BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TỦ ATS DÙNG LOGO SIEMENS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.08 MB, 53 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
VIỆN CNTT - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
-----o0o-----
BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
TỦ ATS DÙNG LOGO SIEMENS
GVHD: ThS. PHẠM NGỌC HIỆP
SVTH : NGUYỄN HỮU CHÂU
MSV: 15032239
BÙI VĂN HUY
MSV: 15031388
LỚP
: DH15DC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
VŨNG TÀU, THÁNG 06 NĂM 2019
Báo cáo khoa học
GVHD: ThS.Phạm Ngọc Hiệp
LỜI CÁM ƠN
Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với
sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo ThS. Phạm Ngọc Hiệp trong đồ án tốt
nghiệp, em đã hoàn thành xong đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy
cô trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu
làm nền tảng cho những nghiên cứu của em trong đồ án.
Và sau cùng, xin cám ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã luôn có những hỗ trợ,
động viên, giúp đỡ trong những ngày hoàn thành đề tài này.Trong quá trình hoàn thành
báo cáo đồ án, với kiến thức còn hạn chế nên khó có thể tránh khỏi các khiếm khuyết.
Em mong nhận được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo để bản thiết kế của em
được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Vũng Tàu, ngày 02 tháng 06 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Châu
Bùi Văn Huy
.
.
.
Báo cáo khoa học
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
0.1. Đặt vấn đề ................................................................................................ 1
0.2. Tính cần thiết của đề tài .......................................................................... 1
0.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ............................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan hệ thống ATS. ...................................................................... 3
1.1.1. Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS....................................................... 3
1.1.2. Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS ................................................ 5
1.2. Phân loại hệ thống ATS ......................................................................... 9
1.2.1. ATS lưới - lưới ................................................................................ 10
1.2.2. ATS lưới - máy phát ......................................................................... 11
1.3. Cấu tạo của ATS...................................................................................... 13
1.3.1. Cấu tạo chung của ATS.................................................................. 13
1.3.2. Nguyên lý hoạt động của ATS ......................................................... 15
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LOGO SIEMENS
2.1. Giới thiệu chung về LOGO! .................................................................... 19
2.1.1. Cách nhận dạng LOGO! ................................................................... 20
2.1.2. Tổng quan về các version của họ LOGO! ........................................ 21
2.1.3. Khả năng mở rộng của LOGO! ........................................................ 22
2.1.4. Cách đấu dây cho LOGO! 230RC ................................................... 22
2.2. Các hàm trong LOGO! ........................................................................... 23
2.3. Lập trình bằng phần mềm LOGO! SOFT ............................................... 24
2.3.1. Thiết lập kết nối PC-LOGO! ............................................................ 24
2.3.2. Sử dụng phần mềm LOGO! soft ...................................................... 25
CHƯƠNG 3: NGUỒN MÁY PHÁT ĐIỆN DIESEL
3.1. Máy phát diesel ....................................................................................... 28
Báo cáo khoa học
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
3.1.1. Vai trò máy phát điện diesel ............................................................. 28
3.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ....................................................... 29
3.1.3. Những yêu cầu khi thực hiện tự động hóa nguồn dự phòng diesel .. 32
3.1.4. Lựa chọn máy phát điện ................................................................... 33
CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN
BẰNG PHẦN MỀM LOGO V8
4.1. Tính toán lựa chọn mạch động lực .......................................................... 35
4.1.1. Chức năng nhiệm vụ của các khối.................................................... 36
4.1.2. Khối đo lường và so sánh của ATS .................................................. 36
4.2. Thiết kế mạch điều khiển hoạt động của ATS ........................................ 38
4.2.1. Nhận xét............................................................................................ 38
4.2.2. Phương án dùng LOGO! ................................................................. 39
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
5.1. Kết luận .................................................................................................. 48
5.2. Hướng phát triển đề tài ........................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................
Chương Mở đầu
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
CHƯƠNG:
MỞ ĐẦU
0.1. Đặt vấn đề
Cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá 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 công 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.
0.2. Tính cần thiết của đề tài
Các khu công 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 không có lợi nhuận hoặc thua lỗ. Chất lượng điện xấu (chủ yếu là điện
Báo Cáo Khoa Học
1
Chương Mở đầu
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
áp thấp) ảnh hưởng lớn đến chất 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.
0.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
* Mục tiêu
- Tăng độ tin cậy cung cấp điện, làm giảm sơ đồ cung cấp điện, giảm được các
máy biến áp hoặc đường dây phải làm việc song song.
* Nhiệm vụ
- Thiết kế hệ thống chuyển nguồn tự động ATS sử dụng PLC LOGO.
- Đưa ra mô hình ATS sử dụng PLC LOGO.
* Giới hạn của đề tài
- Đề tài này tìm hiểu việc “Thiết kế hệ thống ATS sử dụng PLC LOGO” Không
bao hàm tất cả các đề tài khác và không chuyên sâu như một người có kinh
nghiệm lâu năm. Những vấn đề tìm hiểu còn có giới hạn kiến thức.
Báo Cáo Khoa Học
2
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS
1.1. Tổng quan hệ thống ATS.
Trong quá trình vận hành và sử dụng lưới điện không thể tránh khỏi các sự cố, mức
độ thiệt hại do sự cố gây ra có thể là rất lớn, thậm chí còn nguy hiểm đến tính mạng con
người. Do vậy cần phải hạn chế mức thấp nhất thiệt hại của sự cố gây ra. Khái niệm sự
cố ở đây có thể được hiểu bao gồm: Mất điện, mất pha, lệch pha, cao áp, thấp áp quá trị
số cho phép.
Ngày nay trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt hằng ngày có loại phụ tải không
được phép mất điện hay có sự cố dù chỉ trong một thời gian ngắn, vì điều đó có thể gây
thiệt hại nghiêm trọng về người và của cho chúng ta. Ví dụ như nguồn điện cấp cho các
thiết bị cấp cứu trong các bệnh viện nếu mất điện trong một thời gian rất ngắn cũng có
thể lấy đi mạng sống của rất nhiều bệnh nhân. Hay nguồn điện cấp cho các trung tâm
điện toán, hoặc một hệ thống SCADA- hệ thống kiểm tra điều khiển và thu thập dữ liệu
khi mất điện thì toàn bộ số liệu theo dõi và quá trình điều khiển đều không hoạt động
được, các công trình quan trọng cấp quốc gia như Hội trường quốc hội, Nhà khách chính
phủ, Ngân hàng nhà nước, đại sứ quán các nước, khu quân sự, sân bay, hải cảng… Một
số công trình trong lĩnh vực thương mại dịch vụ, du lịch như các khách sạn cấp cao, khu
trung tâm thương mại, các siêu thị hàng hóa…
Đối với tất cả các hộ tiêu thụ đặc biệt này cần phải được cấp điện một cách liên tục
để tránh gây ra các thiệt hại. Lúc đó ngoài nguồn chính là lưới điện ra các hộ tiêu thụ loại
này cần xây dựng một nguồn dự phòng để khi có sự cố với nguồn điện chính. Tương ứng
với nó cần phải có một thiết bị thực hiện việc cấp nguồn liên tục cho phụ tải đặc biệt này.
Hiện nay có 2 loại thiết bị đảm bảo được yêu cầu này đó là:
- Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS (Uninterrupting Power Supply).
- Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS (Automatic Transfer Switch).
1.1.1. Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS:
Là một thiết bị lập tức cấp điện cho phụ tải khi lưới điện chính có chất lượng không
đạt yêu cầu.P Thiết bị cấp nguồn liên tục chỉ dùng cho các phụ tải đặc biệt quan trọng
Báo cáo khoa học
Trang 3
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
cần nguồn liên tục như thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân trung tâm điện
toán… UPS được chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến vài trăm kW, đáp ứng cho
các loại phụ tải khác nhau. Công suất của UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng thường là
acqui và công suất của các bộ biến đổi. Dung lượng của nguồn acqui thường không lớn
nên thời gian cấp nguồn của UPS thường là không được dài khi phụ tải mất điện lâu dài
thì sau một thời gian làm việc nào đó để giải quyết nhiệm vụ cấp thiết, sau đó UPS dừng
làm việc. Hiện nay thường có 2 loại UPS là loại có chuyển mạch và loại không chuyển
mạch. Sơ đồ khối của 2 loại UPS này như hình 1.1 vẽ dưới:
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống UPS
-
AQ: Khối accqui
-
CL: Khối chỉnh lưu
-
NL: Khối nghịch lưu
-
CM: Khối chuyển mạch
-
Lọc: Khối lọc thành phần sóng bậc cao
Loại UPS có chuyển mạch (hình 1.1.a). Khối AQ được nạp qua chỉnh lưu và ở trạng
thái chờ vì lúc này chuyển mạch đang nối với lưới. Khi mất lưới chuyển mạch tự động
chuyển tải về phía AQ. Điện một chiều từ AQ qua bộ nghịch lưu biến đổi thành điện
xoay chiều với điện áp và tần số phù hợp với tải. Với công suất thấp, khối chuyển mạch
là rơle điện cơ còn ở công suất cao chuyển mạch thường dùng van bán P-N, làm việc ở
chế độ đóng ngắt. Đặc điểm chính của UPS kiểu này là cấu tạo đơn giản, điện áp ra chưa
thật chuẩn vì thiếu bộ lọc, thời gian tác động chậm vì phải qua bộ chuyển mạch vì vậy
nó thường được chế tạo với cấp công suất đến kW. Loại UPS không có chuyển mạch
(Hình 1.1.b). Điện lưới xoay chiều được bộ chỉnh lưu chuyển thành điện một chiều, vừa
nạp cho AQ, vừa đưa đến bộ nghịch lưu và bộ lọc cấp cho phụ tải. Loại UPS này có cấu
Báo cáo khoa học
Trang 4
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
tạo phức tạp hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn loại trên. Với sự tiến bộ của kỹ thuật điện
tử và điều khiển, loại UPS này được dùng rộng rãi trong các hệ cấp nguồn đòi hỏi chất
lượng cao. Cả hai loại UPS này đều có chung nhược điểm đó là thời gian hoạt động không
dài và phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng của bộ AQ. Cần lưu rằng khối AQ đóng một
vai trò đặc biệt quan trọng và nó là bộ phận dễ hỏng hóc do vậy công tác bảo vệ chăm
sóc AQ là vô cùng quan trọng, phải được thực hiện thường xuyên theo một chế độ nhất
định.
Chính vì nhược điểm lớn này mà UPS không được sử dụng rộng rãi bằng thiết bị tự
động chuyển nguồn ATS trong các hộ tiêu thụ đặc biệt nói trên.
1.1.2. Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS.
a. Tổng quan về công dụng của hệ thống ATS.
Vấn đề đảm bảo tính liên tục trong một hệ thống cung cấp điện là một nhu cầu cần
thiết cho sinh hoạt, cơ quan Nhà nước, đặc biệt là trong sản xuất công nghiệp.…Một
trong các phương pháp thường sử dụng để đảm bảo tính năng nói trên trong việc cung
cấp điện là sử dụng hệ thống chuyển mạch tự động ATS.
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.
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống ATS
Báo cáo khoa học
Trang 5
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
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 mô tả trong (hình 1.2).
b. Các nhiệm vụ 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 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.
Báo cáo khoa học
Trang 6
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
-
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 không tải.
Nguồn dự phòng ở đây có thể là một đường dây khác song song hoặc nguồn dự phòng
là một máy phát DIESEL. Tuỳ theo tính toán 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 phòng là lưới ta có ATS lưới- lưới, nếu nguồn dự phòng 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 phòng là một lưới điện khác lúc đó nguồn dự phòng có thể hoạt động
lâu dài giống như lưới chính. Còn đối với nguồn dự phòng 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 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 không có lợi và nhu cầu sản
xuất không cấp bách, lúc đó cho máy vận hành trong thời gian đủ giải quyết vấn
đề quan trọng thì cho máy dừng lại.
Báo cáo khoa học
Trang 7
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
c. Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS
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
Báo cáo khoa học
Trang 8
Chương 1
-
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
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 thông 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 phòng.
-
Ngoài ra hệ thống ATS còn 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.
1.2. 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 tạo hệ thống ATS
đi kèm theo máy phát. Tuy nhiên cũng có một số các công ty chuyên 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 phòng 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:
Báo cáo khoa học
Trang 9
Chương 1
-
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
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 không khí
Trường hợp căn cứ theo số lượng nguồn điện cung cấp cho phụ tải nguồn lưới chính
và nguồn máy phát dự phòng hệ thống ATS có thể bao gồm các dạng sau:
-
ATS dạng chuyển đổi hai nguồn: lưới điện chính và máy phát điện dự phòng 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.
1.2.1. ATS lưới - lưới:
Cấu trúc của loại ATS này được thể hiện trên (Hình 1.4.a) ATS lưới - lưới hoạt động
rất đơn giản, khi chất lượng nguồn chính không đạt lúc đó bộ so sánh thu tín hiệu sự cố
so sánh các thông số đó với các giá trị ngư ng đặt trước ngưng nếu sai khác giá trị định
mức tín hiệu sẽ được cấp cho khối điều khiển tác động đến khối chuyển mạch chuyển tải
sang nguồn còn lại. Khi lưới điện chính phục hồi trở lại ATS tiến hành kiểm tra chất
lượng nguồn điện chính nếu đủ tiêu chuẩn cấp tín hiệu chuyển tải trở lại nguồn chính.
Sơ đồ thời gian hoạt động của nó như sau:
Hình 1.5: Sơ đồ thời gian hoạt động của hệ thống ATS – Lưới
Giải thích hoạt động của sơ đồ:
Ban đầu tải được cấp điện bằng nguồn chính thông qua MBA1 khi lưới chính bị sự
cố như mất nguồn, mất pha…lúc đó khối điều khiển của ATS nhận tín hiệu sự cố và xử
lý, đồng thời ATS cũng kiểm tra chất lượng điện nguồn còn lại. Nếu chất lượng nguồn
Báo cáo khoa học
Trang 10
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
dự phòng tốt thì ATS sẽ tạo khoảng thời gian trễ (0-5s) để khẳng định lưới chính gặp sự
cố thực sự không phải là sự cố thoáng qua. Sau đó gửi tín hiệu cho cơ cấu chấp hành tác
động chuyển tải sang nguồn dự phòng.
Khi tải đang làm việc với nguồn dự phòng mà lưới chính phục hồi trở lại ATS xử lý
tín hiệu này đồng thời tạo khoảng thời gian trễ (3 – 30’ để đảm bảo rằng nguồn chính đã
ổn định có thể đưa vào vận hành. Sau đó ATS tác động đến cơ cấu chuyển mạch đưa tải
trở lại lưới chính. Và ATS tiếp tục theo dõi hoạt động của các nguồn điện bình thường.
1.2.2. 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 phòng
cũng vô 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 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 không đạt yêu 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 không tốt ảnh hưởng đến các quá 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
Báo cáo khoa học
Trang 11
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
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.
Quá trình hoạt động được cho trên giản đồ thời gian sau:
Hình 1.6: 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.
Báo cáo khoa học
Trang 12
Chương 1
-
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
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.
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 công 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 không thành công lúc đó thiết bị sẽ tự động
khoá lại không 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.
1.3. Cấu tạo của ATS
1.3.1. Cấu tạo chung của ATS
Một thiết bị tự động bất kì nào thông thường cũng có cấu tạo theo cấu trúc sơ đồ khối
như sau:
Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống ATS
* Các bộ phận cơ bản của 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 công 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.
Báo cáo khoa học
Trang 13
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
- 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 đến phần tử
chấp hành.
- Bộ phận chấp hành chuyển tải tới nguồn cấp thông qua công 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 không 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.
* Các kiểu đóng cắt:
a. Kiểu đóng cắt contactor hai ngả thuận nghịch:
Đóng cắt contactor CTT1 thì phải cắt CTT2 và ngược lại. Việc cài liên động về
điện để tạo hai trạng thái đóng cắt trái ngược nhau của CTT1 và CTT2 được thực hiện
trên mạch điều khiển hai cuộn dây của CTT1 và CTT2.
- Nhược điểm: kiểu đóng cắt này không thao tác được trực tiếp bằng tay.
- Ưu điểm: thời gian tác động nhanh, tần số đóng cắt lớn.
b. Kiểu đóng cắt bằng aptomat – kiểu truyền động:
Động cơ aptomat hai ngả thuận nghịch, việc đóng cắt aptomat được thực hiện do
việc đảo chiều quay của động cơ điện dung một pha xoay chiều thông qua cơ cấu truyền
động cơ khí phức tạp, chuyển động quay của động cơ biến thành chuyển động tịnh tiến
của cần gạt, cần gạt có thể chuyển động tiến hay lùi phụ thuộc vào chiều quay của động
cơ, do vậy cần gạt thực hiện việc đóng aptomat AP1 đồng thời ngắt aptomat AP2 hay
ngược lại.
Báo cáo khoa học
Trang 14
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
- Ưu điểm: có khóa liên động bằng cơ khí, có thể thao tác đóng cắt trực tiếp bằng
tay.
- Nhược điểm: Thời gian tác động chậm, tần số đóng cắt nhỏ.
c. Kiểu đóng cắt bập bênh – kiểu truyền động đóng cắt bằng nam châm:
Đặc điểm đặc trưng của kiểu đóng cắt này là sự “bập bênh” và được chia làm 2
loại thiết bị là: thiết bị 2 nam châm đóng cắt và thiết bị một nam châm.
Kiểu 2 nam châm đóng cắt: Một nam châm thực hiện hành trình quay ngược,
nam châm còn lại thực hiện hành trình quay thuận. Hai nam châm đóng cắt được khóa
liên động về điện lẫn nhau để mỗi lần đóng cắt chỉ có một nam châm làm việc, nam châm
kia bị khóa.
Ngoài ra thiết bị còn có các cơ cấu chốt phối hợp nhịp nhàng với bộ phận truyền
động.
Kiểu 1 nam châm đóng cắt: nam châm lúc này thực hiện hành trình quay ngược
lúc thì thực hiện hành trinh quay thuận, trong cơ cấu truyền động phải có bộ phận chốt
và nhả chốt nhịp nhàng để cơ cấu “phân biệt” được trạng thái tác động hiện tại với tác
động trước đó, do vậy cơ cấu rất phức tạp.
- Nhược điểm: thiết bị đóng cắt bộ tiếp điểm “bập bênh” bằng nam châm điện là
kiểu dẫn động khớp quay nên nếu tiếp xúc điện chỗ khớp quay không tốt sẽ gây phát
nhiệt lớn chô tiếp xúc làm cháy hỏng khớp quay do vậy công suất chuyển tải của thiết bị
bị hạn chế.
1.3.2. Nguyên lý hoạt động của ATS (Automatic Transfer Switch):
a. Nguyên lý: 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 phòng 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 phòng.
- Việc chuyển đổi có thể hoạt động theo chế độ tự động (Auto) hoặc điều khiển
bằng tay (Handy - Manual).
Báo cáo khoa học
Trang 15
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
Hình 1.8: Sơ đồ kết nối hệ thống ATS với máy phát
b. 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.
c. Phân loại:
Theo nguồn chính và nguồn dự phòng:
- 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.
Báo cáo khoa học
Trang 16
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
- 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 phòng (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 không 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 toàn 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 công, tăng rủi ro do đấu nối nhiều thiết bị)
d. Quy cách chọn tủ ATS:
- Phù hợp với công suất máy phát điện.
- Phù hợp với môi trường nhiệt đới, không khí nhiễm muối ven biển và hải đảo.
- Đảm bảo các yêu cầu về tính năng điều khiển.
e. Chức năng hoạt động của bộ chuyển nguồn tự động ATS:
- Bảo vệ máy phát, do có thời gian trễ giữa việc cắt MC máy phát và đóng 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).
Báo cáo khoa học
Trang 17
Chương 1
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
- 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 công.
- Điều chỉnh được các khoảng cách chuyển mạch.
- Có hệ thống đèn chỉ thị.
f. Lắp ráp và cài đặt:
- Tủ ATS có cấu tạo đơn giản, do đó có thể lắp ráp trong hoặc ngoài nước.
- Theo công suất trạm biến áp cho tòa nhà.
- Theo công 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.
Báo cáo khoa học
Trang 18
Chương 2
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ LOGO SIEMENS
2.1. Giới thiệu chung về LOGO!.
Ngày nay yêu cầu về tự động hóa ngày càng cao. Vì thế cần có những thiết bị điện
mới để đáp ứng yêu cầu trên, đồng thời giảm thời gian lắp đặt cũng như hạn chế diện tích
đặt máy móc và nâng cao tính linh hoạt của hệ thống.
Bộ điều khiển relay thông minh LOGO là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt
các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể
hiện thuật toán đó bằng các mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình,
LOGO trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ
dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Tính năng ưu việt của bộ điều khiển
LOGO như sau:
-
Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
-
Có thể lập trình trực tiếp trên màn hình hoặc thực hiện trên máy tính rồi đổ chương
trình sang bộ LOGO hoặc ngược lại.
-
Có thể đổ chương trình qua lại giữa các bộ LOGO với nhau.
-
Tính tương thích cao với các thiết bị khác.
-
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng.
-
Khả năng mở rộng cao.
Cấu trúc phần cứng và các khối chức năng của LOGO như sau:
Báo cáo khoa học
Trang 19
Chương 2
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc phần cứng và các khối chức năng của LOGO.
2.1.1. Cách nhận dạng LOGO!.
Trước khi sử dụng LOGO!, phải biết một số thông tin cơ bản về sản phẩm như điện
áp nguồn, ngõ ra là relay hay transistor…. Các thông tin đó được tìm thấy ngay ở góc
dưới bên trái của sản phẩm.
Báo cáo khoa học
Trang 20
Chương 2
GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp
Một số ký hiệu dùng để nhận biết các đặc tính của sản phẩm:
•
12: nguồn cung cấp là 12 VDC; 24: nguồn cung cấp là 24 VDC
•
230: nguồn cung cấp trong khoảng 115…240 VAC/DC
•
R: ngõ ra là relay. Nếu dòng thông tin không chứa kí tự này nghĩa là ngõ ra của
sản phẩm là transistor
•
C: sản phẩm có tích hợp các hàm thời gian thực.
•
O: sản phẩm không có màn hình hiển thị.
•
DM: Modul digital.
•
AM: modul analog.
•
CM: modul truyền thông.
2.1.2. Tổng quan về các version của họ LOGO!
Báo cáo khoa học
Trang 21
