Báo cáo nghiên cứu khoa học - Nghiên cứu thiết kế và thi công tủ ATS dùng logo siemens

thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo ThS. Phạm Ngọc Hiệp trong đồ án tốt nghiệp, em đã hoàn thành xong đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu làm nền tảng cho những nghiên cứu của em trong đồ án. Và sau cùng, xin cám ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã luôn có những hỗ trợ, động viên, giúp đỡ trong những ngày hoàn thành đề tài này.Trong quá trình hoàn thành báo cáo đồ án, với kiến thức còn hạn chế nên khó có thể tránh khỏi các khiếm khuyết. Em mong nhận được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo để bản thiết kế của em được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Vũng Tàu, ngày 02 tháng 06 năm 2019 Sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Châu Bùi Văn Huy . . . Báo cáo khoa học GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 0.1. Đặt vấn đề ................................................................................................ 1 0.2. Tính cần thiết của đề tài .......................................................................... 1 0.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ............................................. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan hệ thống ATS. ...................................................................... 3 1.1.1. Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS ....................................................... 3 1.1.2. Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS ................................................ 5 1.2. Phân loại hệ thống ATS ......................................................................... 9 1.2.1. ATS lưới - lưới ................................................................................ 10 1.2.2. ATS lưới - máy phát ......................................................................... 11 1.3. Cấu tạo của ATS...................................................................................... 13 1.3.1. Cấu tạo chung của ATS.................................................................. 13 1.3.2. Nguyên lý hoạt động của ATS ......................................................... 15 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LOGO SIEMENS 2.1. Giới thiệu chung về LOGO! .................................................................... 19 2.1.1. Cách nhận dạng LOGO! ................................................................... 20 2.1.2. Tổng quan về các version của họ LOGO! ........................................ 21 2.1.3. Khả năng mở rộng của LOGO! ........................................................ 22 2.1.4. Cách đấu dây cho LOGO! 230RC ................................................... 22 2.2. Các hàm trong LOGO! ........................................................................... 23 2.3. Lập trình bằng phần mềm LOGO! SOFT ............................................... 24 2.3.1. Thiết lập kết nối PC-LOGO! ............................................................ 24 2.3.2. Sử dụng phần mềm LOGO! soft ...................................................... 25 CHƯƠNG 3: NGUỒN MÁY PHÁT ĐIỆN DIESEL 3.1. Máy phát diesel ....................................................................................... 28 Báo cáo khoa học GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 3.1.1. Vai trò máy phát điện diesel ............................................................. 28 3.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ....................................................... 29 3.1.3. Những yêu cầu khi thực hiện tự động hóa nguồn dự phòng diesel .. 32 3.1.4. Lựa chọn máy phát điện ................................................................... 33 CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN BẰNG PHẦN MỀM LOGO V8 4.1. Tính toán lựa chọn mạch động lực .......................................................... 35 4.1.1. Chức năng nhiệm vụ của các khối .................................................... 36 4.1.2. Khối đo lường và so sánh của ATS .................................................. 36 4.2. Thiết kế mạch điều khiển hoạt động của ATS ........................................ 38 4.2.1. Nhận xét ............................................................................................ 38 4.2.2. Phương án dùng LOGO! ................................................................. 39 CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1. Kết luận .................................................................................................. 48 5.2. Hướng phát triển đề tài ........................................................................... 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... Chương Mở đầu GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp CHƯƠNG: MỞ ĐẦU 0.1. Đặt vấn đề Cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Thương mại, dịch vụ chiếm tỷ lệ ngày càng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và đã thực sự trở thành khách hàng quan trọng của ngành điện lực. Các khách sạn quốc doanh, liên doanh, tư nhân ngày càng nhiều, ngày càng cao tầng, kèm với các thiết bị nội thất ngày càng cao cấp, sang trọng. Mức sống tăng nhanh khách trong nước đến khách sạn tăng theo. Đặc biệt với chính sách mở cửa các khách sạn ngày càng thu hút nhiều khách quốc tế đến tham quan, du lịch công tác tại Việt Nam. Khu vực khách hàng này không thể để mất điện. Nhằm mức điện đảm bảo liên tục cấp điện tùy thuộc vào tính chất và yêu cầu của phụ tải. Đối với những công trình quan trọng cấp quốc gia như Hội trường Quốc hội, Nhà khách chính phủ, Ngân hàng Nhà nước, Đại sứ quán, khu quân sự, sân bay, hải cảng, khách sạn cao cấp phải đảm bảo được cấp điện ở mức độ cao nhất, nghĩa là với bất kỳ tình huống nào cũng không được để mất điện. Những đối tượng kinh tế như nhà máy, xí nghiệp tổ hợp sản xuất tốt nhất là đặt thêm máy phát dự phòng, khi mất điện lưới sẽ dùng máy phát điện cấp điện cho những phụ tải quan trọng như lò, phân xưởng sản xuất chính. 0.2. Tính cần thiết của đề tài Các khu công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện năng lớn nhất. Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các tổ hợp sản xuất đều phải tự hạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt và chất lượng và giá cả sản phẩm. Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của xí nghiệp. Nếu 1 tháng xảy ra mất điện 2 ngày trở lên thì xí nghiệp sẽ không có lợi nhuận hoặc thua lỗ. Chất lượng điện xấu (chủ yếu là điện Báo Cáo Khoa Học 1 Chương Mở đầu GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp áp thấp) ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, gây thứ phẩm, phế phẩm, giảm hiệu xuất lao động. Chất lượng điện áp đặc biệt quan trọng với xí nghiệp may, xí nghiệp hóa chất, xí nghiệp chế tạo lắp đặt cơ khí điện tử chính xác. Vì thế đảm bảo độ tin cậu cung cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp. 0.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài * Mục tiêu - Tăng độ tin cậy cung cấp điện, làm giảm sơ đồ cung cấp điện, giảm được các máy biến áp hoặc đường dây phải làm việc song song. * Nhiệm vụ - Thiết kế hệ thống chuyển nguồn tự động ATS sử dụng PLC LOGO. - Đưa ra mô hình ATS sử dụng PLC LOGO. * Giới hạn của đề tài - Đề tài này tìm hiểu việc “Thiết kế hệ thống ATS sử dụng PLC LOGO” Không bao hàm tất cả các đề tài khác và không chuyên sâu như một người có kinh nghiệm lâu năm. Những vấn đề tìm hiểu còn có giới hạn kiến thức. Báo Cáo Khoa Học 2 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS 1.1. Tổng quan hệ thống ATS. Trong quá trình vận hành và sử dụng lưới điện không thể tránh khỏi các sự cố, mức độ thiệt hại do sự cố gây ra có thể là rất lớn, thậm chí còn nguy hiểm đến tính mạng con người. Do vậy cần phải hạn chế mức thấp nhất thiệt hại của sự cố gây ra. Khái niệm sự cố ở đây có thể được hiểu bao gồm: Mất điện, mất pha, lệch pha, cao áp, thấp áp quá trị số cho phép. Ngày nay trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt hằng ngày có loại phụ tải không được phép mất điện hay có sự cố dù chỉ trong một thời gian ngắn, vì điều đó có thể gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của cho chúng ta. Ví dụ như nguồn điện cấp cho các thiết bị cấp cứu trong các bệnh viện nếu mất điện trong một thời gian rất ngắn cũng có thể lấy đi mạng sống của rất nhiều bệnh nhân. Hay nguồn điện cấp cho các trung tâm điện toán, hoặc một hệ thống SCADA- hệ thống kiểm tra điều khiển và thu thập dữ liệu khi mất điện thì toàn bộ số liệu theo dõi và quá trình điều khiển đều không hoạt động được, các công trình quan trọng cấp quốc gia như Hội trường quốc hội, Nhà khách chính phủ, Ngân hàng nhà nước, đại sứ quán các nước, khu quân sự, sân bay, hải cảng Một số công trình trong lĩnh vực thương mại dịch vụ, du lịch như các khách sạn cấp cao, khu trung tâm thương mại, các siêu thị hàng hóa Đối với tất cả các hộ tiêu thụ đặc biệt này cần phải được cấp điện một cách liên tục để tránh gây ra các thiệt hại. Lúc đó ngoài nguồn chính là lưới điện ra các hộ tiêu thụ loại này cần xây dựng một nguồn dự phòng để khi có sự cố với nguồn điện chính. Tương ứng với nó cần phải có một thiết bị thực hiện việc cấp nguồn liên tục cho phụ tải đặc biệt này. Hiện nay có 2 loại thiết bị đảm bảo được yêu cầu này đó là: - Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS (Uninterrupting Power Supply). - Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS (Automatic Transfer Switch). 1.1.1. Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS: Là một thiết bị lập tức cấp điện cho phụ tải khi lưới điện chính có chất lượng không đạt yêu cầu.P Thiết bị cấp nguồn liên tục chỉ dùng cho các phụ tải đặc biệt quan trọng Báo cáo khoa học Trang 3 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp cần nguồn liên tục như thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân trung tâm điện toán UPS được chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến vài trăm kW, đáp ứng cho các loại phụ tải khác nhau. Công suất của UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng thường là acqui và công suất của các bộ biến đổi. Dung lượng của nguồn acqui thường không lớn nên thời gian cấp nguồn của UPS thường là không được dài khi phụ tải mất điện lâu dài thì sau một thời gian làm việc nào đó để giải quyết nhiệm vụ cấp thiết, sau đó UPS dừng làm việc. Hiện nay thường có 2 loại UPS là loại có chuyển mạch và loại không chuyển mạch. Sơ đồ khối của 2 loại UPS này như hình 1.1 vẽ dưới: Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống UPS - AQ: Khối accqui - CL: Khối chỉnh lưu - NL: Khối nghịch lưu - CM: Khối chuyển mạch - Lọc: Khối lọc thành phần sóng bậc cao Loại UPS có chuyển mạch (hình 1.1.a). Khối AQ được nạp qua chỉnh lưu và ở trạng thái chờ vì lúc này chuyển mạch đang nối với lưới. Khi mất lưới chuyển mạch tự động chuyển tải về phía AQ. Điện một chiều từ AQ qua bộ nghịch lưu biến đổi thành điện xoay chiều với điện áp và tần số phù hợp với tải. Với công suất thấp, khối chuyển mạch là rơle điện cơ còn ở công suất cao chuyển mạch thường dùng van bán P-N, làm việc ở chế độ đóng ngắt. Đặc điểm chính của UPS kiểu này là cấu tạo đơn giản, điện áp ra chưa thật chuẩn vì thiếu bộ lọc, thời gian tác động chậm vì phải qua bộ chuyển mạch vì vậy nó thường được chế tạo với cấp công suất đến kW. Loại UPS không có chuyển mạch (Hình 1.1.b). Điện lưới xoay chiều được bộ chỉnh lưu chuyển thành điện một chiều, vừa nạp cho AQ, vừa đưa đến bộ nghịch lưu và bộ lọc cấp cho phụ tải. Loại UPS này có cấu Báo cáo khoa học Trang 4 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp tạo phức tạp hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn loại trên. Với sự tiến bộ của kỹ thuật điện tử và điều khiển, loại UPS này được dùng rộng rãi trong các hệ cấp nguồn đòi hỏi chất lượng cao. Cả hai loại UPS này đều có chung nhược điểm đó là thời gian hoạt động không dài và phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng của bộ AQ. Cần lưu rằng khối AQ đóng một vai trò đặc biệt quan trọng và nó là bộ phận dễ hỏng hóc do vậy công tác bảo vệ chăm sóc AQ là vô cùng quan trọng, phải được thực hiện thường xuyên theo một chế độ nhất định. Chính vì nhược điểm lớn này mà UPS không được sử dụng rộng rãi bằng thiết bị tự động chuyển nguồn ATS trong các hộ tiêu thụ đặc biệt nói trên. 1.1.2. Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS. a. Tổng quan về công dụng của hệ thống ATS. Vấn đề đảm bảo tính liên tục trong một hệ thống cung cấp điện là một nhu cầu cần thiết cho sinh hoạt, cơ quan Nhà nước, đặc biệt là trong sản xuất công nghiệp.Một trong các phương pháp thường sử dụng để đảm bảo tính năng nói trên trong việc cung cấp điện là sử dụng hệ thống chuyển mạch tự động ATS. ATS (Automatic Transfer Switch) là hệ thống điều khiển dùng chuyển đổi phụ tải Load, đang được cung cấp từ lưới điện chính (Main Utility) sang nguồn dự phòng dùng máy phát điện (Generator); khi lưới điện chính xảy ra các sự cố (mất điện, mất pha, điện áp nguồn giảm quá thấp hay tăng quá cao,...). Khi lưới điện hoạt động ổn định bình thường trở lại: hệ thống ATS sẽ chuyển đổi phụ tải vận hành với lưới điện chính và sau đó cắt dừng máy phát điện dự phòng. Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống ATS Báo cáo khoa học Trang 5 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp Hình 1.3: Sơ đồ kết nối hệ thống ATS với lưới điện Việc chuyển đổi phụ tải từ nguồn điện lưới chính sang nguồn máy phát dự phòng (hay ngược lại) hoạt động theo chế độ tự động (nếu chọn trạng thái hoạt động AUTO cho hệ thống ATS) hoặc điều khiển bằng tay (nếu hệ thống ATS vận hành ở chế độ HANDY hay MANUAL. Sơ đồ khối của hệ thống Tủ ATS (loại có hai nguồn cung cấp vào ATS) có thể được mô tả trong (hình 1.2). b. Các nhiệm vụ của ATS Các nhiệm vụ của ATS được liệt kê như sau: Khi có các sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp, quá áp, mất nguồn) trên nguồn điện lưới chính, ATS có nhiệm vụ: - Ngừng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải. - Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ Diesel). - Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải. Trong quá trình máy phát đang cung cấp cho phụ tải (thay thế cho nguồn lưới chính đang xảy ra sự cố); Nếu nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định, nhiệm vụ của ATS lúc đó là: - Ngắt nguồn điện cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải. Báo cáo khoa học Trang 6 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp - Đóng lại nguồn điện lưới vào tải. - Tạo tín hiệu dừng động cơ sơ cấp động cơ Diesel của máy phát; sau một thời gian tổ máy phát vận hành tại trạng thái không tải. Nguồn dự phòng ở đây có thể là một đường dây khác song song hoặc nguồn dự phòng là một máy phát DIESEL. Tuỳ theo tính toán kinh tế kỹ thuật của các hộ tiêu thụ mà sử dụng nguồn dự phòng cho hợp lý. Tương ứng với nguồn dự phòng ta có hai loại ATS. Khi nguồn dự phòng là lưới ta có ATS lưới- lưới, nếu nguồn dự phòng là máy phát ta có ATS lưới - máy phát. Nhìn chung hai loại ATS này cơ bản là giống nhau, tuy nhiên trong thiết kế cũng như chế tạo, hoạt động thì ATS lưới - máy phát có phức tạp hơn do có thêm bộ phận khởi động máy DIESEL. Mặt khác cũng có thể xảy ra sự cố với máy phát điện và các sự cố này thường xuyên xảy ra. Do đó, yêu cầu đối với loại ATS này cao hơn. Cấu trúc khối của hai loại ATS được thể hiện ở (Hình 1.3). Với nguồn dự phòng là một lưới điện khác lúc đó nguồn dự phòng có thể hoạt động lâu dài giống như lưới chính. Còn đối với nguồn dự phòng là máy phát DIESEL việc vận hành máy phát trong thời gian dài là không kinh tế. Do vậy, trong trường hợp lưới điện mất lâu dài chỉ cho máy phát hoạt động trong một thời gian nhất định nào đó, khi đã giải quyết xong một nhiệm vụ quan trọng thì dừng máy. Khi nguồn chính có điện trở lại ổn định thì tác động trả tải lại cho nguồn chính. Nên khi thiết kế ATS lưới- máy phát cần phải đảm bảo thực hiện được các yêu cầu sau: - Khi lưới có sự cố với bất kì lý do gì phải phát lệnh khởi động máy DIESEL. Và chuyển tải cho nguồn dự phòng khi chất lượng điện ở đầu ra của máy phát đạt yêu cầu. - Khi có điện lưới trở lại, kiểm tra mức độ ổn định của lưới và chuyển tải trở về lưới khi nguồn đã đủ thời gian ổn định. Sau khi chuyển tải máy phát chạy không tải trong một thời gian và tự động dừng lại khi điều kiện làm mát máy bảo đảm. - Khi mất điện lưới lâu dài xét thấy vận hành máy phát không có lợi và nhu cầu sản xuất không cấp bách, lúc đó cho máy vận hành trong thời gian đủ giải quyết vấn đề quan trọng thì cho máy dừng lại. Báo cáo khoa học Trang 7 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp c. Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của 2 loại hệ thống ATS - MBA: Máy biến áp nguồn - CB1, CB2: Aptomat nguồn - SS1, SS2: Các bộ so sánh - K: Khối điều khiển - CM: Khối chuyển mạch - K: Khối khởi động máy DIESEL - S: Máy DIESEL Báo cáo khoa học Trang 8 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp - G: Máy phát điện Chức năng các khối: - SS: Khối so sánh thực hiện chức năng theo dõi, giám sát các thông số của nguồn cung cấp và so sánh các thông số đó với giá trị ngưng đặt trước và đưa ra tín hiệu cho khối điều khiển. - K: Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra của bộ so sánh và tác động đến khối chuyển mạch. - CM: Khối chuyển mạch thực hiện việc đóng ngắt tải từ nguồn này sang nguồn khác theo tác động của bộ điều khiển. - K: khối này khởi động máy DIESEL khi nhận được tín hiệu của bộ điều khiển. - CB1, CB2: hai Circuit Breaker bảo vệ nguồn khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch. Tóm lại: - Hệ thống ATS hoạt động giống như một bộ đảo nguồn tự động cung cấp điện cho phụ tải các hệ thống nguồn cung cấp cho tải tối thiểu là hai nguồn: nguồn điện lưới quốc gia và nguồn máy phát dự phòng. - Ngoài ra hệ thống ATS còn có chức năng bảo vệ, phát hiện các sự cố xảy ra trên lưới điện chính để chuyển đổi nguồn điện cung cấp cho phụ tải. 1.2. Phân loại hệ thống ATS Hệ thống ATS được phân loại thành nhiều dạng khác nhau tùy theo tiêu chuẩn của các nhà sản xuất. Các nhà sản xuất máy phát điện Diesel thường chế tạo hệ thống ATS đi kèm theo máy phát. Tuy nhiên cũng có một số các công ty chuyên sản xuất khí cụ điện nổi tiếng trên thế giới chế tạo hệ thống ATS dưới dạng module. Ta có thể phân loại ATS dựa theo một trong các tiêu chuẩn như sau: - Tiêu chuẩn phân loại theo cấp dòng điện định mức qua các khí cụ động lực đóng cắt chính lắp đặt trong hệ thống ATS. - Số lượng nguồn điện chính và dự phòng cung cấp cho phụ tải. - Tiêu chuẩn phân loại theo loại khí cụ điện động lực đóng cắt chính dùng trong tủ ATS. Khi phân loại hệ thống ATS căn cứ theo chủng loại khí cụ đóng cắt, ta có thể có các dạng sau: Báo cáo khoa học Trang 9 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp - ATS dùng contactor 3 cực poles hay 4 cực. Dòng điện định mức của các contactor có thể có lên đến 1600A. - ATS dùng loại Change over switch hay Motorized CB. - ATS dùng ACB Air Circuit Breaker: Máy ngắt không khí Trường hợp căn cứ theo số lượng nguồn điện cung cấp cho phụ tải nguồn lưới chính và nguồn máy phát dự phòng hệ thống ATS có thể bao gồm các dạng sau: - ATS dạng chuyển đổi hai nguồn: lưới điện chính và máy phát điện dự phòng cho phụ tải. - ATS dạng chuyển đổi ba nguồn: hai nguồn điện lưới nguồn ưu tiên 1 và nguồn ưu tiên 2 và máy phát dự phòng. 1.2.1. ATS lưới - lưới: Cấu trúc của loại ATS này được thể hiện trên (Hình 1.4.a) ATS lưới - lưới hoạt động rất đơn giản, khi chất lượng nguồn chính không đạt lúc đó bộ so sánh thu tín hiệu sự cố so sánh các thông số đó với các giá trị ngư ng đặt trước ngưng nếu sai khác giá trị định mức tín hiệu sẽ được cấp cho khối điều khiển tác động đến khối chuyển mạch chuyển tải sang nguồn còn lại. Khi lưới điện chính phục hồi trở lại ATS tiến hành kiểm tra chất lượng nguồn điện chính nếu đủ tiêu chuẩn cấp tín hiệu chuyển tải trở lại nguồn chính. Sơ đồ thời gian hoạt động của nó như sau: Hình 1.5: Sơ đồ thời gian hoạt động của hệ thống ATS – Lưới Giải thích hoạt động của sơ đồ: Ban đầu tải được cấp điện bằng nguồn chính thông qua MBA1 khi lưới chính bị sự cố như mất nguồn, mất phalúc đó khối điều khiển của ATS nhận tín hiệu sự cố và xử lý, đồng thời ATS cũng kiểm tra chất lượng điện nguồn còn lại. Nếu chất lượng nguồn Báo cáo khoa học Trang 10 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp dự phòng tốt thì ATS sẽ tạo khoảng thời gian trễ (0-5s) để khẳng định lưới chính gặp sự cố thực sự không phải là sự cố thoáng qua. Sau đó gửi tín hiệu cho cơ cấu chấp hành tác động chuyển tải sang nguồn dự phòng. Khi tải đang làm việc với nguồn dự phòng mà lưới chính phục hồi trở lại ATS xử lý tín hiệu này đồng thời tạo khoảng thời gian trễ (3 – 30’ để đảm bảo rằng nguồn chính đã ổn định có thể đưa vào vận hành. Sau đó ATS tác động đến cơ cấu chuyển mạch đưa tải trở lại lưới chính. Và ATS tiếp tục theo dõi hoạt động của các nguồn điện bình thường. 1.2.2. ATS lưới - Máy phát: Một trong những nhược diểm lớn nhất của ATS lưới - lưới là khi xảy ra sự cố của hệ thống, sự cố trạm biến áp trung gian, hoặc mất điện áp nguồn lúc đó nguồn dự phòng cũng vô dụng. Do vậy để bảo đảm việc chủ động cấp điện cho các phụ tải quan trọng cấp quốc gia như hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, trung tâm điện toán, khu quân sự nếu mất điện có thể nguy hiểm đến an ninh quốc gia. Ta thường xây dựng nguồn dự phòng là máy phát DIESEL. Tương ứng với nó ta có loại ATS lưới - máy phát. Cấu trúc của loại này được biểu diễn trên Hình 1.4.b. Đối với ATS lưới - máy phát việc hoạt động phức tạp hơn loại trên. Khi nguồn chính có chất lượng không đạt yêu cầu nghĩa là có sự cố. Sự cố ở đây bao gồm: Mất điện, mất pha, lệch pha quá lớn, quá điện áp, thấp áp, ngược thứ tự pha. Mất lưới, mất pha, sụt áp quá 85%Uđm làm cho máy điện không đồng bộ không khởi động được hoặc sẽ gây quá tải với các thiết bị quay kéo tải lớn, hệ thống chiếu sáng không đủ sáng. Lúc này ATS phải phát tín hiệu khởi động máy DIESEL sau 5s để tránh dao động của lưới. Khi điện áp 3 pha mất đối xứng quá mức cho phép, quá điện áp, không đúng thứ tự pha ATS cũng phát tín hiệu khởi động máy, trong trường hợp này lưới vẫn còn nhưng chất lượng điện không tốt ảnh hưởng đến các quá trình làm việc. Khi quá điện áp sẽ gây hư hỏng cách điện các thiết bị dùng điện trong mạng. Khi ngược thứ tự pha tạo từ trường nghịch làm các động cơ 3 pha quay ngược gây thiệt hại. Khi đó khối SS1 sẽ thu tín hiệu sự cố so sánh với ngưng và cấp tín hiệu cho khối K, bộ K sẽ tác động tới bộ khởi động máy DIESEL. Khi khởi động máy DIESEL thành công điện áp ra của máy phát được thành lập. Nếu chất lượng điện áp đảm bảo và đạt đến Báo cáo khoa học Trang 11 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp khoảng 0.85Uđm, thời gian trong khối K sẽ tính thời gian khoảng 1- 25s rồi cấp tín hiệu cho bộ chuyển mạch để chuyển tải cho nguồn dự phòng là máy phát. Khi điện lưới có điện trở lại để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã phục hồi ổn định bộ thời gian trong SS1 sẽ tính thời gian khoảng 5- 30 p. Sau đó cấp tín hiệu cho khối K tác động chuyển tải trở lại lưới. Sau khi chuyển tải cho lưới máy phát chạy không tải một khoảng thời gian làm mát tuỳ theo công suất, thời gian đã làm việc của máy phát và nhiệt độ của nó mà khoảng này có thể dài hay ngắn sau đó tự động dừng lại. Quá trình hoạt động được cho trên giản đồ thời gian sau: Hình 1.6: Sơ đồ thời gian của hệ thống ATS –Máy phát Giải thích hoạt động của sơ đồ: - Khi lưới có sự cố lúc đó ATS tạo khoảng trễ t1 khoảng thời gian từ khi có sự cố đến khi khởi động DIESEL, t1 thường khoảng từ 1-5 giây để đảm bảo rằng nguồn sự cố thực sự không phải là sự cố thoáng qua. - Khi điện áp máy phát được thành lập và tăng dần đến Uf =0.85Uđm lúc đó bộ SS2 sẽ tính khoảng thời gian t2 (từ 1-25 giây sau đó thực hiện việc cấp tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển mạch chuyển tải sang nguồn dự phòng. - Khi lưới điện phục hồi trở lại bộ định thời gian trong SS1 sẽ hoạt động tính thời gian để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã hoạt động ổn định trở lại thời gian t3 vào khoảng 5-30 phút. Sau đó chuyển tải trở lại lưới. Báo cáo khoa học Trang 12 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp - Sau khi chuyển tải trở lại lưới ta tính thời gian cho máy phát chạy không tải để làm mát máy khoảng t4 trên hình vẽ t4 từ khoảng (3-10 p) tuỳ vào thời gian máy đó vận hành và khả năng làm mát máy mà chọn t4 sau đó cho máy phát dừng lại. Khi khởi động máy phát DIESEL cần chú ý bộ khởi động của nó cần phải đảm bảo các đặc điểm sau đây: - Nếu khởi động lần 1 thành công nó lại trở về trạng thái ban đầu. Nếu khởi động không thành công sau 3-4 giây cần cho máy nghỉ khoảng 10-20 giây và khởi động lần tiếp theo. Nếu khởi động 3 lần không thành công lúc đó thiết bị sẽ tự động khoá lại không khởi động nữa. - Trong trường hợp máy DIESEL nổ nhưng điện áp máy phát không thành lập hoặc không đạt yêu cầu lúc đó máy phát chạy một thời gian ngắn rồi dừng lại để đảm bảo an toàn cho máy. 1.3. Cấu tạo của ATS 1.3.1. Cấu tạo chung của ATS Một thiết bị tự động bất kì nào thông thường cũng có cấu tạo theo cấu trúc sơ đồ khối như sau: Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống ATS * Các bộ phận cơ bản của ATS: - ĐL (Cơ cấu đo lường): tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho ATS tác động. - ĐK (Cơ cấu điều khiển): gồm những mạch điều khiển so sánh tín hiệu đầu vào đã được biến đổi với tín hiệu mẫu rồi truyền nó đến cơ cấu chấp hành. - CH (Cơ cấu chấp hành): Nhận tín hiệu điều khiển sẽ thực hiện công việc đóng cắt, cắt tải đến nguồn cấp khác. Tất cả các cơ cấu đó được kết nối với nhau một cách phù hợp với nhu cầu của mạch điều khiển. Mỗi 1 cơ cấu thực hiện một cách riêng biệt theo nguyên lý sau: - Bộ phận đo lường các cảm biến điện áp và thời gian được nối tới nguồn điện và cung cấp các tín hiệu điều khiển cần thiết cho bộ phận điều khiển ATS. Báo cáo khoa học Trang 13 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp - Bộ phận điều khiển có thể là các rơle điện cơ, hoặc các bảng mạch điện tử bán dẫn sẽ xử lý các tín hiệu đưa tới từ khâu đo lường tạo trễ, khuếch đại rồi đưa đến phần tử chấp hành. - Bộ phận chấp hành chuyển tải tới nguồn cấp thông qua công tắc đóng cắt các tiếp điểm mạch lực. Bộ phận này được chế tạo trong điều kiện làm việc dài hạn, đầy tải, dung lượng cắt lớn, tác động đóng, cắt nhanh kết hợp với buồng dập hồ quang có hiệu quả. Việc đóng cắt các tiếp điểm mạch lực có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động bằng động cơ theo kiểu dao cách ly, Aptomat hay đóng cắt tự động nhờ hệ thống điện từ theo kiểu contactor. Việc đóng cắt các tiếp điểm mạch lực có thể thực hiện bằng tay không hay đóng cắt bằng điện như: - Đóng cắt bằng động cơ xoay chiều một pha điện dung, thực hiện đóng cắt hai aptomat thuận nghịch như của hãng Westinghouse của Anh, Merlin Gerin của Pháp. - Đóng cắt bằng contactor hai ngả thuận nghịch như trong thiết bị ATS của một số hãng của Nhật và Pháp. - Đóng cắt bộ tiếp điểm “bập bênh” bằng nam châm điện như thiết bị của một số hãng của Hàn Quốc (See Young) và Mỹ. * Các kiểu đóng cắt: a. Kiểu đóng cắt contactor hai ngả thuận nghịch: Đóng cắt contactor CTT1 thì phải cắt CTT2 và ngược lại. Việc cài liên động về điện để tạo hai trạng thái đóng cắt trái ngược nhau của CTT1 và CTT2 được thực hiện trên mạch điều khiển hai cuộn dây của CTT1 và CTT2. - Nhược điểm: kiểu đóng cắt này không thao tác được trực tiếp bằng tay. - Ưu điểm: thời gian tác động nhanh, tần số đóng cắt lớn. b. Kiểu đóng cắt bằng aptomat – kiểu truyền động: Động cơ aptomat hai ngả thuận nghịch, việc đóng cắt aptomat được thực hiện do việc đảo chiều quay của động cơ điện dung một pha xoay chiều thông qua cơ cấu truyền động cơ khí phức tạp, chuyển động quay của động cơ biến thành chuyển động tịnh tiến của cần gạt, cần gạt có thể chuyển động tiến hay lùi phụ thuộc vào chiều quay của động cơ, do vậy cần gạt thực hiện việc đóng aptomat AP1 đồng thời ngắt aptomat AP2 hay ngược lại. Báo cáo khoa học Trang 14 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp - Ưu điểm: có khóa liên động bằng cơ khí, có thể thao tác đóng cắt trực tiếp bằng tay. - Nhược điểm: Thời gian tác động chậm, tần số đóng cắt nhỏ. c. Kiểu đóng cắt bập bênh – kiểu truyền động đóng cắt bằng nam châm: Đặc điểm đặc trưng của kiểu đóng cắt này là sự “bập bênh” và được chia làm 2 loại thiết bị là: thiết bị 2 nam châm đóng cắt và thiết bị một nam châm. Kiểu 2 nam châm đóng cắt: Một nam châm thực hiện hành trình quay ngược, nam châm còn lại thực hiện hành trình quay thuận. Hai nam châm đóng cắt được khóa liên động về điện lẫn nhau để mỗi lần đóng cắt chỉ có một nam châm làm việc, nam châm kia bị khóa. Ngoài ra thiết bị còn có các cơ cấu chốt phối hợp nhịp nhàng với bộ phận truyền động. Kiểu 1 nam châm đóng cắt: nam châm lúc này thực hiện hành trình quay ngược lúc thì thực hiện hành trinh quay thuận, trong cơ cấu truyền động phải có bộ phận chốt và nhả chốt nhịp nhàng để cơ cấu “phân biệt” được trạng thái tác động hiện tại với tác động trước đó, do vậy cơ cấu rất phức tạp. - Nhược điểm: thiết bị đóng cắt bộ tiếp điểm “bập bênh” bằng nam châm điện là kiểu dẫn động khớp quay nên nếu tiếp xúc điện chỗ khớp quay không tốt sẽ gây phát nhiệt lớn chô tiếp xúc làm cháy hỏng khớp quay do vậy công suất chuyển tải của thiết bị bị hạn chế. 1.3.2. Nguyên lý hoạt động của ATS (Automatic Transfer Switch): a. Nguyên lý: là thiết bị chuyển mạch tự động dùng ở những nơi cần cung cấp điện một cách liên tục cho tải, từ hai nguồn khác nhau. - ATS là hệ thống chuyển đổi phụ tải từ lưới điện chính (Main Utility) sang nguồn dự phòng dùng máy phát điện (Generator) khi mất điện trên lưới. - Khi lưới điện hoạt động ổn đ