
13 module tín hiệu số và tương tự bao gồm module SM và SB
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
4 cổng Ethernet
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện
áp 24 VDC
Hình 3.1 PLC S7-1200 của Siemens
Trang 11Đối với các MCB, ta sử dụng kết hợp mỗi MCB với 1 relay trung gian, có tác dụng phản hồi lại trạng thái bật/tắt của aptomat đó về đầu vào PLC, để PLC nhận tín hiệu rồi xử lý và đưa về trung tâm
Đối với các MCCB và ACB, do cấu tạo vật lý đã tích hợp sẵn relay nhiệt lẫn tiếp điểm phụ, nên có thể đưa về đầu vào PLC tương tự như với MCB mà không cần kết hợp với relay trung gian bên ngoài
Sử dụng kết nối Wifi điểm - điểm
Mô hình kết nối vô tuyến điểm-điểm (Point-to-Point Ethernet Bridges) là các cầu kết nối có thể kết nối hai địa điểm cách xa nhau (lên đến 10km) để tạo ra kết nối vô tuyến Với công nghệ đường trục theo mô hình điểm – điểm (Point-to-Point Backhaul Technology) phát triển, nó có khả năng cung cấp băng thông lớn hơn, truyền dẫn dữ liệu với tốc độ lên đến 1Gbps, ngang với những mạng có dây như cáp đồng hoặc cáp quang
Ta có thể áp dụng mô hình này ở quy mô nhỏ hơn để giám sát trạng thái các MCB, MCCB và ACB trong hệ thống điện của tòa nhà thông minh Cụ thể ở đây
ta sử dụng kết nối WLAN (WLAN to WPLAN) trên cơ sở tốc độ Fast Ethernet, kết nối từ PLC S7-1200 ở tủ điện chính của tòa nhà đến máy tính giám sát của của tòa nhà ở phòng điều khiển trung tâm
Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán mô hình giám sát MCB, MCCB, ACB
3.3 Xây dựng, thiết kế hệ thống điện cho IBMS
Lựa chọn MCB, MCCB và ACB
Theo những thông số tính toán ở trên, ta chọn ACB cho cả tòa nhà: ACB Siemens 3VA2510-6HL32-0AA0
Thông số kỹ thuật:
Trang 12– Dòng điện hoạt động: 1000-6300A
– Dòng cắt: 100kA
– Số cực: 4P
– Điện áp vào: 3 pha
– Chức năng: Đóng cắt cho tủ điện trung tâm, có chức năng bảo vệ quá tải
và ngắn mạch nhờ relay nhiệt tích hợp Có hỗ trợ truyền thông
Hình 3.3 ACB Siemens 3VA2510-6HL32-0AA0
Theo những thông số tính toán ở trên, ta chọn MCCB cho thang máy, máy bơm: MCCB Siemens 3VA2025-5HL32-0AA0
Thông số kỹ thuật:
– Dòng điện hoạt động: 20-50A
– Dòng cắt: 85kA
– Số cực: 3P
– Điện áp vào: 3 pha
– Chức năng: Đóng cắt cho các động cơ 3 pha trong tòa nhà, cũng có chức năng bảo vệ ngắn mạch và quá tải nhờ relay nhiệt tích hợp
– Điện áp vào: 1 pha
– Chức năng: Đóng cắt cho các tầng và các căn hộ, có chức năng bảo vệ ngắn mạch
Trang 13Hình 3.5 MCB Siemens 5SY8240-7
Bản vẽ sơ đồ hệ thống
Hình 3.6 Sơ đồ 1 sợi hệ thống điện tòa nhà
Hình 3.7 Sơ đồ 1 sợi hệ thống điện từng tầng, từng căn hộ
Trang 14CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG ĐO ĐẾM ĐIỆN NĂNG 4.1 Tổng quan về hệ thống đo đếm điện năng
Tính toán các chi phi điện năng
Theo dõi điện tiêu thụ theo các hệ thống tiêu thụ điện như hệ thống chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ,… của từng căn hộ
Đối chiếu, phân tích, so sánh điện năng tiêu thụ
Có máy chủ web và ứng dụng giúp theo dõi trực quan các giá trị đo được
và giá trị tiêu thụ
4.2 Lựa chọn thiết bị
Chọn thiết bị đo cho căn hộ và tầng
Theo những thông số tính toán ở trên, ta chọn 7KT PAC1200 của Siemens: 7KT PAC1200 là hệ thống đo dòng điện đa kênh, giải pháp chi phí thấp để thể hiện mức tiêu thụ năng lượng Các giá trị dòng điện được đo bằng các cảm biến được lắp phía trên bộ ngắt mạch thu nhỏ
Tính năng của 7KT PAC1200
Đo lường các đồng hồ cá nhân giúp so sánh trực tiếp các thông số
Phát hiện các tải hiện tại tránh được năng lượng sử dụng cao
Webserver và ứng dụng cho phép xem các giá trị đo được, giá trị tiêu thụ
Khả năng mở rộng, tăng số lượng điểm đo giúp điều chỉnh kích thước của
hệ thống phân phối điện
1 GB bộ nhớ trong giúp thu thập dữ liệu trong thời gian dài hơn
Trang 15 Giao tiếp RS485 để kết nối thanh cảm biến quản lý dữ liệu
Giao tiếp Ethernet qua cổng RJ45, giao thức Modbus TCP để kết nối quản
lý dữ liệu trên trình duyệt web
Thông số kỹ thuật:
Độ chính xác đo lường: ± 2%
Tần số đo lường: 50 ± 5% Hz
Hình 4.2 7KT PAC1200 của Siemens
Chọn thiết bị đo cho tòa nhà
Theo những thông số tính toán ở trên, ta chọn 7KM PAC3200 của Siemens: 7KM PAC3200 được sử dụng để đo lường và hiển thị tất cả các thông số hệ thống có liên quan trong phân phối điện hạ thế Chúng có thể được sử dụng để đo
cả hai là đơn pha và đa pha trong các hệ thống cung cấp điện 3 và 4-dây dẫn (TN,
TT, IT) Chúng ghi lại các giá trị năng lượng cho tủ phân phối chính hoặc tải cá nhân một cách chính xác, đáng tin cậy và cũng có thể cung cấp giá trị đo quan trọng để đánh giá tình trạng, chất lượng của nguồn điện
Tính năng của 7KM PAC3200:
Giao diện Modbus TCP tích hợp truyền thông qua Ethernet
Module giao tiếp tùy chọn có sẵn
Đầu vào và đầu ra kỹ thuật số đa chức năng
Cấu hình phần mềm miễn phí powerconfig
IP65 cao cho phép sử dụng trong môi trường bụi bặm và ẩm ướt
Có thể kết nối trực tiếp với mạng cung cấp điện lên đến 690 VAC (UL-L)
mà không cần biến áp điện áp
Hoàn toàn tương thích với TIA Portal của Siemens
Thông số kỹ thuật :
Độ chính xác đo dòng: ± 0.2%
Độ chính xác đo áp: ± 0.3%
Trang 16Hình 4.3 7KM PAC3200 của Siemens
4.3 Giao diện phần mềm đo đếm điện năng
Hình 4.4 Giao diện phần mềm đo đếm điện năng
Trang 17CHƯƠNG 5 MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG VÀ HỆ THỐNG ATS 5.1 Máy phát điện dự phòng
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Máy phát điện diesel là máy phát điện đồng bộ 3 pha mà roto của nó được kéo bởi một động cơ chạy bằng dầu diesel
Hình 5.1 Cấu tạo máy phát điện dự phòng
Hỗn hợp dầu diesel và không khí được trộn theo 1 tỷ lệ nhất định và được nén trong 1 áp suất cao nhờ 1 bơm cao áp và sau đó được đưa vào trong buồng đốt dưới dạng “hạt sương” Hỗn hợp này tiếp tục bị nén lên áp suất cao hơn nữa dưới chuyển động tịnh tiến của pitton chạy trong xi-lanh và phát nổ tạo ra năng lượng đẩy pitton chạy, làm quay bánh đà ăn khớp với trục quay của máy phát đồng bộ
Khi làm việc trong hệ thống thì các máy phát điện không thể tách rời các thiết bị phụ: hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống kích từ Hệ thống các thiết bị phụ này quyết định khả năng làm việc của máy phát điện nên chúng cũng đòi hỏi độ tin cậy cao
Lưu ý khi sử dụng
Khi xảy ra mất điện lưới hoặc mất pha hoặc điện áp lưới giảm xuống dưới mức cho phép thì phải khởi động máy phát điện dự phòng Khi điện lưới được phục hồi và ổn định trở lại phải tự động dừng máy phát điện dự phòng
Khi có dao động điện áp lưới hoặc điện áp lưới chập chờn (có điện rồi lại mất, sau lại có điện) phải có thiết bị ngăn ngừa máy phát điện khởi động nhiều