de tai dieu khien ats bang plc logo 10062021
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.55 MB, 55 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
---oOo---
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
Đề tài: Thiết kế hệ thống ATS điều khiển bằng PLC LOGO! của
Siemens
GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
Sinh viên thực tập:
NGUYỄN THÀNH TRUNG
LÊ ĐỨC VINH
MSSV: 19642066
MSSV: 19642072
1
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2021
2
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Đặt vấn đề khảo sát đề tài
Cùng với sự nghiệp cơng nghiệp hố, hiện đại hố 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 cơng 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.
2. Tính cần thiết của đề tài
Các khu cơng 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 khơng
có lợi nhuận hoặc thua lỗ.
Chất lượng điện xấu chủ yếu là điện áp thấp làm ảnh hưởng lớn đến chất
3
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.
3. Mục tiêu
-
Tăng dộ tin cậy cung cấp điện.
-
Thiết kế hệ thống chuyển nguồn tự động ATS sử dụng PLC LOGO
-
Thiết kế mơ hình để có thể áp dụng thực tiễn.
Tài liệu tham khảo bao gồm:
[1]. ThS. Lưu Văn Quang, Giáo trình Thực hành truyền động điện, Bộ môn
điện công nghiệp - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật.
[2]. ThS. Nguyễn Văn Ban, Giáo trình Điều khiển lập trình cỡ nhỏ, Bộ mơn
điện cơng nghiệp - Trường Cao đẳng nghề Đăklăk.
[3]. ThS. Lưu Văn Quang, Giáo trình thiết bị điều khiển điện, Bộ môn điện
công nghiệp - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật.
[4]. PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ (2001), Truyền Động Điện, NXB Đại học
quốc gia Tp.HCM.
[5] EasyPact MVS user manual.
[6] KOHLER Power System Catalouge.
[7] Catalogue Siemens Industry.
[8] Diễn đàn Web Điện: webdien.com.
4
MỤC LỤC
GIỚI THIỆU CHUNG.........................................................................................2
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ CHUYỂN NGUỒN ATS.................................6
1 Tổng quan hệ thống ATS................................................................................6
2 Nhiệm vụ chính của ATS................................................................................7
3 Sơ đồ cấu trúc ATS.........................................................................................9
4 Phân loại hệ thống ATS................................................................................10
5 Cấu tạo bộ ATS.............................................................................................14
6 Nguyên lí hoạt động của ATS.......................................................................15
6.1 Nguyên lí:..........................................................................................15
6.2 Nhiệm vụ chính của ATS..................................................................16
6.3 Phân loại............................................................................................16
6.4 Quy cách tủ ATS...............................................................................17
6.5 Chức năng của bộ chuyển nguồn tự động ATS................................17
6.6 Lắp ráp và cài đặt..............................................................................18
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN MÁY PHÁT VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC..19
1. Giới thiệu máy phát.......................................................................................19
1.1. Định nghĩa.........................................................................................19
1.2. Chức năng của máy phát...................................................................19
1.3. Cấu tạo máy phát Diesel...................................................................20
2. Những yêu cầu khi lựa chọn máy phát..........................................................24
3. Lựa chọn máy phát........................................................................................25
4. Tổng quan PLC.............................................................................................27
4.1. Giới thiệu...........................................................................................27
4.1.1. Cách nhận dạng LOGO!.............................................................29
4.1.2. Tổng quan về các version của họ LOGO!...................................29
4.1.3. Khả năng mở rộng của LOGO....................................................30
5
4.1.4. Cách đấu dây cho LOGO! 230RC..............................................30
4.2. Các hàm trong LOGO!......................................................................31
4.3. Lập trình bằng phần mềm LOGO! SOFT.........................................32
4.3.1. Thiết lập kết nối PC – LOGO!....................................................32
4.3.2. Sử dụng phần mềm LOGO!SOFT..............................................33
5. Lựa chọn thiết bị đóng cắt phù hợp...............................................................34
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG........................................................36
1. Tính tốn lựa chọn mạch động lực................................................................36
2. Lắp đặt tủ ATS..............................................................................................38
2.1. Chức năng và nhiệm vụ các khối......................................................38
2.2. Khối đo lường so sánh của ATS.......................................................39
2.3. Thiết kế mạch điều khiển và hoat động của bộ ATS........................41
2.3.1. Ưu điểm khi sử dụng LOGO.......................................................41
2.3.2. Phương án dùng LOGO..............................................................42
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ PHÁT TRIỂN................................47
1. Đánh giá kết quả thực hiện............................................................................47
2. Phát triển và nâng cấp...................................................................................47
2.1. Kết nối LOGO! với HMI..................................................................48
2.2. Kết nối Web Server...........................................................................49
KẾT LUẬN.......................................................................................................50
6
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ CHUYỂN NGUỒN ATS
1
Tổng quan hệ thống ATS
Cùng với q trình Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa như hiện nay. Nhu cầu
sử dụng điện càng ngày càng lớn hơn. Muốn phát triển công nghiệp cũng cần đi
kèm với chất lượng điện càng nâng cao để phù hợp với tình hình. Tất cả được
chia ra làm 3 phụ tải chính trong hoạt động thường ngày:
-
Phụ tải loại 1: Cực kì quan trọng liên quan đến quốc phịng, y tế, …
-
Phụ tải loại 2: Các xí nghiệp cơ quan sản xuất, khu công nghiệp, …
-
Phụ tải loại 3: Các tải còn lại.
Với phụ tải loại 1 là quan trọng nhất khơng đucợ phép để mất điện vì khi
mất điện sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng về kinh tế, quốc phòng, …
Còn phụ tải loại 2 cũng quan trọng với quá trình hoạt động sản xuất của các
cá nhân và doanh nghiệp.
Vì thể để phịng tránh sự cố mất điện từ các lí do khác nhau ta cần có bộ
chuyển đổi nguồn điện ATS, bơ lưu điện UPS và 1 máy phát điện dự phòng.
UPS(Uninterruptible Power System) được hiểu như là hệ thống nguồn cung
cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dự phòng nhằm làm tăng độ tin
cậy cung cấp điện cho hệ thống. UPS được nối giữa 1 pha của nguồn và mạch
động lực. Ở mạch này, UPS có tác động duy trì hoạt động của mạch điều khiển
khi mà điện lưới vừa mất và máy phát chưa chạy.
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.
7
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống ATS
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 mơ tả trong (hình 1.2).
2
Nhiệm vụ chính 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
8
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.
-
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 khơng tải.
Nguồn dự phịng ở đây có thể là một đường dây khác song song hoặc
nguồn dự phòng là một máy phát DIESEL. Tuỳ theo tính tốn 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 phịng là lưới ta có ATS lướilưới, nếu nguồn dự phịng 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 phịng là một lưới điện khác lúc đó nguồn dự phịng có thể
hoạt động lâu dài giống như lưới chính. Cịn đối với nguồn dự phịng 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
9
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 khơng có lợi và nhu
cầu sản xuất khơng cấp bách, lúc đó cho máy vận hành trong thời gian đủ giải
quyết vấn đề quan trọng thì cho máy dừng lại.
3
Sơ đồ cấu trúc ATS
ATS có hai loại chính được chia ra theo sơ đồ sau:
10
-
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
-
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 thơng 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 phịng.
-
Ngồi ra hệ thống ATS cịn 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.
4
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
11
tạo hệ thống ATS đi kèm theo máy phát. Tuy nhiên cũng có một số các cơng ty
chun 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 phịng 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:
-
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 khơng khí
Trường hợp căn cứ theo số lượng nguồn điện cung cấp cho phụ tải nguồn
lưới chính và nguồn máy phát dự phịng hệ thống ATS có thể bao gồm các dạng
sau:
-
ATS dạng chuyển đổi hai nguồn: lưới điện chính và máy phát điện dự
phịng 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.
Phân theo phạm vu hoạt động ATS:
-
ATS lưới – lưới.
-
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 phịng cũng vơ 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
12
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 khơng đạt u 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 khơng tốt ảnh hưởng đến các q
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 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.
13
Quá trình hoạt động được cho trên giản đồ thời gian sau:
Hình 1.5: 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.
-
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.
14
-
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 cơng 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 khơng thành cơng lúc đó thiết bị sẽ
tự động khố lại khơng 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.
5
Cấu tạo bộ ATS
Một thiết bị tự động bất kì nào thơng thường cũng có cấu tạo theo cấu trúc
sơ đồ khối như sau:
-
Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống 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 cơng 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.
-
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
15
đến phần tử chấp hành.
-
Bộ phận chấp hành chuyển tải tới nguồn cấp thơng qua cơng 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 khơng 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.
6
Nguyên lí hoạt động của ATS
6.1 Nguyên lí:
-
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 phịng dùng máy phát điện (Generator) khi mất điện trên lưới.
-
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 máy phát điện dự
phịng.
-
Việc chuyển đổi có thể hoạt động theo chế độ tự động (Auto) hoặc điều
khiển bằng tay (Handy - Manual).
16
Hình 1.7: Sơ đồ kết nối hệ thống ATS với máy phát
6.2 Nhiệm vụ chính của ATS
Khi có sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp, quá áp, mất nguồn) trên nguồn điện
lưới chính, ATS có nhiệm vụ:
-
Ngưng 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.
Khi nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định, nhiệm vụ của ATS lúc
đó là:
-
Ngắt nguồn cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải.
-
Đóng lại nguồn 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.
6.3 Phân loại
Theo nguồn chính và nguồn dự phịng:
17
-
Tủ ATS 1 nguồn điện lưới, 1 nguồn máy phát điện dự phòng.
-
Tủ ATS 2 nguồn điện lưới, 1 nguồn máy phát điện dự phòng.
-
Tủ ATS 1 nguồn điện lưới, 2 nguồn máy phát điện dự phòng.
-
Tủ ATS 1 nguồn điện năng lượng gió (wind generator), 1 nguồn điện lưới
dự phòng.
-
Tủ ATS 1 nguồn điện năng lượng mặt trời (solar generator), 1 nguồn điện
lưới dự phòng.
-
Tủ ATS 1 nguồn điện lưới, 1 nguồn kích điện dự phịng (UPS - Inverter).
-
Tủ ATS 2 công tơ điện - đảo 2 nguồn điện lưới, tự động đảo điện nửa
tháng 1 lần theo ngày giờ đặt trước.
Theo khí cụ điện thì được phân loại như sau:
-
ATS dùng contactor.
-
ATS dùng ACB (air circuit breaker (máy cắt khơng khí). Theo phần điều
khiển tủ ATS thì được phân loại như sau:
-
Mạch điện tử kĩ thuật số của EAC, đảm bảo độ bền, ổn định, an tồn và
chính xác.
-
Bộ điều khiển tích hợp sẵn như: Datakom, Osung, Hyundai, Schneider .....
-
Bộ điều khiển dùng: PLC, LOGO, ZEN, ....
-
Mạch rơle (thích hợp với hệ thống bán tự động, giảm chi phí vật tư,
nhưng tốn nhân cơng, tăng rủi ro do đấu nối nhiều thiết bị)
Và ta chọn tủ ATS gồm 1 nguồn điện lưới và 1 nguồn máy phát dự
phòng sử dụng bộ điều khiển PLC LOGO của Siemens.
6.4 Quy cách tủ ATS
-
Phù hợp với công suất máy phát điện.
-
Phù hợp với mơi trường nhiệt đới, khơng khí nhiễm muối ven biển và hải
đảo.
-
Đảm bảo các yêu cầu về tính năng điều khiển.
6.5 Chức năng của bộ chuyển nguồn tự động ATS
-
Bảo vệ máy phát, do có thời gian trễ giữa việc cắt MC máy phát và đóng
18
MC điện lưới nên máy phát được bảo vệ an toàn.
-
Bảo vệ phụ tải, do nguồn điện lưới được kiểm tra, nếu đảm bảo mới đóng
điện lưới cho tải.
-
Tự động gửi tín hiệu khởi động máy khi: điện lưới mất hoàn toàn, mất
pha, hoặc điện áp thấp hơn giá trị cho phép (giá trị này có thể chỉnh được).
-
Thời gian chuyển đổi sang nguồn máy phát tùy chọn, nhưng >5s, để đảm
bảo điện máy phát đã ổn định, thông thường 5-30s.
-
Khi điện lưới phục hồi, bộ ATS chuyển phụ tải sang nguồn lưới. Máy tự
động tắt sau khi chạy làm mất 1-2 phút.
-
Có khả năng vận hành tự động hoặc bằng nhân cơng.
-
Điều chỉnh được các khoảng cách chuyển mạch.
-
Có hệ thống đèn chỉ thị.
6.6 Lắp ráp và cài đặt
-
Tủ ATS có cấu tạo đơn giản, do đó có thể lắp ráp trong hoặc ngồi nước.
-
Theo cơng suất trạm biến áp cho tịa nhà.
-
Theo cơng suất máy phát điện nên chỉ ưu tiên cho các tải quan trọng cần
cung cấp duy trì liên tục.
-
Theo vị trí lắp đặt, nơi lắp đặt (nhiệt độ cao hay gần môi trường bụi hoặc
gần biển, …).
-
Chất lượng tủ ATS phụ thuộc và thiết bị đóng cắt.
-
Thường sử dụng contactor hoặc máy cắt điện lưới MCCB phụ thuộc vào
thiết bị đóng cắt.
19
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN MÁY PHÁT VÀ THIẾT
BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC
1. Giới thiệu máy phát
1.1. Định nghĩa
Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử
dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là các động cơ
tua bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong, tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng
khác. Máy phát điện giữ một vai trị then chốt trong các thiết bị cung cấp điện.
Nó thực hiện ba chức năng: phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp. Hiện nay
trên thị trường đang phổ biến hai loại máy phát điện chạy xăng và máy phát điện
chạy Diesel.
Hình 2.1 Máy phát chạy xăng
Hình 2.2 Máy phát chạy Diesel
1.2. Chức năng của máy phát
Dựa theo nhu cầu sử dụng ta sẽ lựa chọn được máy phát chạy dầu hoặc
xăng như sau:
-
Nhu cầu sử dụng.
-
Công suất máy.
-
Điện áp sử dụng.
Với nhu cầu trong sản xuất công nghiệp chúng ta nên chọn như sau:
Công suất 250kVA (Theo yêu cầu đề tài).
Điện áp 230/400V.
20
Sử dụng trong công nghiệp sản xuất.
Nên ta chọn máy phát điện Diesel để có cơng suất lớn để có thể sử dụng
đúng mục đích.
1.3. Cấu tạo máy phát Diesel
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo của máy phát.
Các thành phần chính của máy phát điện:
(1) Động cơ.
Là dạng động cơ dầu diesel 4 thì. Chuyển hóa nguồn ngun liệu dầu thành
moment quay máy phát đồng bộ. Biến đổi chuyển động quay cơ năng thành điện
năng - Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
(2) Đầu phát.
Gồm 2 phần chính:
a. Rotor phần quay: ln là phần cảm (tạo ra từ trường) - là một nam
châm điện nhờ nguồn 1 chiều DC chỉnh lưu và cấp từ bên ngoài (ắc quy hoặc
chỉnh lưu từ chính nguồn máy phát,…).
b. Stato phần đứng yên: luôn là phần ứng - là 3 cuộn dây riêng rẻ, hoàn
toàn giống nhau, quấn trên ba lõi sắt đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn.
c. Phần quay có từ trường, từ trường này quay (quay theo phần quay
rotor) và cắt các cuộn dây phần ứng, sinh ra dòng điện.
(3) Hệ thống nhiên liệu.
21
a. Bình nhiên liệu thường dự trữ để máy phát điện hoạt động từ 6 đến 8
giờ.
b. Đối với các máy phát điện nhỏ, bồn chứa nhiên liệu là một phần đế
trượt của máy phát điện hoặc được lắp trên khung máy phát điện. Đối với các
máy phát điện thương mại, có thể cần xây dựng và cài đặt thêm một bình chứa
nhiên liệu bên ngồi. Các tính năng thơng thường của hệ thống nhiên liệu bao
gồm những điều sau đây:
c. Ống nối từ bồn chứa nhiên liệu đến động cơ: Dòng cung cấp hướng
dẫn nhiên liệu vào và ra động cơ.
d. Ống thơng gió bình nhiên liệu: Các bồn chứa nhiên liệu có một
đường ống thơng gió, để ngăn chặn sự gia tăng áp lực, hoặc chân không trong
quá trình bơm và hệ thống thốt nước của bể chứa. Khi bạn nạp đầy bình nhiên
liệu, đảm bảo sự tiếp xúc khơ giữa vịi phun phụ, và bể nhiên liệu để ngăn ngừa
tia lửa có thể gây hỏa hoạn.
e. Kết nối tràn từ bồn chứa nhiên liệu đến các đường ống cống: đây là
yêu cầu để khi bị tràn trong q trình bơm, nhiên liệu khơng làm đổ chất lỏng
lên máy phát điện.
f. Bơm nhiên liệu: nhiên liệu chuyển từ bể chứa chính (lưu trữ nhiên
liệu, đặc biệt quan trọng đối với các tổ chức thương mại) vào bể chứa trong
ngày. Các máy bơm nhiên liệu thông thường hoạt động bằng điện.
g. Bình lọc nhiên liệu, tách nước và vật lạ trong nhiên liệu lỏng, để bảo
vệ các thành phần khác của máy phát điện khỏi sự ăn mòn và chất bẩn gây tắc
nghẽn.
h. Kim phun: phun chất lỏng nhiên liệu dưới dạng phun sương vào
buồng đốt động cơ.
(4) Ổn áp.
a. Ổn áp: chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành dòng điện 1 chiều
DC. Điều chỉnh một phần nhỏ điện áp đầu ra để chuyển đổi nó thành dịng điện
một chiều. Dòng điện 1 chiều này tập hợp trong cuộn dây thứ cấp của stato,
22
được gọi là cuộn dây kích thích.
b. Cuộn dây kích thích: chuyển đổi dịng điện 1 chiều DC thành dịng
điện xoay chiều AC. Các cuộn dây kích thích có chức năng tương tự như các
cuộn dây stato chính và tạo ra dịng điện xoay chiều nhỏ. Các cuộn dây kích
thích được kết nối với các đơn vị được gọi là chỉnh lưu quay.
c. Bộ chỉnh lưu quay: chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng điện
xoay chiều. Chỉnh lưu các dòng điện xoay chiều phát sinh bởi các cuộn dây kích
thích, và chuyển đổi nó thành dịng điện một chiều. Dòng điện 1 chiều này cung
cấp cho Roto/ phần ứng tạo ra một trường điện từ, ngoài từ trường quay của
rotor.
d. Rotor/ Phần ứng: chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng xoay
chiều. Rotor sinh ra dòng điện xoay chiều lớn hơn xung quanh cuộn dây stator,
các máy phát điện hiện nay sản xuất một điện thế xoay chiều AC lớn hơn ở đầu
ra.
e. Chu kỳ này tiếp tục cho đến khi máy phát điện bắt đầu sản xuất điện
áp đầu ra tương đương với khả năng điều hành đầy đủ của nó. Đầu ra của máy
phát điện tăng, nó điều chỉnh điện áp sản xuất ra ít dịng điện 1 chiều hơn. Một
khi máy phát điện đạt công suất hoạt động đầy đủ, điều chỉnh điện áp đạt đến
một trạng thái thăng bằng, và tạo ra dòng 1 chiều đủ để duy trì sản lượng của
máy phát điện ở mực độ hoạt đồng đầy đủ.
f. Khi bạn thêm một tải, sản lượng điện áp sẽ bị thấp xuống một chút.
Điều này nhắc nhở việc điều chỉnh điện áp và bắt đầu lại chu kỳ trên. Chu kỳ
tiếp tục cho đến khi máy phát điện dốc đầu ra, để điều hành cơng suất đầy đủ
của nó.
(5) Hệ thống làm mát.
a. Liên tục sử dụng hệ thống làm lạnh có thể làm nóng các thành phần
khác nhau của máy phát điện. Máy phát điện cần thiết có một hệ thống làm mát,
và thơng gió thu hồi nhiệt sinh ra trong q trình.
b. Nước chưa được xử lý/ nước sạch đơi khi được sử dụng như một
23
chất làm mát cho máy phát điện. Hydrogen đôi khi được xử dụng như một chất
làm mát cho các cuộn dây stator máy phát điện lớn, vì nó rất hiệu quả trong hấp
thụ nhiệt.
c. Đối với tất cả các ứng dụng phổ biến khác, dân cư và cơng nghiệp
có một tiêu chuẩn tản nhiệt và quạt được gắn trên các máy phát điện và các cơng
trình như hệ thống làm mát chính.
d. Cần thiết để kiểm tra mức nước làm mát của máy phát điện hàng
ngày. Hệ thống làm mát và bơm nước thô cần được rửa sạch sau mỗi 600 giờ, và
bộ trao đổi nhiệt nên được làm sạch sau mỗi 2400 giờ máy phát điện hoạt động.
Máy phát điện nên được đặt trong một khu vực mở, thông thống được cung cấp
đủ khơng khí trong lành. Mỗi bên máy phát điện nên có một khơng gian tối thiểu
là 3 feet (~1m) để đảm bảo lưu thơng khí làm mát máy.
(6) Hệ thống xả.
a. Khí thải phát ra bởi một máy phát điện giống như khí thải từ bất kỳ
động cơ diesel hoặc động cơ gas nào, có chứa hóa chất độc hại cần phải được
quản lý. Do đó, cần thiết cài đặt một hệ thống ống xả đủ để xử lý khí thải. Ngộ
độc carbon monoxide vẫn là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra
cái chết, bởi vì mọi người có xu hướng thậm chí khơng nghĩ về nó cho đến khi
q muộn.
b. Ống xả thường được làm bằng gang, sắt rèn, hoặc thép. Nó cần phải
rời, không nên được hỗ trợ bởi các công cụ của máy phát điện. Ống xả thường
gắn liền với động cơ bằng cách sử dụng kết nối linh hoạt, để giảm thiểu rung
động và ngăn ngừa thiệt hại cho hệ thống ống xả của máy phát điện. Các ống xả
thơng ra ngồi trời và dẫn đi từ cửa ra vào, cửa sổ và những lối khác. Bạn phải
đảm bảo rằng, hệ thống ống xả của máy phát điện không kết nối với bất kỳ thiết
bị khác.
(7) Bộ nạp ắc quy.
a. Khởi động chức năng của một máy phát điện bằng ắc quy. Các bộ
sạc ắc quy chịu trách nhiệm giữ cho ắc quy máy phát điện luôn luôn đầy với một
24
điện áp thả nổi chính xác. Nếu điện áp thả nổi rất thấp, ắc quy sẽ nạp thiếu. Nếu
điện áp thả nổi rất cao, nó sẽ rút ngắn tuổi thọ của ắc quy Sạc ắc quy thường
được làm bằng thép khơng gỉ để ngăn ngừa ăn mịn. Nó cũng hồn tồn tự động
và khơng u cầu bất kỳ điều chỉnh, hoặc bất kỳ thay đổi cài đặt.
b. Điện áp 1 chiều ở đầu ra bộ sạc ắc quy được giữ ở mức 2,33 Volts
mỗi phân tử, đây là điện áp nổi chính xác cho pin axit chì. Bộ sạc pin có một sản
lượng điện áp 1 chiều bị cơ lập, khơng gây trở ngại cho hoạt động bình thường
của máy phát điện.
(8) Control Panel hoặc thiết bị điều khiển.
Là bề mặt điều khiển máy phát điện, có các hốc cắm điện và điều khiển.
Các nhà sản xuất khác nhau, thiết kế đa dạng các tính năng cung cấp trong bảng
điều khiển do họ sản xuất. Một số trong số đó được đề cập dưới đây.
a. Hệ thống khởi động và tắt điện – Bảng kiểm soát khởi động, bật
máy phát điện tự động trong lúc mất điện, theo dõi các máy phát điện trong khi
hoạt động, và tự động tắt máy khi khơng cịn cần thiết.
b. Thiết bị đo – đồng hồ đo khác nhau cho thấy các thông số quan
trọng như áp suất dầu, nhiệt độ của nước làm mát, điện thế pin, tốc độ quay
động cơ, và thời hạn hoạt động. Liên tục đo lường và giám sát các thông số này
cho phép tự động tắt máy phát điện khi bất kỳ trong số này vượt quá ngưỡng
quy định.
c. Đồng hồ đo máy phát điện – bảng điều khiển cũng có đơn vị mét để
đo sản lượng điện hiện tại, điện áp và tần số hoạt động.
d. Các chức năng khác như chuyển đổi tần số, và chuyển mạch điều
khiển động cơ (chế độ hướng dẫn sử dụng, chế độ tự động).
2. Những yêu cầu khi lựa chọn máy phát
Khi xảy ra mất điện, lưới hoặc mất pha hoặc điện áp lưới giảm xuống dưới
mức cho phép thì phải khởi động nguồn dự phòng.
Khi điện lưới được phục hồi và ổn định trở lại phải tự động dừng diesel.
Khi mất điện lưới lâu, xét thấy vận hành nguồn dự phịng diesel khơng kinh
25
