Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động

các đài phát thanh, truyền hình, các công trình quân sự…. đòi hỏi phải cung cấp nguồn điện có tính liên tục và ốn định , không để bất cứ sự cố đáng tiếc nào xảy ra. Để có thể đáp ứng được các yêu cầu nói trên cần phải có một “hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động”. Được sự định hướng của thầy giáo – kỹ sư Nguyễn Đăng Toàn và sự nỗ lựoc của bản thân chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động” . Mặc dù đồ án được thực hiện trong một thời gian rất ngắn nhưng chúng em đã xây dựng đựơc mạch thực nghiệp với kết quả khá tốt. Tuy vậy, do thời gian và trình độ hạn chế nên đồ án này khó tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để nâng cao kiến thức của mình. Xin cảm ơn bạn bè và những người thân trong gia đình đã luôn động viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như làm đồ án tốt nghiệp. Chương I: Tổng quan về cung cấp điện cho phụ tải 1.1. Những khái niệm cơ bản về quá trình sản xuất và phân phối điện năng Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (nhiệt cơ, hoá…) dễ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy điện năng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Quá trình sản xuất điện năng là quá trình điện từ. Đặc điểm của quá trình này là xảy ra rất nhanh. Vì vậy để đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, đảm bảo chất lượng điện thì phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như đo lường, thông tin bảo vệ và tự động hoá… Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư. Vì lý do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch điện năng phải đi trước một bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn trong tương lai. 1.2. ý nghĩa của việc thiết kế hệ thống cấp điện: Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp đều phải tự hoạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh về giá cả sản phẩm. Điện năng đóng một vai trò hết sức to lớn và quan trọng trong hoạt động sản xuất của xí nghiệp. Nếu hệ thống cung cấp điện xảy ra sự cố sẽ dẫn đến việc ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất của doanh nghiệp và gây nhiều thiệt hại về kinh tế. Do đó đảm bảo độ tin cậy khi thiết kế cấp điện và nâng cao chất lượng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế cấp điện. “Hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động” đã đáp ứng được yêu cầu về cung cấp điện liên tục cho phụ tải hạn chế thời gian mất điện cho phụ tải, đảm bảo quá trình làm việc liên tục và ổn định cho xí nghiệp. 1.3. Đặc điểm phụ tải Đối với mỗi phụ tải khác nhau thì ta chọn hệ thống cung cấp điện khác nhau. ở đây “hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động” được áp dụng rất rộng rãi cho nhiều loại phụ tải khác nhau. Tuỳ theo mức độ quan trọng mà phân phụ tải tiêu thụ thành ba loại. Phụ tải loại 1: Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế (như hư hỏng máy móc thiết bị, gây ra hàng loạt phế phẩm) ảnh hưởng đến chính trị quốc phòng. Ví dụ: nhà máy hoá chất, sân bay, bến cảng, văn phòng quốc hội, nhà khách chính phủ, phòng mổ bệnh viện, lò luyện thép, hệ thống ra đa quân sự, trung tâm máy tính. Với phụ tải loại 1, phải được cung cấp ít nhất từ hai nguồn độc lập hoặc phải có nguồn dự phòng. Phụ tải loại 2: Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây thiêt hại lớn về kinh tế (như hư hỏng một bộ phận của máy móc thiết bị, gây ra phế phẩm, ngừng trệ sản xuất). Một số ví dụ về phụ tải loại 2: Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu… Cung cấp cho hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng. Vấn đề ở đây là phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đưa lại do không bị ngừng cung cấp điện. Phụ tải loại 3: Là những phụ tải tiêu thụ còn lại như khu dân cư, trường học, phân xưởng phụ, nhà kho của các nhà máy. Thông thường hộ loại 3 được cung cấp từ 1 nguồn. Trong thực tế, việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của phụ tải tiêu thụ được xét đối với các phụ tải tiêu thụ còn lại. Mặt khác trong một nhà máy, một cơ sở sản xuất dịch vụ, khu dân cư… có nhiều hộ tiêu thụ nằm xen kẽ nhau. Vì vậy hệ thống cung cấp điện phải được nghiên cứu kỹ lưỡng, đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, tin cậy và linh hoạt. 1.4. Yêu cầu cấp điện cho phụ tải: Độ tin cậy cấp điện của hệ thống: Mức độ đảm bảo liên tục cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất và yêu cầu của phụ tải. Với những công trình quan trọng như hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, nhà khách chính phủ, sân bay… phải đảm bảo liên tục cấp điện ở mức độ cao nhất, nghĩa là với bất kì tình huống nào cũng không thể mất điện. Những đối tượng như nhà máy, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất tốt nhất là đặt máy phát điện dự phòng, khi mất điện lưới sẽ dùng máy phát cấp cho những phụ tải quan trọng như phân xưởng sản xuất chính.… Chất luợng điện: Chất lượng điện được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần số và điện áp. Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh. Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn (hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện. Vì vậy người thiết kế cấp điện chỉ phải quan tâm đến đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng. Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị ±5% điện áp định mức. Đối với những phụ tải có yêu câu cao về chất lượng điện áp như nhà máy hoá chất, điện tử, cơ khí chính xác điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng ±2,5%. An toàn khi cấp điện: Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị. Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý đẻ tránh nhầm lẫn trong vận hành, các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại, đung công suất. Kinh tế: Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên đã được đảm bảo. Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu tư. Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán so sanh tỉ mỉ giữa các phương án, từ đó mới có thể đưa ra được phương án tối ưu. Chương II: Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động 2.1. Yêu cầu của đề tài: Yêu cầu cấp điện cho phụ tải phải liên tục, phụ tải được cấp điện từ 2 nguồn độc lập có thể là một nguồn lưới và một nguồn máy phát hoặc cả 2 là nguồn lưới. Khi phụ tải làm việc thì ưu tiên đưa nguồn điện lưới vào làm việc trước. Nếu có Sự cố xảy ra thì mạch sẽ tự động chuyển nguồn đưa máy phát vào làm việc và khi nguồn lưới có điện trở lại thì hệ thống điều khiển sẽ ra lệnh ngừng máy phát và đưa nguồn điện lưới vào làm việc. Để thuận lợi cho việc khởi động máy phát khi nguồn lưới mất điện thì ta lắp đặt bộ nguồn UBS dùng để trễ nguồn cấp cho mạch điện điều khiển, đảm bảo thời gian trễ nguồn đủ để khởi động máy phát. Mạch điều khiển được xây dựng dựa vào yêu cầu cụ thể sau. Khi có điện lưới hệ thống tải được cấp bởi nguồn điện lưới. Khi mất điện lưới sau 5 giây, hệ thống điều khiển ra lệnh khởi động máy phát. Khi nguồn máy phát đã có điện, sau 5 giây hệ thống điều khiển ra lệnh đóng nguồn máy phát vào tải. Khi có nguồn điện lưới trở lại trễ 5 giây hệ thống ra lệnh đóng nguồn điện lưới vào tải và tắt máy phát. Ngoài các yêu cầu trên thì mạch phải đảm bảo về mặt thời gian. Thời gian mà phụ tải không nhận được nguồn phải là ngắn nhất và cho phép bằng thời gian khởi động máy phát. Thời gian mất điện ở phụ tải chính là thời gian mà máy phát có thể khởi động được. Khi có sự cố xảy ra phải có hệ thống để ngắt nguồn điện ra khỏi tải, đảm bảo cho quá trình sửa chữa được an toàn. Ngoài chế độ điều khiển tự động thì mạch điều khiển phải có chế độ làm việc bằng tay. Để thuận lợi cho quá trình điều khiển khi mạch làm việc ở chế độ bằng tay thì quá trình diễn ra hoàn toàn tương tự như ở chế độ tự động. 2.2. Xây dựng mạch điều khiển Xây dựng bộ chuyển đổi nguồn điện tự động dựa vào yêu cầu về thời gian và yêu cầu về dòng điện khi cung cấp cho phụ tải. Dựa vào yêu cầu thời gian: khi cung cấp điện liên tục cho phụ tải gồm có hai nguồn cung cấp là nguồn điện lưới và nguồn máy phát dự phòng. Khi có nguồn điện lưới thì hệ thống ra lệnh cung cấp điện cho phụ tải bằng nguồn điện lưới. Khi mất nguồn điện sau 5 giây thì hệ thống ra lệnh khởi động máy phát. khi nguồn máy phát đã có điện sau 5 giây, hệ thống điều khiển ra lệnh đóng nguồn máy phát vào tải và tắt máy phát. Dựa vào yêu cầu về dòng điện Theo kinh nghiệm vận hành, đa số các sự cố xảy ra cho phụ tải đều là sự cố tạm thời. Chẳng hạn như cách điện bị phá hại không tự hồi phục được gây ra dòng cảm ứng, sét đánh làm đứt đường dây, sử dụng quá tải nguồn điện, sửa chữa khắc phục sự cố trên đường dây. Từ những nguyên nhân trên cho nên việc xây dựng hệ thống chuyển đổi nguồn điện cho phụ tải là một việc làm rất quan trọng và cần thiết. Với hệ thống này phụ tải luôn luôn được duy trì nguồn cấp điện một cách ổn định và tin cậy, bộ chuyển đổi này được xây dựng với sơ đồ đơn giản và đem lại hiệu quả cao. Các thiết bị dùng để xây dựng hệ thống chuyển đổi dòng điện tự động gồm có : công tắc tơ, rơle thời gian, rơle trung gian, cầu chì, dây dẫn… Dựa vào đề tài và những yêu cầu trên em đã xây dựng được mạch điều khiển hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động với phụ tải được cung cấp từ 2 nguồn điện là nguồn điện lưới và nguồn máy phát dự phòng: Đ1 Reset Test R3 9 5 R7 9 5 T1 8 6 T3 8 6 OFF MF ON MF R7 12 8 R1 14 13 R3 14 13 T1 7 2 T3 7 2 R5 14 13 S1 R7 14 13 Đ2 T2 8 6 R2 14 13 T2 7 2 S2 R6 12 4 R8 12 4 R1 12 4 R1 10 2 1 2 3 4 5 6 Đèn báo nguồn 1(dưới) Trễ nguồn Báo nguồn 1 Kiểm tra sự cố Trễ thời gian để khởi động MF Khởi động MF Đèn báo nguồn 2 Trễ nguồn Báo nguồn 2 (MF) SƠ Đồ MạCH ĐIềU KHIểN Đ3 Đ4 Đ5 Đ6 Đ7 Đ8 Đ9 Đ10 Đ11 R4 14 13 R1 11 7 T1 3 1 ON 1 K1 14 13 OFF 1 R3 12 4 R4 11 3 K2 22 21 K1 b a T2 3 1 ON 2 K2 14 13 OFF 2 R3 12 4 R4 12 4 K1 22 21 K2 b a R4 9 5 R4 12 8 9 5 R2 R4 14 13 R/1 u/2 R1 R1 9 1 T1 4 1 R/1 u/2 R2 R2 10 2 T2 4 1 9 5 R5 11 7 R3 R5 11 3 ON 1 OFF1 ON 2 OFF 2 Báo MF Cắt MF Báo nguồn 1 đóng Báo nguồn 1 cắt Báo nguồn 2 đóng Báo nguồn 2 cắt Báo sự cố Đèn báo Auto Trạng thái tự động hoặc tay Đèn báo men Auto men C 7 8 9 10 11 12 13 14 Tải K1 K2 Nguồn lưới (S1) Sơ đồ mạch động lực 2.3. Nguyên lý hoạt động của “ Hệ thống chuyển đổi nguồn điện (tự động)” . Đối với mô hình này cho phép người vận hành làm việc ở cả hai chế độ làm việc bằng tay và tự động. Nếu người vận hành làm việc ở chế độ bằng tay thì nguyên lý làm việc của mô hình sẽ được mô tả như sau. Giả sử nguồn S1 là nguồn điện lưới và S2 là nguồn máy phát dự phòng khi nguồn điện lưới có điện thì công tắc hai cực S1 đóng vào và S2 mở ra. Khi cấp nguồn điện lưới xoay chiều 220 v cho mạch điều khiển thì đèn Đ1 sáng báo hiệu có nguồn điện lưới, đèn Đ4 sáng báo hiệu hệ thống đang làm việc ở chế độ bằng tay. Đèn Đ6 sáng báo hiệu nguồn 1 cắt, đèn Đ10 sáng báo hiệu cắt máy phát, đèn Đ8 báo hiệu nguồn 2 cắt. Rơle trung gian R6 có điện (Rơle trung gian R6 được điện từ nguồn điện lưới ) tác động làm mở tiếp điểm thường đóng R6 (1-9) không cho Rơle thời gian T3 làm việc đồng thời. Ngay lúc đó Rơle thời gian T1 và Rơle trung gian R8 có điện, Rơle trung gian R8 được cung cấp điện theo đường (7-16-17-18-Rơle trung gian R8-7) tác động tác động làm mở tiếp điểm thường đóng R8(2-10) không cho Rơle thời gian T3 làm việc đồng thời, Rơle thời gian T1 được cung cấp điện theo đường (1-S1-Rơle thời gian T1-1). Sau khoảng thời gian trễ là 5 giây thì Rơle thời gian T1sẽ tác động làm mở tiếp điểm thường đóng T1(1-4) cắt điện đèn Đ6 báo nguồn 1 cắt, tác động làm mở tiếp điểm thường đóng T1(1-3) chuẩn bị cung cấp điện cho công tắc tơ K1làm việc, đóng lại tiếp điểm thường mở đóng chậm T1(6-8) cung cấp điện cho Rơle trung gian R1. Rơle trung gian R1 có điện theo đường(1-S1-T1-Rơle trung gian R1-1) sẽ tác động làm mở tiếp điểm thường đóng R1(1-9) , đóng lại tiếp điểm thường mở R1(u/2-r/1 ) đóng điện cho đèn Đ5sáng báo hiệu có nguồn điện lưới, mở tiếp điểm thường đóng R1(2-10) không cho nguồn máy phát làm việc đồng thời khi có nguồn điện lưới, mở tiếp điểm thường đóng R1(4-12) không cho Rơle thời gian T3 làm việc đồng thời. Muốn đóng nguồn điện lưới vào phụ tải ta tác động vào nút ấn ON1 khi đócông tắc tơ K1 được cấp điện theo đường (7-16-17-T1-ON1-OFF1-R4-K2-R3-công tắc tơ K1-7) . Công tắc tơ K1 có điện tác động làm đóng tiếp điểm thương mở K1(13-14) để duy trì, làm mở tiếp điểm thường đóng K1(21-22) không cho công tắc tơ K2 làm việc đồng thời, tác động làm đóng tiếp điểm thường mở ở mạch động lực đóng nguồn điện lưới và phụ tải. Giả sử ở phía phụ tải xảy ra sự cố cần phải kiểm tra thay thế sửa chữa thì ta tác động vào nút ấn Test khi đó Rơle trung gian R3 được cung cấp điện theo đường (2-test-reset-Rơle trung gian R3 –2). Rơle trung gian R3 tác động làm mở tiếp điểm thường mở R3 (5-9) để duy trì cho Rơle thời gian R3 và làm mở tiếp điểm thường đóng R3(4-12) cắt nguồn điện cung cấp cho công tắc tơ K1, V. Công tắc tơ K1mất điện làm mở tiếp điểm duy trì K1(13-14) đóng tiếp điểm K1(21-22) và làm mở các tiếp điểm mạch động lực cắt nguồn điện lưới ra khỏi phụ tải . Sau khi các sự cố ở phía phụ tải đã được sửa chữa khắc phục xong mà muốn đóng điện cho phụ tải ta tác động vào nút reset khi đó công tắc tơ K1 có điện theo đường (7-16-17-T1-ON1-OFF1-R4 –R3-R2 -công tắc tơ K1-7) ( nhưng trước khi đó ta phải ấn nút reset để cắt điện cung cấp cho Rơle trung gian R3, Rơle trung gian R3 mất điện tác động đóng tiếp điểm R3(4-12) chuẩn bị cung cấp điện cho công tắc tơ K1) Rơle trung gian R3 tác động làm mở tiếp điểm thường mở K3(7-11) đóng điện cho đèn Đ11 sáng báo ở phía phụ tải có sự cố. Công tắc tơ K1 có điện tác động đóng tiếp điểm thường đóng tiếp điểm K1(13-14) để duy trì nguồn điện cung cấp cho công tắc tơ K1, mở tiếp điểm thường đóng K1(21-22) không cho công tắc tơ K2làm việc đồng thời, đóng các tiếp điểm thường mở K1mạch động lực ị đóng nguồn điện lưới vào phụ tải. (ấn reset đèn Đ11 tắt báo sự cố đã khắc phục xong). Giả sử vì một lý do nào đó (ví dụ như sét đánh, đứt dây…) phía nguồn điện lưới có sự cố thì trên đoạn 1-1 hở mạch (công tắc 2 cực S1 mở) khi đó Rơle thời gian T1 và Rơle trung gian R1 mất nguồn điện cung cấp do đó các tiếp điểm điều khiển của chúng trở lại trạng thái ban đầu (tiếp điểm nào mở thì đóng lại và tiếp điểm nào đóng thì mở ra). Khi công tắc tơ hai cực S1 mở ra thì đồng thời công tắc tơ 2 cực S2 đóng lại lúc này đèn Đ2 sáng báo hiệu có nguồn điện máy phát dự phòng. Rơle thời gian T2được cung cấp điện theo đường (6-S2-R1- Rơle thời gian T2-6). Rơle thời gian T2sau khoảng thời gian đặt là 5 giây sẽ tác động làm mở tiếp điểm thường đóng T2(1-4) cắt điện đèn Đ8, đóng tiếp điểm thường mở T2(1-3) chuẩn bị cung cấp điện cho công tắc tơ K2 làm việc, đóng lại tiếp điểm thường mở đóng chậm T2(6-8) cung cấp điện cho Rơle trung gian R2làm việc theo đường (6-S2-R1-T2-Rơle trung gian R2-6). Rơle trung gian R2 tác động làm mở tiếp điểm thường đóng R2(2-10) cắt điện đèn Đ8, đóng tiếp điểm thường mở R2(u/2,r/1) đóng điện đèn Đ7 sáng báo hiệu nguồn 2 đóng. Ban đầu khi S1mở và S2đóng thì Rơle thời gian T3 sau khoảng thời gian trễ là 5 giây sẽ tác động đóng lại tiếp điểm thường mở đóng chậm T3(6-8) cung cấp điện cho Rơle trung gian R5 theo đường(4-T3-Rơle trung gian R5-4). Rơle trung gian R5 tác động làm đóng tiếp điểm thường mở R5(5-9) báo hiệu máy phát khởi động, mở tiếp điểm thường đóng R5(3-11) cắt điện đèn Đ10 báo cắt máy phát. Khi lưới điện mất ta khởi động máy phát bằng nút ấn ONMF khi đó Rơle trung gian R7 được cấp điện theo đường (5-ONMF-OFFMF-Rơle trung gian R7 –5). Rơle trung gian R7 tác động làm đóng tiếp điểm thường mở R7(5-12) để duy trì,đóng tiếp điểm thường mở R7(5-9) để duy trì cho Rơle trung gian R5. Khi máy phát dự phòng đã khởi động xong và sẵn sàng làm việc thì ta tác động vào ON2 khi đó công tắc tơ K2được cấp điện theo đường (7-16-17-18-T2-ON2-OFF2-R4-K1-R3-công tắc tơ K2-7). Công tắc tơ K2có điện tác động làm đóng tiếp điểm thường mở K2(13-14) để duy trì, mở tiếp điểm thường đóng K2(21-22) không cho công tắc tơ K1 làm việc đồng thời, đóng các tiếp điểm thường mở K2mạch động lực đóng phụ tải vào nguồn máy phát dự phòng. Giả sử phía phụ tải xảy ra sự cố cần phải kiểm tra, thay thế và sửa chữa thì yêu cầu phải cắt nguồn cung cấp cho phụ tải thì ta tác động vào nút ấn Test khi đó Rơle trung gian R3 tácó điện tác động làm đóng tiếp điểm thường mở R3(5-9) để duy trì, làm mở tiếp điểm thường đóng R3(4-12) cắt nguồn điện lưới cung cấp cho công tắc tơ K2, đóng tiếp điểm thườg mở R3(7-11) đóng điện đèn Đ11sáng báo hiệu phía phụ tải có sự cố. Công tắc tơ K2 mất điện làm mở tiếp điểm K2(13-14), đóng tiếp điểm K2(21-22) và làm mở các tiếp điểm thưởng mở ở mạch động lực cắt nguồn điện từ máy phát ra khỏi phụ tải. Sau khi các sự cố ở phía phụ tải đã được khắc phục sửa chữa xong muốn đóng điện cho phụ tải ta tác động vào nút ấn Reset khi đó Rơle trung gian R3 mất điện làm mở tiếp điểm R3(7-11) cắt điện đèn Đ11 báo sự cố đã khắc phục xong, đóng tiếp điểm R3(2-10) chuẩn bị cho công tắc tơ K2 làm việc. Muốn đóng điện cho phụ tải ta tác động vào ON2 khi đó công tắc tơ K2 được cấp điện theo đường (7-16-17-18-ON2-OFF2-R4-K1-R3-công tắc tơ K2-7). Công tắc tơ K2 tác động làm đóng tiếp điểm thường mở K2(13-14) để tự duy trì, mở tiếp điểm thường đóng K2(21-22) không cho công tắc tơ K1 làm việc đồng thời mở đóng các tiếp điểm thường mở mạch động lực đóng nguồn máy phát dự phòng vào phụ tải. Nếu ở phía nguồn điện lưới đã được khắc phục sửa chữa xong thì lúc này phụ tải được cung cấp bởi hai nguồn là nguồn điện lưới và nguồn máy phát dự phòng. (Ưu tiên nguồn điện lưới) khi đó đoạn 6-6 hở mạch và 1-1 kín mạch tức là công tắc S1 đóng lại và S2 mở ra. Khi S2mở ra thì Rơle thời gian T2 và Rơle trung gian R2mất điện cho nên các tiếp điểm của chúng trở lại trạng thái ban đầu (tiếp điểm nào mở ra thì đóng lại, tiếp điểm nào đóng lại thì mở ra). Khi S1đóng lại thì Rơle thời gian T1 và Rơle trung gian R1 có điện lúc này phụ tải được đóng vào nguồn điện ưu tiên là nguồn điện lưới và quá trình phụ tải được đóng vào nguồn điện lưới được trình bày như ban đầu. Giả sử người vận hành chọn chế độ làm việc của hệ thống ở chế độ tự động khi đó ta chuyền công tắc 3 cực về vị trí (7-15). Khi nguồn điện lưới có điện thì phụ tải phải được cấp điện từ nguồn điện lưới (ưu tiên nguồn điện lưới) khi ta cấp nguồn xoay chiều 220 v cho mạch điều khiển thì đèn Đ10 sáng báo cắt máy phát, đèn Đ8 sáng báo nguồn 2 cắt, đèn Đ3 sáng báo hệ thống đang làm việc ở chế độ tự động, đèn Đ1 sáng báo hiệu có nguồn điện lưới. Khi có nguồn điện lưới thì S1 đóng và S2 mở ngay lập tức Rơle thời gian T1và Rơle trung gian R4 có điện ngay. Rơle trung gian R4 tác động làm đóng tiếp điểm thường mở R4(5-9) chuẩn bị cung cấp điện cho công tắc tơ K1làm việc. Rơle thời gian T1 sau khoảng thời gian trễ là 5 giây sẽ tác động làm mở tiếp điểm thường đóng T1(1-4) cắt điện đèn Đ6, làm đóng tiếp điểm thường mở đóng chậm T1(6-8) cung cấp điện cho Rơle trung gian R1 làm việc theo đường (1-S1-T1-Rơle trung gian R1-1). Rơle trung gian R1 tác động làm mở tiếp điểm thường đóng R1(1-9) cắt điện đèn Đ6 đóng tiếp điểm thường mở R1(u/2-r/1) đóng điện đèn Đ5 sáng báo hiệu có nguồn điện lưới, đóng tiếp điểm thường mở R1(7-11) cung cấp điện cho công tắc tơ K1 theo đường (7-15-19-20-R1-R4-K2-R3-công tắc tơ K1-T7). Công tắc tơ K1 có điện làm đóng các tiếp điểm thường mở mạch động lực và phụ tải được nhận điện từ nguồn điện lưới. Giả sử vì một lý do nào đó mà phía phụ tải có sự cố cần phải kiểm tra,sửa chữa, thay thế thì ta phải cắt nguồn điện lưới ra khỏi phụ tải. Trước tiên ta tác động vào nút ấn Test khi đó Rơle trung gian R3 được cấp điện theo đường (2-test-reset-Rơle trung gian R3-2). Rơle trung gian R3 tác động làm đóng tiếp điểm thường mở R3(5-9) để duy trì, đóng tiếp điểm thường mở R3(7-11) đóng điện đèn Đ11 sáng báo sự cố, mở tiếp điểm thường đóng R3(4-12) cắt điện công tắc tơ K1. Công tắc tơ K1mất điện làm mở các tiếp điểm K1mạch động lực cắt điện từ nguồn điện lưới vào phụ tải. Nếu như các sự cố ở phía phụ tải đã được khắc phục xong muốn cấp điện từ nguồn điện lưới cho phụ tải ta tác động vào nút ấn Reset khi đó Rơle trung gian R3mất điện làm mở tiếp điểm duy trì R3(5-9), mở tiếp điểm R3(7-11) cắt điện đèn Đ11 báo sự cố đã khắc phục xong, đóng tiếp điểm R3(4-12) cấp điện cho công tắc tơ K1làm việc theo đường (7-15-19-20-R1-R4-K2 –R3-công tắc tơ K1-7). Khi công tắc tơ K1có điện tác động làm mở tiếp điểm thường đóng K1(21-22) không cho công tắc tơ K2 làm việc đồng thời, đóng các tiếp điểm thường ở mạch động lực đóng điện nguồn điện lưới vào phụ tải. Giả sử vì một lý do nào đó mà phía phụ tải xảy ra sự cố thì đoạn 1-1 hở mạch(công tắc S1mở và công tắc S2 đónglại).Khi công tắc S1 mở thì Rơle thời gian T1, Rơle trung gian R1. Rơ le trung gian R4 mất điện cho nên các tiếp điểm của chúng trở lại trạng thái ban đầu(tiếp điểm nào mở thì đóng lại, tiếp điểm nào đóng lại thì mở ra ). Khi S1 mở thì Rơle thời gian T3 có điện ngay và nó sẽ tác động sau khoảng thời gian trễ là 5 giây sẽ đóng lại tiếp điểm thường mở đóng chậm T3 (6 - 8) cung cấp điện cho Rơle trung gian R5 – theo đường (4-T3 – Rơle trung gian R5). Muốn khởi động máy phát ta tác động vào nút ấn ON MF khi đó Rơle trung gian R7 được cấp điện theo đường (5-ONMF-OFFMF-Rơle trung gian R7-5). Rơle trung gian R7 tác động làm đóng tiếp điểm thường mở R7(5-9) để duy trì cho Rơle trung gian R5 . Rơle trung gian R5 có điện tác động làm đóng tiếp điểm thường mở R5(5-9) đóng điện cho đèn Đ9 sáng báo hiệu khởi động máy phát , mở tiếp điểm thường đóng R5(3-11) cắt điện đèn Đ10 sáng. Khi công tắc 2 cực S2 đóng thì đèn Đ2 sáng báo hiệu nguồn máy phát có điện đồng thời Rơle thời gian T2 có điện theo đường (6-S2-R1-Rơle thời gian T2-6). Sau khoangt thời gian trễ là 5 giây thì Rơle thời gian T2 sẽ tác động làm mở tiếp điểm thường đóng T2(1-4) cắt điện đèn Đ8 , đóng lại tiếp điểm thường mở đóng chậm T2(6-8) cung cấp điện cho Rơle trung gian R2 làm việc theo đường( 6-S2-R1 –T2 –Rơle trung gian R2-6). Rơle trung gian R2 tác động làm mở tiếp điểm thường đóng R2(2-10) cắt điện đèn Đ8, đóng lại tiếp điểm thường mở R2 (u/2-r/1) đóng điện đèn Đ7 báo nguồn 2 đóng, đóng lại tiếp điểm thường mở R2(5-9) cung cấp điện cho công tắc tơ K2 làm việc theo đường (7-15-19-20-21-R2-R4-K1-R3-công tắc tơ K2-7). Công tắc tơ K2 tác động làm mở tiếp điểm thường đóng K2(21-22) không cho công tắc tơ K1làm việc đồng thời, đóng các tiếp điểm thường mở mạch động lực đóng nguồn điện máy phát và phụ tải. Giả sử vì một lý do hay nguyên nhân nào đó mà phía phụ tải xảy ra sự cố cần phải kiểm tra, sửa chữa và khắc phục thì ta tác động vào nút ấn Test khi đó Rơle trung gian R3 được cấp điện theo đường (2-Test-Reset-Rơle trung gian R3 –2). Rơle trung gian R=3 tác động làm đóng tiếp điểm thường mở R3(7-11) đóng điện đèn Đ11sáng báo phía phụ tải có sự cố, mở tiếp điểm thường đóng R3(2-10) cắt điện công tắc tơ K2. Công tắc tơ K2 mất điện làm mở các tiếp điểm K2 mạch động lực cắt điện từ máy phát dự phòng ra khỏi phụ tải. Nếu như các sự cố ở phía phụ tải đã được khắc phục xong muốn cung cấp nguồn máy phát cho phụ tải ta tác động vào nút ấn Reset khi đó Rơle trung gian R3 mất điện làm mở tiếp điểm R3(7-11) cắt điện đèn Đ11báo hiệu sự cố đã khắc phục xong đóng lại tiếp điểm R3(2-10) cung cấp điện cho công tắc tơ K2 làm việc theo đường (7-15-19-20-21-R2-R4-K1-R3-công tắc tơ K2 –7). Công tắc tơ K2 tác động làm đóng tiếp điểm K2 mạch động lực đóng phụ tải vào nguồn máy phát dự phòng. Giả sử nguồn điện lưới đã có điện trở lại thì lúc này công tắc S1đóng lại và S2 mở ra. Khi S2 mở thì Rơle thời gian T2 và Rơle trung gian R2 mất điện nên các tiếp điểm của chúng trở lại trạng thái ban đầu (tiếp điểm nào mở ra thì đóng lại, tiếp điểm nào đóng lại thì mở ra). Khi S1 đóng lại thì đoạn 1-1 kín mạch lúc này Rơle thời gian T1, Rơle trung gian R1, Rơle trung gian R4 có điện khí đó phụ tải được đóng vào nguồn ưu tiên là nguồn điện lưới và quá trình đóng nguồn điện lưới vào phụ tải được trình bày như ban đầu. 2.4. Giới thiệu chung về bộ UBS Bộ UBS : Dùng để cung cấp nguồn riêng cho mạch điều khiển, có nhiệm vụ làm trễ thời gian để khởi động máy phát và đóng nguồn điện lưới vào phụ tải. Giả sử ban đầu phụ tải được cung cấp bởi nguồn 1 (nguồn điện lưới), nhưng vì một lý do nào đó nguồn điện lưới xảy ra sự cố thì phải cắt nguồn điện lưới và đóng nguồn máy phát dự phòng. Nhưng sau khi nguồn điện lưới mất điện sẽ không có nguồn điện nào để cung cấp điện cho rơle, công tắc tơ điều khiển phụ tải làm việc. Bộ UBS chính là nguồn nuôi riêng để nhận tín hiệu điều khiển các rơle và công tắc tơ đó, giúp cho máy phát hoạt động khi nguồn điện lưới mất. R1 R2 R1 R2 R2 UBS Tải N Tải N2 N1 R1 S1 T1 R2 S2 T2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn cấp cho bộ chuyển đổi Tới mạch điều khiển Nguyên lý hoạt động: Ta sử dụng nguồn 1 là nguồn điện lưới và nguồn 2 là nguồn máy phát dự phòng. Ban đầu nguồn điện lưới có điện nên rơle trung gian R1 có điện, tác động làm đóng tiếp điểm thường mở, mở các tiếp điểm thường đóng không cho rơle trung gian R2 làm việc đồng thời ,và bộ UBS được cấp nguồn từ điện lưới. Sau khi nguồn điện lưới mất điện dẫn tới rơle trung gian R1 mất điện làm mở các tiếp điểm thường mở R1 và đóng các tiếp điểm thường đóng R1, bộ UBS phát tín hiệu cấp điện cho rơle trung gian R2 và đóng các tiếp điểm thường mở và mở các tiếp điểm thường đóng với thời gian tác động là 10 giây sẽ đóng nguồn máy phát dự phòng vào phụ tải. Lúc này nguồn UBS được cấp điện từ nguồn máy phát dự phòng, giả sử nguồn điện lưới có điện trở lại thì cắt nguồn máy phát dự phòng và đóng phụ tải vào nguồn điện lưới. Khi máy phát dự phòng ngừng làm việc bộ UBS cấp tín hiệu cung cấp điện cho rơle trung gian R1 đóng tiếp điểm thường mở và mở các tiếp điểm thường đóng R1 với khoảng thời gian tác động là 5 giây đóng nguồn lưới vào phụ tải. AUTO D AUTO/ MEN Tải Báo sự cố ON 1 OFF 1 ON MF OFF MF ON 2 OFF 2 Nguồn 2 Nguồn máy phát (S2) Nguồn 1 Nguồn lưới (S1) ON 1 OFF 1 ON MF OFF MF ON 2 OFF 2 MEN ON Sự cố OFF sự cố SƠ Đồ MặT ngoài CC tải CC nguồn Công tắc 2 cực Đèn báo Nút ấn Công tắc 3 cực Cầu chì D Tải Ghi chú: 2.5. Tính chọn thiết bị cho mô hình Căn cứ vào sơ đồ điều khiển, phụ tải trên mô hình là rất nhỏ cho nên ta chọn các thiết bị lắp ráp cho mô hình có dòng điện, công suất và điện áp nhỏ để phù hợp với phụ tải. Cách lựa chọn thiết bị này chỉ có ý nghĩa trên mô hình. Còn trong thực tế việc lựa chọn thiết bị để xây dựng mạch điều khiển cho hệ thống chuyển đổi nguồn tự động phải được tiến hành dựa vào các yếu tố sau: Nhiệm vụ và mục đích thiết kế Đặc điểm của phụ tải Các số liệu về nguồn điện như công suất Danh mục các thiết bị Phụ tải về mạch động lực và chiếu sáng Ngoài những yêu cầu về phụ tải và các thông số kỹ thuật trên thì ta phải quan tâm về mặt kinh tế sao cho việc vận hành mang lại hiệu quả kinh tế cao. Chọn nguồn vào cho mô hình Đối với mô hình thiết kế thì nguồn điện cung cấp cho tải là nguồn điện lưới và nguồn điện của máy phát. Nhưng trên thực tế khi thực hiện mô hình này ta thay nguồn máy phát bằng nguồn điện lưới. Nguồn điện lưới được cung cấp rộng rãi cho các loại phụ tải, có ưu điểm là dễ truyền tải, giá rẻ, nhưng lại có một nhược điểm là dễ xảy ra sự cố mất điện đột ngột. Nguồn dự phòng Nguồn dự phòng chỉ được sử dụng cho các loại phụ tải thực sự có tầm quan trọng, yêu cầu không thể mất nguồn điện cung cấp vì bất cứ lý do nào. Nguồn điện máy phát dự phòng cung cấp cho phụ tải tại chỗ có sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, nhưng có nhược điểm lớn là không kinh tế hơn so với nguồn điện lưới, do vậy nguồn điện lưới luôn luôn được ưu tiên hơn nguồn máy phát. Trong thực tế, hệ thống cung cấp truyền tải điện năng cho phụ tải có thể chọn nguồn cung cấp cho phụ tải bằng nhiều cách khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu hay tầm quan trọng của phụ tảo tiêu thụ. Ta có thể chọn nguồn điện cung cấp cho phụ tải bằng hai nguồn điện lưới song song hoặc dùng một nguồn điện lưới, một nguồn máy phát, hay dùng ba nguồn điện lưới. Đối với những phụ tải có tầm quan trọng quốc gia thì phải được cung cấp từ hai nguồn lưới độc lập và nguồn máy phát dự phòng. Với các công ty, xí nghiệp nên sử dụng nguồn dự phòng bằng máy phát để duy trì hoạt động của nhà máy. 2.6. Lựa chọn thiết bị cho mô hình Để đảm bảo cho hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động hoạt động một cách tin cậy, an toàn và hiệu quả cao nhất ta tiến hành lựa chọn các thiết bị sau: 01 bộ UBS : Để cung cấp nguồn riêng cho mạch điều khiển, có tác dụng làm trễ thời gian khởi động của nguồn lưới và máy phát. Điều này có nghĩa là khi nguồn điện lưới bị mất thì phụ tải không thể được cung cấp từ nguồn của máy phát do mất nguồn điện cung cấp cho mạch điều khiển UBS dùng để trễ nguồn cấp cho mạch điện điều khiển, đảm bảo thời gian trễ nguồn đủ để khởi động máy phát. 02 công tắc tơ K1, K2: Có điện áp là 220V và dòng định mức Iđm = 20A. Các tiếp điểm của công tắc tơ có dòn định mức lớn hơn dòng định mức của phụ tải, với mô hình này 2 công tắc tơ K1 và K2 dùng để cung cấp điện cho phụ tải. 08 Rơle trung gian, với tác dụng như sau: Rơle trung gian R1: có nhiệm vụ tác động và báo nguồn lưới đã đóng vào phụ tải ở chế độ tự động, đồng thời không cho máy phát khởi động khi phụ tải đã được cung cấp bởi nguồn điện lưới. Rơle trung gian R2: có nhiệm vụ tác động và báo nguồn máy phát dự phòng đã đóng vào phụ tải ở chế độ tự động. Rơle trung gian R3: có nhiệm vụ để kiểm tra sự cố và khắc phục sự cố. Rơle trung gian R4: có nhiệm vụ nhận tín hiệu tác động để thay đổi chế độ vận hành từ chế độ tự động sang chế độ bằng tay và ngư._.