Thiết kế hệ thống giám sát điện năng trong phòng thí nghiệm

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................... i
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. i
2. Mục đích của đề tài ......................................................................................... i
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu................................................................... i
4. Phƣơng pháp nghiên cứu khoa học ................................................................. i
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................... ii
CHƢƠNG 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG
PHÒNG THÍ NGHIỆM ........................................................................................ 1
1.1. BÀI TOÁN GIÁM SÁT ............................................................................. 1
1.1.1. Nêu bài toán cần giải quyết................................................................... 1
1.1.2. Các giải pháp giám sát mạng điện. ....................................................... 3
1.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN ........ 8
CHƢƠNG 2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ........... 10
2.1. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT ......................... 10
2.1.1. Lựa chọn thiết bị cho mô hình thí nghiệm .......................................... 10
2.1.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình ............................................ 14
2.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐI DÂY CHO MÔ HÌNH ......................................... 15
2.2.1. Sơ đô đi dây chung cho mô hình ........................................................ 15
2.2.2. Sơ đồ đi dây riêng cho chƣơng trình chuyển nguồn tự động dùng
LOGO! 12/24RC ........................................................................................... 17
2.3. CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LOGO! CHO MÔ HÌNH .................. 18
2.3.1. Giới thiệu về bộ điều khiển logic khả trình LOGO! ........................... 19
2.3.2. Lập trình bằng tay cho LOGO! ........................................................... 20
i


2.4. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐO ĐIỆN NĂNG ............... 21
2.4.1. Lựa chọn thiết bị ................................................................................. 21
2.4.2. Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình. .......................................... 25
2.4.3. Thiết kế sơ đồ đi dây cho mô hình...................................................... 27

CHƢƠNG 3: GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
TRÊN PHẦN MỀM ATSCADA ........................................................................ 28
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATSCADA ................................................... 28
3.2. TÌM HIỂU VỀ KẾT NỐI TRUYỀN THÔNG CỦA ĐỒNG HỒ SELEC
VỚI MÁY TÍNH .............................................................................................. 31
3.3. THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI RS485 SANG USB........................................ 33
3.4. MÔ HÌNH GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN .............................. 36
3.4.1. Nhập địa chỉ mosbus của đồng hồ lên phần mềm ATdriver Server ... 38
3.4.2. Chuyển dữ liệu từ ATDriver Server lên itagbuder ............................. 40
3.4.3. Chuyển dữ liệu từ Itagbulder lên màn hình giám sát.......................... 42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 44
1. Kết luận ........................................................................................................ 44
2. Kiến nghị ...................................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 45

ii


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, nền kinh tế nƣớc ta đang phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dân
đƣợc nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp,
nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trƣởng không ngừng. Công nghiệp luôn
là khách hàng tiêu thụ điện năng lớn nhất. Trong tình hình kinh tế thị trƣờng
hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các tổ hợp sản xuất đều phải hạch toán kinh
doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt về chất lƣợng và giá cả sản phẩm. Điện
năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của các nhà máy, xí
nghiệp. Chất lƣợng điện không tốt ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng sản phẩm
và gây gián đoạn quy trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp.
Việc thiết kế hệ thống giám sát điện năng để quản lý, giám sát chất lƣợng

nguồn điện và khả năng hoạt động của tải là rất cần thiết. Với các thông số thu
đƣợc từ mạng điện sẽ giúp đƣa ra các phƣơng án cải thiện làm tăng chất lƣợng
điện và không ảnh hƣởng tới quy trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp.
2. Mục đích của đề tài
Thiết kế hệ thống giám sát điện năng trong phòng thí nghiệm. Cài đặt và
vận hành hệ thống đo để đƣa ra kết quả đo thông số mạng điện trong phòng thí
nghiệm.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Mạng điện trong phòng thí nghiệm là nguồn lƣới điện 3 pha 4 dây. Đối
tƣợng và phạm vi nghiên cứu là bộ tự động chuyển nguồn lƣới điện chính –
nguồn lƣới điện dự phòng và hệ thống đo thông số mạng điện trong phòng thí
nghiệm.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu khoa học
i


Dựa vào cơ sở lý thuyết từ các môn học khí cụ điện, cung cấp điện để tính
toán, thiết kế cấu trúc hệ thống, lựa chọn thiết bị và đi dây cho mô hình hệ
thống.
Dựa vào tài liệu cài đặt và vận hành đồng hồ đo đa năng của hãng Selec
để thực hiện cài đặt, đo và hiển thị kết quả đo thông số mạng điện trong phòng
thí nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc thực hiện đề tài giúp em củng cố kiến thức đã học trong các môn học
cung cấp điện, khí cụ điện. Đồng thời việc thiết kế và xây dựng mô hình hệ
thống giúp em hiểu biết nhiều hơn về mô hình thực tế.

Hải Phòng , Ngày tháng năm 2016
Sinh viên

Phạm Quốc Việt

ii


CHƢƠNG 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG
PHÒNG THÍ NGHIỆM
1.1. BÀI TOÁN GIÁM SÁT
1.1.1. Nêu bài toán cần giải quyết
“Hiện nay ở nƣớc ta việc giám sát điện năng tiêu thụ là mối quan tâm
hàng đầu của các nhà quản lí nhà nƣớc và nó có ý nghĩa to lớn đối với sự phát
triển kinh tế xã hôi, nhất là các doanh nghiệp. Hơn thế nữa trong các nhà máy
sản xuất công nghiệp hầu hết đều sử dụng động cơ công suất lớn so với công
suất yêu cầu, hiệu suất thấp, động cơ thƣờng xuyên bị làm việc non tải và còn
thiếu cả các thiết bị điều khiển. Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, điện năng là
yếu tố vô cùng quan trọng và càng quan trọng hơn trong sản xuất và kinh doanh
của doanh nghiệp. Bài toán đặt ra cho các nhà quản lý là làm sao quản lý tòa nhà
và và nhà máy, xí nghiệp hiệu quả nhất để giảm chi phí, tiết kiệm năng lƣợng ở
mức tối đa, tạo thuận lợi cho doanh nghiệp trong những hoạt động kinh doanh”.
“Vậy bài toán giám sát điện năng ở đây đƣợc đặt ra là phải làm sao mang
đƣợc thông tin điện năng từ hiện trƣờng để đƣa lên máy tính. Từ đó thông qua
máy tính ta có thể điều khiển cũng nhƣ cung cấp các dữ liệu xác thực nhất các
thông số điện năng rồi báo cáo các dữ liệu đó tới các cấp quản lí phía trên để
đƣa ra các biện pháp xử lí nếu có sai xót.
Lợi ích mà công việc giám sát mang lại đƣợc trình bày nhƣ sau:
- Giảm thời gian, chi phí nhân công để ghi lại dữ liệu từ các đồng hồ cơ,
nhập vào file excell tạo báo cáo mỗi tháng.
- Giảm đƣợc sơ sót trong quá trình thu thập dữ liệu bằng tay, tăng độ
chính xác trong đo lƣờng.
- Kiểm soát dữ liệu điện năng liên tục 24 giờ /7 ngày tại bất kỳ trạm làm

việc nào.
- Khả năng đáp ứng nhanh với bất kỳ sự cố điện nào thông qua các cảnh
báo, giảm đƣợc thời gian dừng máy.
1


- Giảm thời gian xử lý sự cố do dữ liệu đƣợc thu thập đầy đủ, chụp đƣợc
dạng sóng của nguồn điện khi sự cố xảy ra.
- Ngăn ngừa khả năng bị điện lực phạt do cosφ thấp nhờ các báo động.
- Theo dõi toàn tải của nhà xƣởng theo thời gian thực, hữu ích cho việc
lên kế hoạch tiết kiệm.
- Có khả năng tạo các báo cáo về điện năng tiêu thụ ở dạng bảng, dạng
đồ thị, xuất ra file Excell.
- Kiểm tra hóa đơn điện lực thông qua báo cáo về năng lƣợng sử dụng.
- Xác định các nhiễu, sóng hài là do nguồn điện lực xông vào hay do các
thiết bị của nhà máy gây ra. Giảm thời gian xác định nguyên nhân.
- Xác định loại nhiễu nào: Tăng/ giảm điện áp, sóng hài, xung điện áp…
- Duy trì mức tải cho thiết bị hợp lý, tránh trƣờng hợp non hay quá tải.
- Đƣa ra quyết định đầu tƣ cho các thết bị cấp nguồn chính xác khi cần
mở rộng nhà máy.
+ Yêu cầu kĩ thuật của việc giám sát điện năng:
- Dòng điện năng phải có tính liên tục, khộng bị gián đoạn.
- Các thiết bị giám sát điện năng đặt tại cấp trƣờng phải đảm bảo chịu
đƣợc môi trƣờng công nghiệp nhƣ: bụi bẩn, rung lắc, nhiệt độ không quá cao
cũng không quá thấp, độ ẩm, hay nhiệt độ cao…vv.
- Các thiết bị xử lí tín hiệu ở cấp trƣờng là các bộ điều khiển cần đƣợc
lập trình cũng nhƣ cài đặt chuản xác, cùng với đó là có tốc độ xử lí nhanh và ít
chịu ảnh hƣởng bởi nhiễu.
- Có các phần mềm giám sát chuyên dụng để có thể giám sát một cách an
toàn và hiệu quả nhất.

- Thiết bị giám sát có thể là máy tính cá nhân hay là máy tính chuyên
dụng có tốc độ xử lí cao và chính xác.
- Vấn đề quan trọng nhất ở đây là đòi hỏi kỹ sƣ có trình độ cao, đặc biết
có nhiều năm kinh nghiệm trong công việc tiếp cận với quá trình giám sát điện
năng”.
2


1.1.2. Các giải pháp giám sát mạng điện.
“Để có thể giám sát đƣợc các thông số của điện năng thì hiện nay trên thị
trƣờng có rất nhiều thiết bị thông minh có khả năng giám sát điện năng rất chuẩn
xác. Trong đề tài này mô hình đƣợc xây dựng giám sát thông qua đồng hồ đa
năng MFM-383 do hãng select sản xuất”.
+ Giải pháp 1: Dùng phần mềm chuyên dụng giám sát của hãng SELEC

Hình 1.1. Mạch và phần mềm đi kèm đồng hồ MFM-383 của hãng SELEC
“Đi kèm đồng hồ là mạch giao tiếp đồng hồ và máy tính, phần mềm
chuyên dụng EN-VIEW giúp ngƣời sử dụng kiểm tra và điều khiển trực tiếp
eggay trên máy tính.
Phần mềm giúp các giám sát viên dễ dàng trong việc quan sát các số liệu
cũng nhƣ thông số mạng điện từ máy tính cá nhân. Máy tính và đồng hồ đƣợc
kết nối với nhau qua mạng truyền thông modbus RTU, mạng mà hiện nay đƣợc
dùng phổ biến nhất hiện nay.
Phần mềm EN-VIEW là phần mềm hỗ trợ trên máy tính để thiết lập cho
đồng hồ cũng nhƣ lấy số liệu từ đồng hồ về máy tính để giám sát. Phần mềm có
các tính năng: hiển thị số liệu từ đồng hồ về máy tính và cập nhật số liệu liên
3


tục, mô phỏng giao diện đồng hồ đồng hồ trên máy tính, hỗ trợ vẽ biểu đồ dạng

sóng, số liệu cũ đƣợc lƣu dƣới dạng file excel”.

Hình 1.2. Phần mềm EN-VIEW
“Phần mềm EN-VIEW là phần mềm hỗ trợ trên máy tính để thiết lập cho
đồng hồ cũng nhƣ lấy số liệu từ đồng hồ về máy tính để giám sát. Phần mềm có
các tính năng: hiển thị số liệu từ đồng hồ về máy tính và cập nhật số liệu liên
tục, mô phỏng giao diện đồng hồ đồng hồ trên máy tính, hỗ trợ vẽ biểu đồ dạng
sóng, số liệu cũ đƣợc lƣu dƣới dạng file excel”.

Hình 1.3. Các số liệu hiển thị trên máy tính
Do phần mềm có nhiều tính năng mà giá thành của nó trở nên đắt đỏ. Vì
vậy mà phƣơng án này không khả thi khi mà kinh phí đầu tƣ quá lớn cho công

4


việc mô phỏng giám sát trong phòng thí nghiệm và cần phải tìm ra phƣơng án
khác có thể thay thế nó.
+ Giải pháp 2: Dùng hệ thống giám sát và quản lí điện năng scada [3]

Hình 1.4. Cấu trúc chung giám sát điện năng bằng ATSCADA
Đặt vấn đề:
“Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, điện năng là yếu tố vô cùng quan
trọng và càng quan trọng hơn trong sản xuất và kinh doanh của doanh nghiệp.
Bài toán đặt ra cho các nhà quản lý là làm sao quản lý tòa nhà, nhà máy,
xí nghiệp hiệu quả nhất để giảm chi phí, tiết kiệm năng lƣợng ở mức tối đa, tạo
thuận lợi cho doanh nghiệp trong những hoạt động kinh doanh. Phƣơng án tối
ƣu hiện nay là thiết lập hệ thống tự động hóa quản lý và giám sát SCADA.
SCADA là hệ thống tự động hóa, với chức năng quản lý và giám sát toàn bộ hệ
thống điện của tòa nhà hay khu công nghiệp giúp nâng cao hiệu quả công trình,

hiện đại hoá, tiết kiệm điện năng tiêu thụ, bảo vệ môi trƣờng” [3].

5


Hình 1.5. Kiến trúc hệ thống ATSCADA
“Kiến trúc hệ thống ATSCADA bao gồm 3 phần chính:
- ATSCADA Service chạy trên những Server
- Các Windows Clients là các máy tính chạy hệ điều hành Windows để
điều khiển giám sát liên tục hệ thống.
- Các Wed Clients thƣờng là các smart phones, tablets ( có hệ điều hành
khác nhau) dùng để điều khiển giám sát di động.
SCADA thực hiện việc giám sát hệ thống điện qua thiết bị theo dõi các
thông số kỹ thuật chính của nguồn điện nhƣ: kW, kVA, kVAr... Đây là những
thông số cần đƣợc giám sát chặt chẽ vì có ảnh hƣởng rất lớn tới việc vận hành
tất cả thiết bị sử dụng điện của tòa nhà hay công nghiệp. Quản lý tốt các tham số
này đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành của tòa nhà-nhà máy, nâng cao
hiệu quả sử dụng thiết bị. Các tham số đều đƣợc đo bằng bộ đo đếm điện năng
kỹ thuật số nối mạng, thể hiện thông số trên màn hình máy tính và lƣu trữ dữ
liệu.
6


Hệ thống SCADA đƣợc thiết kế cho các ứng dụng sản xuất, kinh doanh
trong công nghiệp và thƣơng mại. Nó giúp các công ty quản lý các khoản đầu tƣ
cho toàn bộ hệ thống điện một cách hiệu quả nhất: sử dụng năng lƣợng nhƣ thế
nào, chi phí vận hành ra sao, độ an toàn-tin cậy của nguồn điện
Đặc tính kĩ thuật của phần mềm scada:
Sử dụng hệ thống SCADA (Supervisor Control And Data Acquisition) để
theo dõi, giám sát, thu thập tất cả các thông số của hệ thống điện để từ đó có

những cảnh báo, biểu đồ diễn biến qúa trình của các tín hiệu dòng điện, điện áp,
hệ số công suất, công suất điện, điện năng tiêu thụ của các nhánh phân phối điện
trong nhà máy. Phần mềm SCADA có hỗ trợ các tính năng nhƣ là kết nối với
trạm ở xa qua đƣờng Telephone, Internet, cáp quang hay vô tuyến để có thể
truyền dữ liệu đi những nơi cần thiết. Điều này giúp cho việc theo dõi và giám
sát số liệu một cách dễ dàng, không phụ thuộc vào khoảng cách, khắc phục sự
cố nhanh chóng và hiệu quả.
Qua các giao diện HMI (Human Machine Interface) hiển thị trên máy
tính, ngƣời vận hành sẽ quan sát đƣợc trực quan hệ thống đang làm việc nhƣ thế
nào, biểu đồ phụ tải của mỗi cụm phụ tải, in ấn, gửi báo cáo, theo dõi tiến trình,
xu hƣớng gia tăng phụ tải, từ đó đề ra phƣơng án vận hành tối ƣu, linh hoạt hệ
thống trong từng thời điểm thích hợp, giảm tổn thất điện năng cho mạng lƣới
điện, giảm tổn hao các dạng năng lƣợng khác.
Giám sát tình trạng làm việc của tất cả các thiết bị máy cắt, Aptomat bao
gồm dòng điện (A), điện áp (V), hệ số công suất (cos  ), tần số (f), công suất
điện (Kw) và điện năng tiệu thụ (Kwh) tại các điểm đầu của một cụm tải.
Cung cấp các thông tin, cảnh báo (phát Alarm khi giá trị của mỗi đại
lƣợng bất kỳ vƣợt quá mức cài đặt) để có các biện pháp phòng ngừa kịp thời.
Phân cấp giám sát và vận hành, chỉ có những ngƣời có thẩm
quyền mới đƣợc phép thay đổi các tham số của hệ thống.
Cho phép cài ngƣỡng bảo vệ (dòng điện, điện áp, lƣu lƣợng giới hạn) cho
từng cụm tải, khi vƣợt ra khỏi tầm hoạt động, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo.
7


Máy in sử dụng để in ấn các báo cáo, biểu đồ hoạt động của tải. Tất cả dữ liệu
liên quan đến hệ thống sẽ đƣợc lƣu trữ dài hạn. Phần mềm SCADA thu thập
toàn bộ các giá trị dòng điện (A), điện áp (V), hệ số công suất (cos  ), công suất
điện (Pđm), điện năng tiêu thụ (KWh), lƣu lƣợng nhiên liệu tức thời từ các bộ
RTU về Server & biểu diễn trên màn hình theo đúng sơ đồ công nghệ của hệ

thống phân phối điện, giúp cho việc theo dõi giám sát đƣợc dễ dàng & trực
quan.
Phần mềm SCADA thiết lập các ngƣỡng báo động (Alarm), ghi nhận &
phân tích các sự kiện (Event Analysic) xảy ra trong quá trình hoạt động của phụ
tải. In ấn (Printing) & gửi báo cáo (Report) đến các bộ phận hữu quan. Hỗ trợ
việc thống kê, ghi nhận & chuẩn bị kế hoạch bảo trì bảo dƣỡng thiết bị một cách
kịp thời & hiệu quả nhất.
Máy in đƣợc gắn trực tiếp trên Máy tính Server” [3].
1.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN

Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc hệ thống
8


- Cấu trúc hệ thống bao gồm các khối sau:
+ Khối thiết bị đóng cắt động lực: gồm hai contactor CTT1 và CTT2
đƣợc điều khiển bởi 2 relay R3, R4;
+ Khối chuyển nguồn tự động: dùng LOGO! 12/24RC làm chức năng
chuyển nguồn tự động;
+ Khối thiết bị đo: là các biến dòng có nhiệm vụ tạo các tín hiệu phản
hổi đƣa về hệ thống đo;
+ Khối đo thông số: dùng đồng hồ đo đa năng;
+ Khối máy tính giám sát: 1 máy tính PC để giám sát các thông số điện
năng qua màn hình máy tính đƣợc thiết kế giao diện sẵn có;
- Nguyên lí hoạt động của cấu trúc:
“Giả sử mô hình thí nghiệm đƣợc 2 nguồn từ lƣới điện 3 pha 4 dây là
lƣới 1 và lƣới 2, trong đó lƣới 1 là nguồn chính có thể mất bất kì lúc nào, còn
lƣới 2 là nguồn dự phòng và luôn luôn đƣợc cấp điện. Giả sử lƣới 1 đang cung
cấp cho hệ thống tải phía động lực mà vì một lí do sự cố nào đó khiến các thiết
bị đóng cắt bên lƣới 1 đóng lại ngừng cấp nguồn cho phụ tải. Thì khối chuyển

nguồn tự động sẽ cảm nhận đƣợc sự mất điện từ nguồn lƣới chính và sau một
thời gian ngắn khối này sẽ cho nguồn dự phòng cấp điện cho phụ tải.
Khối thiết bị đo là 4 biến dòng đƣợc mắc ở phía động lực đƣợc dùng để
lấy tín hiệu điện đƣa vào khối đo thông số là đồng hồ đo, đồng hồ đo thực hiện
nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ lƣới để xử lí thông số đƣa tín hiệu về khối máy
tính giám sát, khối máy tính giám sát có nhiệm vụ hiển thị các thông số mạch đo
mà đồng hồ đo đƣợc để báo cáo với các kỹ sƣ quan sát trực tiếp tại màn hình
máy tính” .
”

9


CHƢƠNG 2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
2.1. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT
2.1.1. Lựa chọn thiết bị cho mô hình thí nghiệm
Thiết bị đƣợc lựa chọn cho mô hình bao gồm:
+ 2 Aptomat 3 pha:
“Aptomat là khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện khi có sự cố: quá
tải, ngắn mạch, sụt áp,…. Thƣờng gọi là aptomat không khí vì hồ quang đƣợc
dập tắt trong không khí (ACB). Yêu cầu đối với aptomat:
Chế độ làm việc định mức của aptomat phải là chế độ dài hạn, nghĩa là trị
số dòng điện định mức chạy qua aptomat lâu bao nhiêu cũng đƣợc. Mặt khác,
mạch vòng dẫn điện của aptomat phải chịu đƣợc dòng ngắn mạch lớn lúc các
tiếp điểm của nó đã đóng hoặc đang đóng.
Aptomat phải cắt đƣợc trị số dòng ngắn mạch lớn có thể lên đến hàng
chục kA. Sau khi cắt vẫn phải đảm bảo làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức.
Để nâng cao tính ổn định nhiệt và tính ổn định điện động của các thiết bị,
hạn chế sự phá hoại của dòng ngắn mạch, aptomat phải có thời gian cắt nhỏ.
Muốn vậy phải kết hợp giữa lực thao tác cơ học và thiết bị dập hồ quang bên

trong aptomat. Để thực hiện yêu cầu thao tác có chọn lọc aptomat phải có khả
năng điều chỉnh đƣợc dòng điện tác động và thời gian tác động” [1].
Trong bộ thiết bị tự động chuyển nguồn của phòng thí nghiệm sử dụng 2
aptomat 3 pha do hãng LS sản xuất tại Hàn Quốc:
- Mã hiệu: BKN – 3P
- Số cực: 3
- Điện áp định mức: 400V AC
- Tần số: 50/60Hz
- Dòng cắt định mức: 3A
- Dòng cắt: 6000A
+ 5 contactor 3 pha:
10


“Công tắc tơ là một khí cụ điện dùng để đóng cắt thƣờng xuyên các mạch
điện động lực từ xa bằng tay hoặc tự động. Việc đóng cắt công tắc tơ có thể thực
hiện bằng nam châm điện, thủy lực hay bằng khí nén. Thông thƣờng sử dụng
loại bằng nam châm điện” [1].
Trong bộ thiết bị tự động chuyển nguồn của phòng thí nghiệm sử dụng 2
công tắc tơ 3 pha do hãng LS sản xuất tại Hàn Quốc:
- Mã hiệu: GMC – 32
- Số cực: 3
- Số cặp tiếp điểm phụ: 2
- Điện áp định mức/Công suất định mức/Dòng điện định mức:
o 240VAC/7.5kW/32A
o 440VAC/15kW/32A
o 550VAC/18.5kW/28A
o 690VAC/18.5kW/20A
- Tần số: 50/60Hz
+ 1 nguồn AC - DC 24VDC/5A

+ 1 thiết bị bù
+ 4 biến dòng 50/5
+ 3 bộ tụ bù
+ Một bảng tủ điện kích thƣớc 120 x 80
+ Máng điện dài 120cm = 2x30 +40+20.
+ Cầu đấu : loại nhỏ cho mạch điều khiển 1 chiếc 12.2 chân, loại lớn cho
mạch động lực 3 chiếc 4.2 chân.
+ Rơle trung gian:
“Rơle là một loại khí cụ điện tự động mà đặc tính “vào – ra” có tính chất
nhƣ sau: Tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác
định.
Đại lƣợng cần để rơle hoạt động đƣợc gọi là đại lƣợng tác dụng. Các đại
lƣợng tác dụng đƣợc đặt vào các đầu vào khác nhau của rơle, chúng có thể là
11


một hoặc nhiều đại lƣợng khác nhau. Rơle có đại lƣợng tác dụng là đại lƣợng
điện (dòng điện, điện áp, công suất,…) đƣợc gọi là rơle điện” [1].
Trong bộ thiết bị tự động chuyển nguồn của phòng thí nghiệm sử dụng 4
rơle điện từ do hãng OMRON sản xuất.
- 2 rơle OMRON 220VAC:
+ Mã hiệu: NY4NJ
+ Điện áp định mức: 240VAC
+ Dòng điện định mức: 5A
- 2 rơle OMRON 24VDC:
+ Mã hiệu: NY2NJ
+ Điện áp định mức: 28VDC
+ Dòng điện định mức: 5A
+ Đèn báo : 3 đèn báo pha,
+ 1 đồng hồ đo đa năng MFM384-C:

- “Trong hệ thống đo thông số mạng điện trong phòng thí nghiệm sử
dụng một đồng hồ đo đa năng do hãng SELEC sản xuất tại Ấn Độ để lấy thông
số mạng điện”.

Hình 2.1. Mặt trƣớc của đồng hồ đo đa năng MFM384-C
- Đồng hồ có kích thƣớc 96 x 96 mm.
12


- Trọng lƣợng: 318gms.
- Màn hình hiển thị:
+ Hiển thị bằng màn hình LCD có đèn nền.
+ Hiển thị thông số mạng điện 4 hàng, mỗi hàng có 4 số.
+ Hàng thứ 5 có 8 số để hiển thị thông số điện năng ( khả năng nhớ
10 năm).
+ Thanh đồ thị hiển thị ở đầu mỗi hàng.
+ Chuyển màn hình hiển thị tự động hoặc bằng tay (lập trình đƣợc).
+ Thời gian cập nhật màn hình hiển thị cho tất cả các thông số là 1
giây.
- Điện áp tiêu chuẩn đầu vào:
11  300VAC (L - N)
19  519VAC (L – L)
- Theo tiêu chuẩn UL:
11  277VAC (L - N)
19  480VAC (L – L)
- Dòng điện tiêu chuẩn đầu vào:
+ Danh định là 5A AC (giá trị nhỏ nhất là 11mA, giá trị lớn nhất là 6A).
- Phạm vi tần số: 45  65Hz
- Tiêu hao năng lƣợng ở đầu vào: Lớn nhất 0.5VA/pha.
- Dòng sơ cấp chọn đƣợc từ 5  10000A.

- Dòng thứ cấp chọn đƣợc 1A hoặc 5A.
- Điện áp sơ cấp chọn đƣợc từ 100  500kV.
- Điện áp thứ cấp chọn đƣợc từ 100  500VAC (L – L).
- Công suất tiêu thụ: nhỏ hơn 8VA.
- Xung đầu ra:
+ Điện áp cho phép: giá trị lớn nhất là 24VDC.
+ Dòng điện cho phép: giá trị lớn nhất là 100mA.
+ Độ rộng xung: 100ms  5ms.
13


- Điều kiện môi trƣờng xung quanh cho phép:
+ Sử dụng trong nhà.
+ Độ cao cho phép lên đến 2000m.
+ Ô nhiễm môi trƣờng mức độ 2.
+ Nhiệt độ cho phép hoạt động: -10 oC  55 oC .
+ Nhiệt độ cho phép bảo quản: -20 oC  75 oC .
+ Độ ẩm cho phép: lên đến 85%.
+ Cáp động lực CADIVI 4m loại 35mm2
2.1.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình

Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thiết bị của mô hình
14


Mô hình thí nghiệm đƣợc xây dựng trên một bảng điện có kích thƣớc 120
x 80 bao gồm các aptomat, contactor, đồng hồ, tải, thiết bị bù đƣợc bố trí một
cách hợp lí nhƣ trên.
Chức năng của các thiết bị nhƣ sau:
- Aptomat 1,2 là 2 aptomat dùng để cấp nguồn từ hai nguồn lƣới là lƣới

1 và lƣới 2, có chức năng là bảo vệ ngắn mạch cho mô hình
- 2 công tắc tơ đƣợc dùng để đóng cắt nguồn lƣới 1 và lƣới 2 là thiết bị
đƣợc điều khiển bởi 2 rơ le trung gian RL3 và RL4.
- 3 aptomat 1 pha đƣợc sử dụng để cấp nguồn cho bộ nguồn 24VDC,
đồng hồ đo và thiết bị bù tự động
- 4 biến dòng dùng cho việc đo lƣờng
- Tải là động cơ không động bộ roto lồng sóc.
- Thiết bị bù đƣợc dùng để điều khiển đóng tụ bù lên lƣới.
- Đồng hồ điện năng: đo thông số điện năng từ nguồn cấp.
2.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐI DÂY CHO MÔ HÌNH
2.2.1. Sơ đô đi dây chung cho mô hình
“Sơ đồ đi dây cho mô hình một cách tổng quan nhƣ sau: Dây từ nguồn sẽ
đƣợc chia làm 2 nguồn là nguồn chính và nguồn dự phòng, qua cầu đấu nguồn
chính đƣợc nối đến aptomat 1, nguồn dự phòng đƣợc nối đến aptomat 2, sau đó
aptomat 1 sẽ cấp nguồn cho contactor 1, aptomat 2 sẽ cấp nguồn cho contactor
2, 3 thanh cái sẽ đƣợc đi qua biến dòng và nối đến phụ tài. Bộ điều khiển logic
khả trình LOGO! sẽ đƣợc cấp nguồn từ bộ nguồn 24VDC, tiếp điểm thƣờng mở
của 2 rơ le trung gian RL1 và RL2 đƣợc kết nối với đầu vào của LOGO!, đầu ra
của LOGO! cấp nguồn 24VDC cho 2 Rơle RL3 và RL4. Đồng hồ đo đƣợc nối
với biến dòng thông qua các dây điều khiển, đồng hồ đo đƣợc nối với máy tính
thông qua cổng RS485. Đèn báo đƣợc lấy nguồn từ 3 pha L1, L2, L3 tƣơng ứng
để báo hệ thống có nguồn 3 pha”

15


L1 L2

L3 N

Ð1 Ð2 Ð3

L
L+

M

I1

I2

I3

I4
N
GND

AT1

AT2

CTT1

LOGO 12/24RC

CTT2

AT3

AT4 AT5

RL1

RL2

RL3

RL4

V-

Nguon 24VDC

VV+
Q1

Q2

Q3

Q4
V+

BD1

BD2

BD3
N

L

_

+

_

+

Pulse O/P

I1
S1

I2
S2

S1

N

L

RS485

Dong ho do

Thiet bi bu

I3
S2

S1

S2

N

V1

V2

V3

Tai

Hình 2.3. Sơ đồ đi dây chung cho mô hình thí nghiệm
16


2.2.2. Sơ đồ đi dây riêng cho chƣơng trình chuyển nguồn tự động dùng
LOGO! 12/24RC
+ sơ đồ mạch động lực:

MCB2

MCB1
K1

L1

K2

L4

L2

L5

L3

L6

N

N

R1

R2

Tai 3 pha

220VAC

AT

R3

K1

R4

K2

Hình 2.4. Sơ đồ mạch động lực của hệ thống tự động chuyển nguồn.
+ Sơ đồ mạch điều khiển:
17


24V

L+

0V

M
R1

L+

M

INPUT

R2

I2

I1

K2

I3

K1

I4

LOGO! 12/24RC
Q2

Q1

OUTPUT

1

R3

2

1

2

R4

Hình 2.5. Sơ đồ mạch động lực của hệ thống tự động chuyển nguồn.

Nguyên lí của mạch động lực:
“Giả sử có 2 nguồn là nguồn lƣới 1 và nguồn lƣới 2, nếu nguồn điện 1
đang sử dụng mà mất điện thì lập tức R2 có điện, tín hiệu đƣợc gửi đến đầu vào
của LOGO!. LOGO! sẽ thực hiện chƣơng trình để điều khiển cấp nguồn cho rơ
le R4, tiếp điểm rơ le R4 ở mạch động lực đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút CTT
K2, tiếp điểm K2 mạch động lực đóng lại nguồn lƣới 2 đƣợc cấp đến phụ tải.
Khi nguồn lƣới 1 có điện trở lại thì R1 có điện tiếp điểm R1 đóng lại cấp tín hiệu
điều khiển cho LOGO!. Sau 2s LOGO! sẽ thực hiện chƣơng trình cấp nguồn cho
rơ le R3, tiếp điểm R3 ở mạch động lực đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút CTT
K1, tiếp điểm K2 mạch động lực đóng lại, tải lại đƣợc cấp nguồn trở lại từ lƣới
1. Và lúc này đồng thời tiếp điểm K2 ở mạch động lực sẽ mở ra”.
2.3. CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LOGO! CHO MÔ HÌNH
18


2.3.1. Giới thiệu về bộ điều khiển logic khả trình LOGO!
“Logo! là bộ điều khiển lập trình loại nhỏ đa chức năng của siemens,
đƣợc chế tạo với nhiều loại khác nhau để phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Do
đó nó đƣợc sử dụng ở nhiều mức điện áp vào khác nhau nhƣ: 12VDC, 24VAC,
24VDC, 230VAC và có ngõ ra số và ngõ ra relay” [2].
“Logo! bus có giao tiếp Asi. Logo! có thể trao đổi thông tin qua mạng với
bộ điều khiển cấp cao hơn nhƣ: Simatic S7 200. Logo! bus có thể chuyển sang
hoạt động ở chế độ độc lập bất cứ lúc nào nếu mạng có lỗi, nó tự hoạt động.
Ngoài ra logo! bus có thêm 4 đầu ra ảo để thay đổi dữ liệu trên bus Asi(kết nối
với các bộ cảm biến)” [2].
“Logo! có các chức năng cơ bản đƣợc dùng để thiết lập một mạch điện
đơn giản. Khi một hệ thống điều khiển đòi hỏi phức tạp thì phải kết hợp với các
chức năng đặc biệt để đạt đƣợc yêu cầu công nghệ. Các chức năng này đƣợc kí
hiệu và khả năng ứng dụng của chúng”[2].
* Các đầu nối ra CO (CONECTORS)

- Các ngõ vào của logo ký hiệu từ I1 đến I6.
- Các ngõ ra của logo ký hiệu từ Q1 đến Q4.
- Các đầu nối có thể sử dụng trong Menu Co là:
+ Ngõ vào ( Inputs): I1 – I2 – I3 – I4 – I5 – I6 – I7 – I8.
+ Ngõ ra (Outputs): Q1 – Q2 – Q3 – Q4.
+ Mức thấp: lo („0‟ hay OFF)
+ Mức cao: hi ( „1‟ hay ON)
+ Ngõ không nối: „ X‟

19


Khi ngõ vào của một khối luôn ở mức thấp thì chọn „lo‟, nếu luôn ở mức
cao thì chọn „hi‟, nếu ngõ đó không cần sử dụng thì chọn „X‟ [2].
2.3.2. Lập trình bằng tay cho LOGO!
* Chƣơng trình:
I1
I3
x

I2
I4
x

&
>1
Q1

x
x

T=2s

I1

&

1

>1
Q2

T=2s

x

Hình 2.6. Chƣơng trình điều khiển tự động chuyển nguồn trên logo!.
* Các bƣớc thực hiện trên logo!
Nhấn tổ hợp 3 phím “ ,  và ok” để vào phần cài đặt của logo!
Sau đó chọn Program  edit Program  lập chƣơng trình bên trên cho
logo!



Hình 2.7. Tạo chƣơng trình mới cho logo!
Sau khi kết thúc cài đặt nhấn “start” để bắt đầu thực hiện chƣơng trình
20


Hình 2.8. Chƣơng trình bắt đầu đƣợc thực hiện trên logo!

2.4. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐO ĐIỆN NĂNG
2.4.1. Lựa chọn thiết bị
Thiết bị đƣợc lựa chọn cho mô hình bao gồm:
* Một aptomat 3 pha do hãng LS sản xuất tại Hàn Quốc
+ Mã hiệu: ABN53c – 3P- 40A- 18KA
+ Số cực: 3 pha
+ Điện áp định mức: 400 VAC
+ Tần số định mức: 50/60 Hz
+ Dòng cắt định mức: 40 A
+ Dòng cắt Icu: 18 KA
* Một công tơ điện 1 pha EMIC

Hình 2.9. Công tơ điện 1 pha EMIC.
- Đặc điểm:
21