bài thí nghiệm tự động hóa trong hệ thống điện

TRUỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Cơ Điện - Bộ môn Hệ thống Điện

BÀI THÍ NGHIỆM
TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội -2013
1


BÀI 1 – TỰ ĐỘNG MÁY CẮT PHÂN ĐOẠN THANH GÓP
I – Các thiết bị cần dùng
STT
1

Kí hiệu
SO3301-3A

Chức năng
Phần tử đường dây, ba pha

Số lượng
1

2

SO3301-3R

Nhóm hai thanh góp, ba pha với hai máy cắt

5

3

SO3301-5P

Máy cắt

5

4

SE2662-8P

Tải điện trở

1

5

SO3212-7U

Bảng Ampe, với 3 chiếc, 1/5 A

1

6

SO3213-3W

Hai vônmet 2x500 V

1

7

Nguồn ba pha có thể điều chỉnh được

1

8

Dây nối tiết diện 4mm, độ dài và màu sắc
khác nhau

Bộ thanh góp kép ba pha SO3301-3R: hệ thống mô phỏng hai thanh góp. Mỗi hệ thống thanh
góp có một đường rẽ nhánh được đóng độc lập nhờ máy cắt đi kèm. Hai máy cắt này được
cấp điện từ nguồn 24 V/DC. Các đường rẽ nhánh này có thể được làm đường cấp điện cho
các đường dây và phụ tải hoặc là đường nhận điện từ các hệ thống khác.
Bộ nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh điện áp ST7707-4M: bộ nguồn này có 4 đồng hồ
ampe (ba đồng hồ đo dòng điện xoay chiều và một đồng hồ đo dòng điện một chiều) và một
đồng hồ vôn kế đo điện áp pha. Điện áp xoay chiều ba pha có thể thay đổi trong dải 0 230/400V và điện áp một chiều 0 – 250 V/10A. Trên bộ nguồn có các công tắc chuyển mạch
để đo điện áp xoay chiều và một chiều. Muốn cho bộ nguồn hoạt động thì phải chuyển mạch
sang vị trí 1.
Bộ nguồn SO3538-8C 24V cấp cho mạch điện nhị thứ (mạch điều khiển): điện áp vào là 220
V, điện áp ra là 24V. Muốn bộ nguồn một chiều có thể hoạt động được thì phải cấp điện
220V và bật công tắc lên vị trí số một.
Máy cắt SO3301-5P có tác dụng đóng cắt cả ba pha. Trên mặt có hai nút bấm ON và OFF.
Có thể được điều khiển đóng, cắt từ xa nếu có tín hiệu lần lượt gửi vào REMOTE
CONTROL ON và REMOTE CONTROL OFF. Có hai tiếp điểm một thường đóng và một
thường mở. Dùng hai tiếp điểm này để điều khiển đóng cắt của máy cắt.

Bộ mô phỏng đường dây tải điện SO3301-3A. Đây là bộ mô phỏng các thông số của đường
dây tải điện. Gồm có điện trở; điện cảm đường dây; dung dẫn giữa đường dây với đất và
dung dẫn giữa các pha với nhau. Các thông số này có thể được thay đổi giá trị bằng cách
thay đổi lại các chốt cắm.
2


II – Chú ý
Tất cả các bài thí nghiệm đều sử dụng nguồn chính (3x400V/50 Hz). Đây là yếu tố cần thiết
để khi lắp ráp bài thí nghiệm và thay đổi một vài phần tử cần phải tắt tất cả nguồn điện.
Nguồn điện chỉ có thể được bật sau khi giáo viên hướng dẫn kiểm tra phần lắp ráp.
Cả hai thanh góp phải được đóng điện với điện áp như nhau. Nếu hai điện áp khác nhau phải
sử dụng (máy phát, máy biến áp, thiết bị kiểm tra điện áp), đồng bộ hóa sự kết nối giữa hai
hệ thống.
Các pha phải kết nối một cách chính xác.
Nhiệt được phát ra tại tải, bởi vậy cần chú trọng việc đảm bảo cho các vùng lân cận gần tải
và tất cả các phần tử khác phải giữ một khoảng cách an toàn từ tải.
Tùy theo sự điều chỉnh dòng an toàn, tất cả phần vỏ kim loại phải kết nối tới bảo vệ chống
chạm đất. Bảo vệ chống chạm đất chỉ được sử dụng với mục đích này, và phải không được
kết nối với dây trung tính, N.
Khi dòng điện bị gián đoạn tại cuộn cảm trong đường dây mô phỏng, điện áp cảm ứng cao
được phát ra. Đối với trường hợp này, trước khi làm một vài sự sửa đổi nào tới bài thí
nghiệm cần phải ngắt nguồn.

3


III – Mạch điện

4

5


IV - Cách tiến hành
Sinh viên thực hiện lắp sơ đồ như hình vẽ.
Mạch nhị thứ lấy tín hiệu từ tiếp điểm rơle để đi điều khiển cắt các máy cắt khi xảy ra ngắn
mạch.
Hệ thống thanh cái được nhận điện từ một nguồn nhưng theo hai phía khác nhau. Một đường
cấp trực tiếp lên thanh cái, đường còn lại cấp điện thông qua đường dây trên không. Hệ
thống hai thanh cái này có thể làm việc độc lập (máy cắt SO3301-5P sẽ cắt ra) hoặc là song
song.
Khi hai thanh cái làm việc độc lập, bình thường hệ thống thanh cái được cấp điện từ đường
dây, tải được cấp điện từ thanh cái phía dưới. Khi máy cắt nối với đường dây cắt ra, thanh cái
phía dưới sẽ mất điện. Nhiệm vụ của sinh viên phải nối mạch điều khiển để máy cắt dự
phòng TĐL cấp điện cho thanh cái phía trên, đồng thời máy cắt nối cũng TĐL để cấp điện
cho thanh cái phía dưới. Tải không bị mất điện.
Khi hai thanh cái làm việc song song, hệ thống thanh cái được cấp điện từ đường dây, tải
được cấp điện từ thanh cái phía trên. Giả sử có sự cố ở thanh cái phía trên khi đó máy cắt nối
phải tự động cắt ra, đồng thời tải cũng được tự động cắt ra và sau đó tự động đóng lại vào
thanh cái phía dưới.

6


V – Câu hỏi kiểm tra
1. Thao tác của các sơ đồ nối điện này?
2. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của sơ đồ.
3. Vẽ sơ đồ điều khiển TĐL máy cắt khi có tín hiệu cắt ra từ một máy cắt khác

7


BÀI 2 - QUẢN LÝ PHỤ TẢI
I. Mục đích, yêu cầu
- Củng cố kiến thức về sự phân bố tải trong mạng điện kín, nguồn 2 phía.
- Sử dụng lôgô thực hiện quản lý phụ tải theo chương trình cho trước.
II. Nội dung
- Tìm hiểu sơ đồ thiết bị và dụng cụ đo sử dụng trong bàn thí nghiệm.
- Tìm hiểu sự phân bố công suất trong mạng điện kín, cách xác định sự phân bố dòng điện
trong từng pha.
- Nghiên cứu cách sử dụng lôgô dùng lập trình quản lý đóng cắt phụ tải theo chương trình
cho trước.

8


III. Nguyên lý làm việc của lôgô
1. Cấu tạo chính của lôgô
- Lôgô là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm
thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ sử lý.
Các chức năng được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình. Lôgô là một
máy tính công nghiệp còn gọi PLC.
- Cấu tạo chính của lôgô là:
+ CPU là bộ não của PLC, là một bộ phận trong đó tất cả các điều khiển được điều
khiển. Hầu hết chức năng của CCU là chức năng của PLC. Các tập hợp thành phần của CCU
được phân định là: CPU.
+ Phần đầu vào: Được nối với bộ phận điều khiển I/O thông qua các BUS và thường
được mô đun hoá, có thể được mở rộng thêm bao nhiêu tuỳ ý theo yêu cầu. Người ta còn nối

bộ phận vào là bộ phận chuyển đổi làm cho điện thế của tín hiệu ngoài phù hợp với tín hiệu
bên trong của CCU. Các điện áp sử dụng là xoay chiều (AC) 110V, 220V, 240V và một chiều
(DC) 5V,12V.24V,48V,50V. Tuy nhiên có thể có nhiều điện áp được sử dụng nhưng tín hiệu
cuối cùng mà CCU xử lý và gửi ra là DC 5V.
+ Phần đầu ra: làm việc như bộ kích thích lấy đầu ra đã chế biến ở CCU và như phần
đầu vào, nó cũng được mô đun hoá theo sự sử dụng tín hiệu xoay chiều và một phần (AC và
DC) từ 5V đến 240V, bộ kích thích này làm việc tương ứng với mỗi cấp đó. Nói chung đầu
vào đóng vai trò của việc cung cấp là đóng và cắt tín hiệu từ một nguồn cung cấp. Ngoài ra
nó còn trang bị thiết bị bảo vệ quá dòng do ngắn mạch bên ngoài chẳng hạn.
2. Quá trình làm việc
+ Phương pháp tạo quá trình làm việc: Ở trạng thái “Input resh” (đặt để chế độ làm việc và
lấy đầu ra) chương trình sẽ thực hiện các lệnh liên tiếp từ 0000 STEP cho đến gặp lệnh END
và trạng thái Self diagnosing nó tự tìm lỗi, rồi đặt thời gian thực hiện lệnh đến (tại bộ đếm
Counter) sau đó gửi giá trị mà chương trình đã tạo tới đầu ra và tác động vào đơn vị đầu ra.
+ Phương pháp điều khiển I/O: Là phương pháp gián tiếp và nó thực hiện ở thơì điểm trước
khi 0 STEP của chương trình khi chạy đến lệnh này. Sơ đồ khối là:
- Gửi vào lệnh REFRESH: Đọc dữ liệu vào từ đơn vị đầu vào trước khi chương trình thực
hiện và lưu dữ liệu tập hợp lại vào vùng của vùng nhớ dữ liệu.
- Gửi ra lệnh REFRESH: Sau khi thực hiện xong lệnh END tại thời điểm đó nó gửi mà đang
ở vùng ra của vùng nhớ số liệu,
- Trong trường hợp thực hiện I/O trực tiếp (lệnh IROF) thì nó thực hiện I/O REFRESH sau
khi thực hiện lệnh chọn cả I/O.
- Trong trường hợp thực hiện lệnh OUT để gửi ra thì nó liên kết chế biến của chương trình
vào vùng ra (P) của vùng nhớ dữ liệu và nó thực hiện tác động các tiếp điểm đầu ra đặt theo
chế độ sau khi thực hiện xong lệnh END.
Ưu điểm khi sử dụng lôgô trong công tác quản lý phụ tải điện:
- Việc cài đặt chế độ tự động là tương đối đơn giản do đó thuận lợi cho việc điều khiển mạng
điện.
9

- Lôgô có thể thực hiện được nhiều chức năng.
- Lôgô hoạt động chính xác.

10


IV. Các bước thực hiện thí nghiệm
Bài thí nghiệm được tiến hành cùng với hệ thống tải của bài thí nghiệm là thuần trở kết hợp
bộ tụ C, sơ đồ đấu các dụng cụ đo vào mạng điện có thể theo dõi phụ tải nhánh và phụ tải
tổng.
* Thao tác:
- Cắm giắc JABC từ ổ 3 pha tầng 1 lên ổ 3 pha tầng 2 ổ JABC.
- Cắm giắc tải J1, J2, J3 lên các ổ tương ứng (J1, J2, J3).
+ Đo công suất tổng dùng đồng hồ kW, kVAr kết hợp đồng hồ V ở tầng 1 bằng cách nối
các chân ở tầng 2: S20,40,60 lên S16,36,56 (20,40,60) của kW tầng 3
S21,41.61 lên S17,37,57 (21,41,61) của kVAr tầng 3.
+ Đo công suất tải dùng V, KW, KVAr.
- Bằng cách nối các chân: S16,36,56 thuộc L4,5,6 lên S17,37,57 của KW tầng 3.
S17,37,57 thuộc L4,5,6 lên SR,S,T của KVAr tầng 3.
Các chân SR1,2,3 ; SS1,2,3 ; ST1,2,3 nối với nhau và nối vào chân SRi,Si,Ti tương ứng.
a) Chế độ tay:
- Bật công tắc AUTO/MAN về vị trí MAN.
- Bật APTOMAT tổng, đóng điện cấp nguồn cho bài thí nghiệm.
- Ấn lần lượt các nút ấn P1; P3; P5 để đóng tải.
Tại mỗi vị trí khi ấn từng nút, ghi lại công suất tổng đồng hồ kW và kVAr bên nhánh trái
tầng 3, đồng thời ghi lại công suất tải nhánh ở đồng hồ kW và kVAr bên phải tầng 3 của bài
thí nghiệm. Tải nối sao với trung điểm chân J14,24,34 .
Ta có kết quả sau:
- Vônkế chỉ 380 V:

- Bảng kết quả:
STT Đầu đường dây
Uđ (V)

Pđ (kW)

Cuối đường dây
Qđ (kVAr)

Uc (V)

Pc (kW)

Qc (kVAr)

1
2
3

11


b) Chế độ tự động:
Bật công tắc về vị trí AUTO (lúc này các nút ấn đóng tải mất tác dụng). Lập trình lôgô
theo bảng 1, đặt thời gian theo phút/ giờ/ ngày/ tháng/ năm.
- Cách cài đặt chương trình:
Ấn đồng thời 2 nút ESC – OK
Màn hình hiện > Set clock
Set param
Ấn “OK”: trang: Set clock hiện ra

Hình vẽ các tầng của bài thí nghiệm

12


V- Câu hỏi kiểm tra
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của logo.
2. Có nhận xét gì khi sử dụng logo để quản lý phụ tải?
13


BÀI 3 – TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH DUNG LƯỢNG BÙ
I. Mục đích, yêu cầu
- Nắm vững mục đích việc bù công suất phản kháng.
- Tìm hiểu các biện pháp điều khiển dung lượng bù.
- Nghiên cứu các sơ đồ điều khiển dung lượng bù bằng Rơ le điện cơ.
- Sử dụng PLC trong tự động điều khiển dung lượng bù.
II. Nội dung
a. Tìm hiểu ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng trong lưới điện, các biện pháp dùng
điểu khiển dung lượng bù và các sơ đồ điện cơ.
b. Tìm hiểu kỹ các thiết bị có sẵn trên bàn thí nghiệm.
c. Tìm hiểu nguyên tắc làm việc của PLC, sơ đồ khối và sơ đồ nối. Cách lập trình cho
PLC.
d. Xác định các thông số của lưới điện khi chưa thực hiện bù.
e. Thực hiện điều khiển dung lượng bù theo các biện pháp.
+ Bằng tay.
+ Theo dòng.
+ Theo cosφ.
+ Theo hướng công suất.
Đặt nấc “Tự động” cho sơ đồ PLC hoạt động.

14


III. Hướng dẫn thực hiện
1. Lắp sơ đồ lưới điện như hình vẽ
- Ổ cắm J1 nối với 3*380 AC qua MBA cách ly (có thể không cần MBA cách ly)
- Các đồng hồ cosϕ, kW, kVAr nối vào các ổ cắm tương ứng, thay đổi thông số đường dây,
đo chế độ không tải.
- Nối j2 với tải (tải máy phát động cơ một chiều), thay đổi thông số đường dây và dòng kích
thích, đo các thông số đường dây.
- Xác định chế độ thiếu hụt công suất phản kháng.
- Lần lượt thử nghiệm với các phương pháp bù. Xem xét chế độ hoạt động của bộ tụ.
- Kết quả thí nghiệm: Lấy kết quả lần lượt với từng trường hợp khi không tải và có tải (theo
bảng)
STT
1
2
3
4

Thông số đường dây
Ri
Xi
4
4
3
3
2
2

1
1

U

P

cosϕ

15


IV. Chương trình điều khiển:
a. Chu trình đặt:
- Kiểu nối dây đến thời gian trễ, đến số bước, đến chu trình đóng cắt, đến tỉ lệ nhóm tụ, đến
đèn báo chỉ số công suất, đến phương thức hoạt động, đến chỉ số công suất, đến chỉ số C/K.
b. Thủ tục đăt:
- Ấn phím AUTO/MAN để thay đổi phương thức bằng tay, đèn MANUAL sẽ sáng.
- Ấn phím MODE và đèn PROGRAM sẽ sáng, tất cả các bộ đầu ra của Rơle sẽ mở. Bộ điều
khiển đã sẵn sàng cho việc lập chương trình.
- Ấn phím MODE để lựa chọn tham số. Tham số xuất hiện trên mặt hiện số sẽ thay đổi theo
chu trình mỗi lần ta nhấn phím MODE.
Ấn phím (+) hoặc (-) để lựa chọn tham số.
Để hoàn thành chương trình ấn phím AUTO/MAN. Lúc này số liệu đã nạp sẽ được lưu lại
trong bộ nhớ cho hoạt động tự động.
* Chế độ cài đặt:
Kiểu nối dây: A2 – 3 pha 3 dây
Thời gian trễ đóng: b1 – 45giây.
Số bước: C1 – 1 bước
Chu trình đóng cắt: d1 – lên, xuống; d2 – vòng tròn.

Tỉ lệ nhóm tụ:
E1 – 1:1:1:1:1:1
E3 – 1:2:4:8:8:8
Đèn chỉ số công suất: F2 – 0,9
Các phương thức hoạt động: G1 – phương thức tự động.
Chỉ số công suất (Cosφ): 80 – COS, IND – 0,80 cảm kháng (lag)
Giá trị C/K: 1.0 – C/K – 1.0A

16


VI. Câu hỏi kiểm tra
1. Tại sao phải bù công suất phản kháng trong lới điện, mục đích ?
2. Ưu điểm của PLC trong việc điều khiển dung lượng bù ?

17