Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn Điện tự động

Mục lục
lời nói đầu...................................................................................3
Chơng I: Tổng quan về cung cấp điện cho
phụ tải.............................................................................................4
1.1. Những khái niệm cơ bản về quá trình sản xuất và
phân phối điện năng....................................................................................4
1.2. ý nghĩa của việc thiết kế hệ thống cấp điện:.....................4
1.3. Đặc điểm phụ tải.....................................................................................4
Phụ tải loại 1:.................................................................................................5
Phụ tải loại 2:.................................................................................................5
Phụ tải loại 3:.................................................................................................5
1.4. Yêu cầu cấp điện cho phụ tải:........................................................6
Độ tin cậy cấp điện của hệ thống:................................................................6
Chất luợng điện:...........................................................................................6
An toàn khi cấp điện:...................................................................................6
Kinh tế:..........................................................................................................6
Chơng II: Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn
điện tự động................................................................................8
2.1. Yêu cầu của đề tài:...............................................................................8
2.2. Xây dựng mạch điều khiển..............................................................9
Dựa vào yêu cầu thời gian:...........................................................................9
Dựa vào yêu cầu về dòng điện......................................................................9
2.3. Nguyên lý hoạt động của Hệ thống chuyển đổi
nguồn điện (tự động) .............................................................................13
2.4. Giới thiệu chung về bộ UBS............................................................18
Bộ UBS :.......................................................................................................18
Nguyên lý hoạt động: .................................................................................19
2.5. Tính chọn thiết bị cho mô hình..................................................20
Chọn nguồn vào cho mô hình.....................................................................20
Nguồn dự phòng.........................................................................................20

2.6. Lựa chọn thiết bị cho mô hình...................................................21
01 bộ UBS :..................................................................................................21
02 công tắc tơ K1, K2:.................................................................................21
08 Rơle trung gian, với tác dụng nh sau:...................................................21
03 Rơle thời gian : ......................................................................................22
01 Công tắc 3 cực:.......................................................................................22
02 bộ nút ấn thờng đóng và thờng mở:......................................................22
Hệ thống đèn báo tín hiệu gồm 11 đèn:.....................................................23
Hệ thống bảo vệ gồm 3 cầu chì:.................................................................23
2.7. Lắp đặt hệ thống.................................................................................23
-1-
.

2.8. Ch¹y thö , nhËn xÐt vµ øng dông...............................................30
Ch¹y thö:.....................................................................................................30
NhËn xÐt:......................................................................................................30
øng dông:.....................................................................................................30
KÕt luËn.......................................................................................31
Tµi liÖu tham kh¶o...............................................................32
-2-
.

lời nói đầu
rong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nớc, ngành công nghiệp điện
lực giữ một vai trò đặc biệt quan trọng, bởi vì điện năng là nguồn năng lợng đợc
dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân.
T
Với sự phát triển mạnh mẽ của các thành phần kinh tế, kéo theo nó là nhu cầu về
điện năng ngày một tăng cả về số lợng và chất lợng do đó nó đòi hỏi ngành điện phải có
những phơng án cung cấp điện tối u nhất. Đặc biệt là các khu công nghiệp, các bến

cảng, 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 đợc các yêu cầu nói trên cần phải có một hệ thống chuyển đổi nguồn
điện tự động.
Đợc sự định hớng của thầy giáo kỹ s 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 đợc thực hiện trong một thời gian rất ngắn nhng
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 đợc 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 ngời thân trong gia đình đã luôn động viên, giúp đỡ
em trong quá trình học tập cũng nh làm đồ án tốt nghiệp.
-3-
.

Chơng 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 lợng có nhiều u điểm nh dễ dàng chuyển thành
các dạng năng lợng khác (nhiệt cơ, hoá ) dễ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy
điện năng đợc sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con ngời.
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 lợng điện thì phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ nh đo lờng,
thông tin bảo vệ và tự động hoá
Điện năng là nguồn năng lợng chính của các ngành công nghiệp là điều kiện
quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân c. Vì lý do đó khi lập kế hoạch phát
triển kinh tế xã hội, kế hoạch điện năng phải đi trớc một bớc, nhằm thoả mãn nhu

cầu điện năng không những trong giai đoạn trớc mắt mà còn trong tơng lai.
1.2. ý nghĩa của việc thiết kế hệ thống cấp điện:
Trong tình hình kinh tế thị trờng 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 hởng 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 lợng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết
kế cấp điện. Hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động đã đáp ứng đợc 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 đợc áp dụng rất rộng rãi cho nhiều
-4-
.

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
ngời, gây thiệt hại lớn về kinh tế (nh h hỏng máy móc thiết bị, gây ra hàng loạt phế
phẩm) ảnh hởng 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 đợc 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 (nh

h 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 tới tiêu
Cung cấp cho hộ loại 2 thờng có thêm nguồn dự phòng. Vấn đề ở đây là phải
so sánh giữa vốn đầu t cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đa lại do không bị
ngừng cung cấp điện.
Phụ tải loại 3:
Là những phụ tải tiêu thụ còn lại nh khu dân c, trờng học, phân xởng phụ, nhà
kho của các nhà máy.
Thông thờng hộ loại 3 đợc 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 đợc 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 c
có nhiều hộ tiêu thụ nằm xen kẽ nhau. Vì vậy hệ thống cung cấp điện phải đợc
nghiên cứu kỹ lỡng, đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, tin cậy và linh hoạt.
-5-
.

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 nh hội trờng quốc hội, ngân hàng nhà nớc,
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 tợng nh
nhà máy, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất tốt nhất là đặt máy phát điện dự phòng, khi
mất điện lới sẽ dùng máy phát cấp cho những phụ tải quan trọng nh phân xởng sản
xuất chính.
Chất luợng điện:
Chất lợng điện đợc 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 ngời thiết kế cấp điện chỉ phải quan tâm đến đảm bảo chất lợng điện áp
cho khách hàng.
Nói chung điện áp ở lới 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 lợng điện áp
nh 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 đợc vận hành an toàn đối với ngời và thiết bị.
Muốn đạt đợc yêu cầu đó, ngời thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý đẻ
tránh nhầm lẫn trong vận hành, các thiết bị điện phải đợc chọn đúng chủng loại,
đung công suất.
Kinh tế:
Khi đánh giá so sánh các phơng án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế chỉ đợc xét
đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên đã đợc đảm bảo. Chỉ tiêu kinh tế đợc đánh
giá qua tổng số vốn đầu t, chi phí vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu t.
-6-
.

ViÖc ®¸nh gi¸ chØ tiªu kinh tÕ ph¶i th«ng qua tÝnh to¸n so sanh tØ mØ gi÷a c¸c
ph¬ng ¸n, tõ ®ã míi cã thÓ ®a ra ®îc ph¬ng ¸n tèi u.
-7-
.

Chơng 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 đợc cấp điện từ 2 nguồn độc
lập có thể là một nguồn lới và một nguồn máy phát hoặc cả 2 là nguồn lới.

Khi phụ tải làm việc thì u tiên đa nguồn điện lới vào làm việc trớc. Nếu có
Sự cố xảy ra thì mạch sẽ tự động chuyển nguồn đa máy phát vào làm việc và
khi nguồn lới có điện trở lại thì hệ thống điều khiển sẽ ra lệnh ngừng máy phát và
đa nguồn điện lới vào làm việc.
Để thuận lợi cho việc khởi động máy phát khi nguồn lới 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 đợc xây dựng dựa vào yêu
cầu cụ thể sau.
Khi có điện lới hệ thống tải đợc cấp bởi nguồn điện lới. Khi mất điện lới 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 lới trở lại trễ 5 giây hệ thống ra lệnh đóng nguồn điện lới 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 đợc 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 đợc.
Khi có sự cố xảy ra phải có hệ thống để ngắt nguồn điện ra khỏi tải, đảm bảo
cho quá trình sửa chữa đợc 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 tơng tự nh ở chế độ tự động.
-8-
.

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 l-

ới và nguồn máy phát dự phòng. Khi có nguồn điện lới thì hệ thống ra lệnh cung
cấp điện cho phụ tải bằng nguồn điện lới. 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 nh cách điện bị phá hại không tự hồi phục đợc gây ra
dòng cảm ứng, sét đánh làm đứt đờng dây, sử dụng quá tải nguồn điện, sửa
chữa khắc phục sự cố trên đờng 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 đợc duy trì
nguồn cấp điện một cách ổn định và tin cậy, bộ chuyển đổi này đợc 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 đợc mạch điều khiển
hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động với phụ tải đợc cung cấp từ 2
nguồn điện là nguồn điện lới và nguồn máy phát dự phòng:
-9-
.

-10-
.
§
1
Reset
Test
R
3
9

5
R
7
9
5
T
1
86
T
3
86
OFF MF
ON MF
R
7
12
8
R
1
1413
R
3
1413
T
1
72
T
3
72
R

5
1413
S
1
R
7
1413
§
2
T
2
86
R
2
1413
T
2
72
S
2
R
6
124
R
8
124
R
1
124
R

1
102
1
2
3
4
5
6
§Ìn b¸o nguån 1(d­íi)
TrÔ nguån
B¸o nguån 1
KiÓm tra sù cè
TrÔ thêi gian ®Ó
khëi ®éng MF
Khëi ®éng MF
§Ìn b¸o nguån 2
TrÔ nguån
B¸o nguån 2
(MF)
S¥ §å M¹CH §IÒU KHIÓN

-11-
.
§
3
§
4
§
5
§

6
§
7
§
8
§
9
§
10
§
11
R
4
1413
R
1
11
7
T
1
3
1
ON 1
K
1
14
13
OFF 1
R
3

124
R
4
113
K
2
2221
K
1
ba
T
2
3
1
ON 2
K
2
14
13
OFF 2
R
3
124
R
4
124
K
1
2221
K

2
ba
R
4
9
5
R
4
12
8
9
5
R
2
R
4
1413
R/1
u/2
R
1
R
1
9
1
T
1
4
1
R/1

u/2
R
2
R
2
10
2
T
2
4
1
9
5
R
5
11
7
R
3
R
5
11
3
ON 1
OFF1
ON 2
OFF 2
B¸o MF
C¾t MF
B¸o nguån 1 ®ãng

B¸o nguån 1 c¾t
B¸o nguån 2 ®ãng
B¸o nguån 2 c¾t
B¸o sù cè
§Ìn b¸o Auto
Tr¹ng th¸i tù ®éng hoÆc tay
§Ìn b¸o men
Auto
men
C
7
8
9
10
11
12
13
14

-12-
.
T¶i
K
1
K
2
Nguån l­íi
(S
1
)

S¬ ®å m¹ch ®éng lùc