Nghiên cứu khảo sát hệ thống tự động nạp acqui trạm biến áp 220 KV đồng hới thiết kế lắp ráp hệ thống acqui 1000VA, 12VDC, 45a

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA: KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên nhóm sinh viên: Nguyễn Hữu Khang
Trần Nam
Đỗ Mạnh Tuấn
Lớp: Đại học kỹ thuật điện - điện tử - K56
I.

Tên đề tài: Nghiên cứu khảo sát hệ thống tự động nạp acqui trạm biến áp 220 KV

Đồng Hới - Thiết kế lắp ráp hệ thống acqui 1000VA, 12VDC, 45A.
II. Các số liệu ban đầu
Lấy tải trạm hiện áp 220 KV Đồng Hới
III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
Chương 1: Giới thiệu về trạm BA 220 KV Đồng Hới và hệ thống nạp acqui tự động:
I.

Trạm biến áp 220 KV Đồng Hới

II.

Hệ thống điện DC trong trạm 220 KV Đồng Hới

III. Acqui và các phương pháp nạp acqui
Chương 2: Nghiên cứu, khảo sát hệ thống tự động nạp acqui
I.

Giới thiệu chung về hệ thống nạp acqui

II.

Nghiên cứu, khảo sát mạch động lực của hệ thống nạp acqui tự động
1. Sơ đồ khối
2. Chức năng các khối
3. Nguyên lý làm việc
4. Tính tốn kiểm nghiệm

III. Nghiên cứu, khảo sát mạch điều khiển của hệ thống nạp acqui tự động
1. Sơ đồ khối
2. Chức năng của khối
3. Nguyên lý hoạt động của một số khối cơ bản
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Chương 3: Thiết kế, lắp ráp hệ thống nạp acqui 1000 VA
I.

Thiết kế, lắp ráp mạch động lực

II.

Thiết kế, lắp ráp mạch điều khiển

III. Hồn thiện mơ hình
Phần kết luận
Tài liệu tham khảo
IV. Ngày giao đồ án: 20/8/2018
Ngày hồn thành đồ án: 10/12/2018
Thơng qua bộ môn
Ngày …… tháng …… năm 2018
Trưởng bộ môn

Giáo viên hướng dẫn
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

GVC. Nguyễn Mạnh Hà

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 5
CHƯƠNG I............................................................................................................ 6
GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV ĐỒNG HỚI VÀ HỆ THỐNG NẠP
ẮC QUI TỰ ĐỘNG ............................................................................................... 6
I. TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV ĐỒNG HỚI ............................. 7
1.1 Vai trò của trạm biến áp trong hệ thống điện ....................................................7
1.2 Đặc điểm của trạm biến áp 220kV Đồng Hới ...................................................9
II. HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỀU TRONG TRẠM BIẾN ÁP ................... 10
2.1 Vai trò nguồn điện một chiều ..........................................................................10
2.2 Phân loại...........................................................................................................10
III. ẮC QUI VÀ PHƯƠNG PHÁP NẠP ẮC QUI .......................................... 10
3.1 Khái niệm.........................................................................................................10
3.2 Nguyên lý làm việc ..........................................................................................10
3.3 Kết luận ............................................................................................................16
3.4 Nhận xét ...........................................................................................................17
3.5 Các thông số kỹ thuật của bộ ắc qui ................................................................17
CHƯƠNG II ........................................................................................................ 21
NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NẠP ẮC QUI ................ 21
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NẠP ẮC QUI .............................. 22
II. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT MẠCH ĐÔNG LỰC CỦA HỆ THỐNG NẠP
ẮC QUI TỰ ĐỘNG .......................................................................................... 25
2.1 Sơ đồ khối của hệ thống ...................................................................................25
2.2 Chức năng các khối...........................................................................................26
2.3 Nguyên lý làm việc của một số khối cơ bản của mạch động lực.....................27

2.4 Tính toán kiểm nghiệm .....................................................................................29
III. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG NẠP
ẮC QUI TỰ ĐỘNG .......................................................................................... 45
3.1 Sơ đồ khối ........................................................................................................45
3.2 Chức năng của các khối ...................................................................................47
3.3 Nguyên lý làm việc của một số khối cơ bản ....................................................49
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.4

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Sơ đồ kết nối điện mạch điều khiển và động lực..........................................57

CHƯƠNG III .......................................................................................................... 58
THIẾT KẾ LẮP RÁP HỆ THỐNG NẠP ẮC QUI 1000VA ................................................ 58
I. THIẾT KẾ LẮP RÁP MẠCH ĐỘNG LỰC ................................................ 59
1.1 Chỉnh lưu cầu 1 pha .........................................................................................59
1.2 Sơ đồ khối ........................................................................................................61
1.3 Tính tốn mạch lực ..........................................................................................62
II. THIẾT KẾ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN ............................................ 66
2.1 Mạch ổn áp cấp nguồn cho mạch điều khiển ...................................................66
2.2 Lựa chọn các khâu trong mạch điều khiển ......................................................66
2.3 Tính tốn các phần tử mạch điều khiển ............................................................70
III. HOÀN THIỆN MÔ HÌNH ........................................................................ 76

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ....................................................................................... 79
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 83

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta đang bước trên con đường cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa. Nước ta là
một nước đang phát triển và đang dần tiếp cận với khoa học kỹ thuật hiện đại. Ngày
nay trong công nghiệp, các mạch điều khiển người ta sử dụng kỹ thuật số với các
chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt và dễ dàng thay đổi được cấu trúc tham số
hoặc các luật điều khiển. Nó làm tăng tốc độ tác động nhanh và có độ chính xác cao
cho hệ thống. Như vậy nó làm chuẩn hóa các hệ thống truyền động điện và các bộ điều
khiển tự động hiện đại và có những đặc tính làm việc khác nhau.
Trong ứng dụng đó thì việc áp dụng vào mạch nạp ắc qui tự động đang được sử
dụng rộng rãi và có nhiều đặc tính ưu việt. Chính vì vậy việc nghiên cứu, chế tạo ắc
qui và nguồn nạp ắc qui là hết sức cần thiết, nó ảnh hưởng rất lớn tới dung lượng và độ
bền của ắc qui.
Với lý do đó đề tài “Nghiên cứu khảo sát hệ thống tự động nạp acqui trạm biến
áp 220 KV Đồng Hới - Thiết kế lắp ráp hệ thống acqui 1000VA, 12VDC, 45A” do
Giảng viên Nguyễn Mạnh Hà hướng dẫn và đã được thực hiện.
Đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Giới thiệu về trạm BA 220 KV Đồng Hới và hệ thống nạp ắc qui tự

động.
Chương 2: Nghiên cứu, khảo sát hệ thống tự động nạp ắc qui.
Chương 3: Thiết kế, lắp ráp hệ thống nạp ắc qui 1000 VA.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn, các bạn trong lớp và sự
hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Mạnh Hà đã giúp đỡ em nhiều trong quá trình
làm đồ án tốt nghiệp này!

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN
ÁP 220 KV ĐỒNG HỚI VÀ HỆ
THỐNG NẠP ẮC QUI TỰ
ĐỘNG

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I.

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV ĐỒNG HỚI

Hình 1-1: Trung tâm vận hành trạm 220KV Đồng Hới
1.1 Vai trò của trạm biến áp trong hệ thống điện
- Trạm biến áp là một công trình để chuyển đởi điện áp từ cấp này sang cấp
khác,trạm biến áp được phân loại theo điện áp, theo địa dư:
+ Theo điện áp, trạm biến áp có thể là trạm tăng áp,cũng có thể là trạm hạ áp hay
trạm trung gian.
+ Trạm tăng áp thường được đặt ở các nhà máy điện, làm nhiệm vụ tăng điện áp
từ điện áp máy phát lên điện áp cao hơn để truyền tải đi xa. Trạm hạ áp thường đặt ở
các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp hơn thích hợp với các hộ
tiêu thụ điện. Trạm biến áp trung gian chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giửa hai lưới điện có
cấp điện áp khác nhau.
+ Theo địa dư, trạm biến áp được phân loại thành trạm biến áp khu vực và trạm
biến áp địa phương:
 Trạm biến áp khu vực được cung cấp điện từ mạng điện khu vực (mạng điện
chính) của HTĐ để cung cấp điện cho một khu vực lớn bao gồm các thành phố, các

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

khu công nghiệp,… Điện áp của trạm khu vực phía sơ cấp là 110, 220 kV, cịn phía
thứ cấp là 35, 22, 10 hay 6kV.
 Trạm biến áp địa phương là những trạm biến áp được cung cấp điện từ mạng
phân phối, mạng địa phương của HTĐ cấp cho từng xí nghiệp, hay trực tiếp cấp cho
các hộ tiêu thụ với điện áp thứ cấp thấp hơn.
+ Ở phía cao áp và hạ áp của trạm biến áp có các thiết bị phân phối (TBPP) tương
ứng: TBPP cao áp và TBPP hạ áp. TBPP có nhiệm vụ nhận điện năng từ một số nguồn
cung cấp và phân phối đi nơi khác qua các đường dây điện.Trong TBPP có cả khí cụ
điện đóng cắt,điều khiển,bảo vệ và đo lường.
- Ngoài ra trong Hệ thống điện có một số trạm biến áp làm việc theo các chức năng
được quy định như sau
+ Trạm nối: Nhiệm vụ liên lạc giữa 2 Hệ thống có tần số khác nhau.
+ Trạm cắt: Chỉ có nhiệm vụ đóng, cắt điện (trạm khơng có MBA).
+ Trạm chỉnh lưu: Biến dịng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều.
+ Trạm nghịch lưu: Biến dịng một chiều thành dịng xoay chiều.

Hình 1-2: Máy biến áp 220KV
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

1.2 Đặc điểm của trạm biến áp 220kV Đồng Hới
- Trạm biến áp 220kV Đồng Hới nằm trên địa bàn phường Bắc Nghĩa - Thành phố
Đồng Hới - Tỉnh Quảng Bình. Được đưa vào vận hành năm 1991.
- Trạm biến áp 220kV Đồng Hới trực thuộc quyền quản lý trực tiếp của Truyền tải

điện Quảng Bình
- Cơng ty Truyền tải điện II về thiết bị và con người. Về việc thao tác, thay đổi
phương thức vận hành, xử lý sự cố được thực hiện theo mệnh lệnh của Trung tâm điều
độ miền trung (A3).
- Trạm biến áp gồm có 3 cấp điện áp, với nhiệm vụ nhận điện áp từ lưới 220kV Hà
Tỉnh - Đồng Hới và từ lưới 220kV Đông Hà – Đông Hới. Hạ áp xuống lưới 110kV
(Qua 2 MBA AT1, AT2) cung cấp cho các hộ phụ tải của tỉnh Quảng Bình và các hộ
phụ tải phía bắc tỉnh Quảng Trị. Phía 10kV khơng có phụ tải, chỉ được dùng để cung
cấp điện tự dùng trạm.
- Trạm được thiết kế theo kiểu nữa ngồi trời,vận hành trạm theo chế độ có nhân
viên trực thường xuyên.
- Trạm được xây dựng với quy mô lắp đặt hai máy biến áp tự ngẫu ba pha
125/125/25MVA. Đưa vào vận hành máy biến áp AT1 và AT2: 125/125/25MVA –
230/1216x2%/10,5kV. Đóng điện MBA AT1 và AT2 thành cơng vào Năm 1991.

Hình 1-3: Hệ thống thống dao cách ly
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

II. HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỀU TRONG TRẠM BIẾN ÁP
2.1 Vai trò nguồn điện một chiều
Trong nhà máy điện và trạm biến áp nguồn một chiều đóng một vai trị rất quan
trọng. Nó đảm bảo cung cấp dòng điện một chiều cho các phụ tải quan trọng và yêu
cầu có độ tin cậy về điện rất cao như : kích từ máy phát điện, các động cơ một chiều.

Các rơ le tự động, điều khiển từ xa, máy cắt, tín hiệu thắp sáng sự cố, đảm bảo cho các
phụ tải này hoạt động bình thường.
2.2 Phân loại
Dựa vào phương pháp cấp điện một chiều cho trạm và nhà máy ta có thể chia
nguồn điện ra làm 3 loại:
Máy phát điện một chiều: Là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông
thường, sủ dụng nguyên lí cảm ứng điện từ.
Mạch chỉnh lưu: là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện tử, dùng để biến đởi
dịng xoay chiều thành dịng điện một chiều.
Ắc qui: là một dạng nguồn điện hóa học, dùng để lưu trữ điện năng dưới dạng hóa
năng
Một số ưu nhược điểm của nguồn một chiều
- Ưu điểm: có độ tin cậy và ởn định cao, có thể dự trữ được điện.
- Nhược điểm: vận hành phức tạp, giá thành cao, độc hại
III. ẮC QUI VÀ PHƯƠNG PHÁP NẠP ẮC QUI
3.1 Khái niệm
Ắc qui là một nguồn điện được trữ năng lượng điện dưới dạng hoá.
Ắc qui là một nguồn điện một chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện trong công
nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày: như động cơ điện, bóng đèn điện, là nguồn
ni của các linh kiện điện tử... Ắc qui là nguồn cung cấp điện cho các động cơ khởi
động.
Trong thực tế có nhiều loại ắc qui nhưng phổ biến nhất là hai loại ắc qui chì và ắc
qui axit.
3.2 Nguyên lý làm việc
3.2.1 Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc qui
Ắc qui là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Q trình ắc qui cấp
điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, q trình ắc qui dự trữ năng
lượng được gọi là q trình nạp điện.
Kí hiệu hố học biểu diễn ắc qui axit có dung dich điện phân là axit H2SO4 nồng độ
d  1,1  1,3 % bản cực âm là Pb và bản cực dương là PbO2 có dạng :
(- ) Pb

 H2SO4 d  1,1  1,3 

PbO2 ( + )

Phương trình hố học biểu diễn q trình phóng nạp của ắc qui axit :
phóng
PbO2 + 2H2SO4 + Pb

2PbSO4 + 2H2O
nạp

Thế điện động E  2,1 V.
Nhận xét : Từ những điều đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong q trình phóngnạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi. Khi ắc qui phóng điện nồng độ dung
dịch điện phân giảm dần. Khi ắc qui nạp điện nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.
Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích
điện của ắc qui.
3.2.2 Các đặc tính phóng nạp của ắc qui
a, Đặc tính phóng của ắc qui

Hình 1-4: Đặc tính phóng của ắc qui
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Đặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động,
điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dịng điện
phóng khơng thay đởi.
- Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động, điện áp,
nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc
của các đồ thị khơng lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ởn định hay thời gian phóng
điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc qui ( dịng điện phóng )
của ắc qui.
- Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu ta tiếp tục cho ắc
qui phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của ắc qui sẽ giảm rất nhanh. Mặt
khác các tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thơ rắn rất
khó hồ tan ( biến đởi hố học) trong quá trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau này.
Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ắc qui, các giá trị Ep, Up, ρ tại
tgh được gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắc qui, ắc qui khơng được phóng
điện khi dung lượng cịn khoảng 80%.
- Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức điện động,
điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi
phục hay khoảng nghỉ của ắc qui. Thời gian hồi phục này phụ thuộc vào chế độ phóng
điện của ắc qui (dịng điện phóng và thời gian phóng).

b, Đặc tính nạp của ắc qui

Hình 1-5: Đặc tính nạp của ắc qui
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau :
- Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = ts thì sức điện động, điện áp, nồng độ
dung dịch điện phân tăng dần.
- Tới thời điểm tn = ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (cịn gọi là
hiện tượng sơi ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc qui đơn tăng đến 2,4 V .
Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên. Thời gian
này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lịng
các bản cực được biến đởi tuần hồn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện
của ắc qui.
Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ÷ 3h trong suốt thời gian đó
hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân không thay
đổi. Như vậy dung lượng thu được khi ắc qui phóng điện ln nhỏ hơn dung lượng cần
thiết để nạp no ắc qui.
Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc qui, nồng độ dung dịch điện
phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của ắc qui sau khi
nạp.
Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và t̉i thọ của ắc qui. Dịng
điện nạp định mức đối với ắc qui là In = 0,1C20. Trong đó C20 là dung lượng của ắc

qui mà với chế độ nạp với dịng điện định mức là In = 0,1C20 thì sau 20 giờ ắc qui sẽ
đầy.
Ví dụ với ắc qui C = 200Ah thì nếu ta nạp ởn dịng với dòng điện bằng 10% dung
lượng ( tức In = 20A ) thì sau 20 giờ ắc qui sẽ đầy.
3.2.3 Các phương pháp nạp ắc qui tự động
Có 3 phương pháp nạp ắc qui đó là:
- Phương pháp dịng điện
- Phương pháp điện áp
- Phương pháp dòng áp
a, Phương pháp nạp ắc qui với dịng điện khơng đổi

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Hinh 1-6: Phương pháp nạp ắc qui với dịng điện khơng đổi
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mọi loại ắc
qui, bảo đảm cho ắc qui được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo
dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá.
Với phương pháp này ắc qui được mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện :
Un ≥ 2,7.Naq
Trong đó:
Un - điện áp nạp
Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch
Trong quá trình nạp sức điện động của ắc qui tăng dần lên, để duy trì dịng điện

nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở
được xác định theo công thức :

R

U n  2.N aq
In

Nhược điểm của phương pháp nạp với dịng điện khơng đởi là thời gian nạp kéo
dài và yêu cầu các ắc qui đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức. Để khắc phục
nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dịng điện
nạp thay đởi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ
nhất chọn bằng ( 0,3 ÷ 0,5 )C20 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc qui
bắt đầu sơi. Dịng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,05C20.
b, Phương pháp nạp ắc qui với điện áp không đổi
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Hình 1-7: Phương pháp nạp ắc qui với điện áp không đổi
Phương pháp này yêu cầu các ắc qui được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện
thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng ( 2,3 ÷ 2,5 ) V cho mỗi ngăn đơn.
Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dịng nạp tự động giảm
theo thời gian.Tuy nhiên dùng phương pháp này ắc qui không được nạp no. Vì vậy nạp
với điện áp khơng đởi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho ắc qui trong quá trình sử

dụng.
- Ưu điểm: Hệ nạp đơn giản vì ta dễ lấy tín hiệu phản hồi điện áp từ ắc qui về để
điều khiển góc mở, nên có thể tự động hố q trình nạp một cách dễ dàng.
- Nhược điểm: Nếu nguồn nạp bị mất điện lâu, trong khi ắc qui vẫn tiếp tục được
sử dụng. Khi có điện trở lại độ chênh áp giữa nguồn cấp và ác qui lớn dẫn đến dòng
điện nạp lớn, phá hỏng ắc qui, gây ra hiện tượng no giả làm giảm dung lượng.
c, Phương pháp nạp dịng áp

Hình 1-8: Phương pháp nạp dòng áp
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Đây là phương pháp tởng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được những
ưu điểm của mỗi phương pháp.
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc qui tự động tức là trong q trình nạp mọi q
trình biến đởi và chuyển hố được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta
chọn phương án nạp ắc qui là phương pháp dòng áp.
- Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong
khoản thời gian tn = 16h tương ứng với 75 ÷ 80 % dung lượng ắc qui ta nạp với dịng
điện khơng đởi là In = 0,1C20. Vì theo đặc tính nạp của ắc qui trong 28 đoạn nạp
chính thì khi dịng điện khơng đởi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đởi, do đó bảo
đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 16h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta
chuyển sang nạp ở chế độ ởn áp. Khi thời gian nạp được 20h thì ắc qui bắt đầu no, ta
nạp bở xung thêm 2 ÷ 3h.

- Đối với ắc qui kiềm: Trình tự nạp cũng giống như ắc qui axit nhưng do khả năng
quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ởn dịng ta có thể nạp với dịng nạp In = 0,1C20.
Các q trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp
với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dịng nạp sẽ từ từ giảm về khơng
3.3 Kết luận
Vì ắc qui là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi
ắc qui đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dịng điện trong ắc qui sẽ tự động
dâng nên khơng kiểm sốt được sẽ làm sơi ắc qui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì
vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho ắc qui.
Khi dung lượng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ởn định
dịng nạp thì ắc qui sẽ sơi và làm cạn nước. Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển
chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp được giữ cho đến khi ắc qui đã thực
sự no. Khi điện áp trên các bản cực của ắc qui bằng với điện áp nạp thì lúc đó dịng
nạp sẽ tự động giảm về khơng, kết thúc q trình nạp.
Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau
+ ắc qui axit :
- Dịng nạp ởn định In = 0,1C20
- Dòng nạp cưỡng bức In = ( 0,3 ÷ 0,5 )C20.
+ ắc qui kiềm :
- Dịng nạp ổn định In = 0,1C20
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

- Dòng nạp cưỡng bức In = 0,25C20.

3.4 Nhận xét
Như vậy nếu chúng ta dùng cách mắc ắc qui nối tiếp với nhau thì dịng điện nạp
trong q trình ởn dịng nhỏ cịn điện áp nạp sẽ rất lớn. Phương pháp này không thoả
mãn vì điện áp nạp q lớn. Cịn với cách mắc ắc qui song song với nhau thì dịng điện
nạp rất lớn còn điện áp nạp nhỏ. Phương pháp này do dòng điện quá lớn nên chúng ta
phải chọn van chịu được công suất lớn, do vậy sẽ không đạt được về vấn đề kinh tế.
Từ đó chúng ta thấy :
Phương pháp tối ưu nhất vừa đáp ứng được yêu cầu của công nghệ vừa đạt được
hiệu quả kinh tế là phương pháp mắc hỗn hợp.
3.5 Các thông số kỹ thuật của bộ ắc qui

Hình 1-9: Ắc qui tại Trạm biến áp 220KV Đồng Hới
Hệ thống điện một chiều dùng để cung cấp nguồn cho các thiết bị điều khiển, bảo
vệ ...
Trong quá trình vận hành, khi hoạt động bình thường công suất hệ thống đạt khoảng
20.000W
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Hình 1-10: Hệ thống 2 dàn Ắc qui tại TBA 220 kV Đồng Hới
- Trạm E2 được lắp đặt 02 dàn ắc qui với điện áp 220V - DC.
- Dàn ắc qui thứ nhất gồm 174 bình, dàn thứ 2 gồm 165 bình và các bình trong mỗi
dàn được mắc nối tiếp với nhau. Số lượng ắc qui khác nhau do dung lượng tủ nạp mỗi
dàn khác nhau. Mỗi bình có điện áp 1,2V, dung lượng 200 Ah.

- Để nạp điện cho 02 bộ ắc qui này, Trạm E2 được lắp đặt 02 thiết bị nạp VD1,
VD2. Hệ thống nay được hoạt động như sau: Lúc bình thường thiết bị nạp VD1 và
VD2 cung cấp nguồn điện 1 chiều cho phụ tải và cấp một dòng nhỏ phụ nạp cho 02 bộ
ắc qui. Khi mất điện tự dùng, thiết bị nạp CD1, VD2 không làm việc, lúc này 02 bộ ắc
qui phóng điện lên thanh cái để cung cấp cho các phụ tải.
Thiết bị nạp: Chủng loại AESS - FRANCE.
Nhãn: CDN HPT 50.230XE - 3*380V/ 50Hz / 18KVA.
- Hai aptomat tổng Q1, Q2 và aptomat liên lạc giữa hai bộ ăcquy có liên động điện
với nhau. Khơng thể đóng đồng thời cả 3 aptomát Q1, Q2, Q3 được mà chỉ đóng được
một hoặc hai aptomat cùng một lúc (Tức là không 02 bộ ắc qui vào làm việc song
song).
- Các aptomat tổng Q1, Q2 và Q3 có đặt bảo vệ quá áp và kém áp.
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Hình 1-11: Sơ đồ hệ thống điện một chiều
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

 Bảng thống kê chi tiết:
TT

Ký hiệu vận
hành

Nhà chế

Chũng loại

Ghi chú

tạo

1

Aptomat Q1

3p - 160A

SIEMENS

Ap tổng bộ ăcquy số 1

2

Aptomat Q2

3p - 160A

SIEMENS

Ap tổng bộ ăcquy số 2

3

Aptomat Q3

3p - 160A

SIEMENS

Aptomat liên lạc

3p - 40A

SIEMENS

3p - 20A

SIEMENS

3p - 10A

SIEMENS

Các Aptomat
4

F101 F102, F201,
, F202
Ap F103 ….

5

F106
F203 …. F205
Ap F107 ….

6

F112
F206 …. F211

7

Bảo vệ chống

8

Bóng đèn sự cố

9

Máy cắt

10

SIEMENS

chạm đất

Rơ le

16 bóng

100W/bóng
Mỗi máy cắt 1 cuộn đóng

14 máy

76 cái
220–240 VDC

2 cuộn cắt, 345W/cuộn
Pmax : 45W
SIEMENS

Chế độ làm việc bình
thường P = 20 – 25W

Tổng cơng suất sử dụng điện một chiều của các thiết bị

  16.100  14.3.345  25.76 = 18kW
P

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

20

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT HỆ
THỐNG TỰ ĐỘNG NẠP ẮC
QUI

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I.

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NẠP ẮC QUI

Hình 2-1: Tủ điều khiển hệ thống nạp ắc qui
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

22

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Trong vận hành nhà máy và trạm biến áp nguồn thao tác làm nhiệm vụ cung cấp
điện cho các thiết bị thứ cấp: Bảo vệ rơ le, các thiết bị điều khiển đóng cắt, chỉ thị đo
lường báo tín hiệu, ánh sáng sự cố... Do đó nguồn thao tác phải có độ tin cậy cao, công
suất phải đủ lớn để đảm bảo làm việc chắc chắn của thiết bị thứ cấp lúc bình thường
cũng như lúc sự cố nặng nề nhất về điện áp trên thanh góp nguồn thao tác cần có chế
độ ởn định lớn.
Nguồn thao tác có thể một chiều hoặc xoay chiều. Song để có độ tin cậy cung cấp
điện cao và cấu tạo thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, trong các nhà máy điện và trạm biến áp
người ta thường dùng nguồn thao tác một chiều.
Trong các nhà máy và trạm biến áp có cơng suất lớn. Nguồn điện một chiều để
cung cấp cho các thiết bị thứ cấp được lấy trực tiếp nguồn xoay chiều trong nhà máy
hay trong trạm qua thiết bị biến đởi. Ngồi ra để đảm bảo cung cấp điện liên tục cịn có
nguồn dự phịng khi nào nhà máy điện hay trạm biến áp bị sự cố mất nguồn điện lưới.
Để đáp ứng được yêu cầu trên, người ta đã sử dụng bộ nguồn ắc qui. Vì nguồn
điện một chiều ắc qui có độ tin cậy cao, sự làm việc của chúng không phụ thuộc vào
điều kiện bên ngoài và bảo đảm các thiết bị thứ cấp làm việc tốt ngay cả khi mất điện
chính trong nhà máy hay trạm biến áp. Một ưu điểm nữa là ắc qui có khả năng quá tải
ngắn hạn khá lớn. Để ắc qui làm việc đạt hiệu quả cao và thời gian phục vụ lâu dài đòi
hỏi phải có máy nạp ắc qui tốt. Máy có tính năng tốt tức thỏa mãn được yêu cầu về
cung cấp nguồn điện nạp cho tổ ắc qui ở các trạm biến áp, như làm việc chắc, nhiệt độ
lớn, độ bền cao và công suất đảm bảo thiết bị BA3( là loại thiết bị biến đởi dịng điện
xoay chiều 3 pha thành dòng điện một chiều nạp cho ắc qui hoặc cung cấp cho phụ tải
một chiều.
Máy có các chức năng sau:
Nạp điện cho các loại nguồn ắc qui axit.
Làm việc song song với các tổ ắc qui để cung cấp cho tải DC.

Định hình các bộ ắc qui.
Thiết bị làm việc trong phịng kín có những điều kiện sau:

- Độ cao so với mực nước biển 1000m.
- Nhiệt độ môi trường từ 1 ÷ 350C.
- Độ ẩm khơng khí 80% khi nhiệt độ là 500C.
SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

- Môi trường xung quanh khơng có nguy cơ cháy nở, khơng có nhiều hơi ăn mòn,
kể cả khi đậm đặc tập trung, phá hủy kim loại và chất trơ, khơng có chung hơi bảo hịa
và tính bụi điện.
- Tránh sự va chạm rung động.
- Đặt làm việc liên tục trong không gian theo chiều đứng.
Tần số mạng điện: 50 ÷ 1 Hz.
Số pha: 3
Trị số điện áp ra được điều chỉnh bằng phẳng (điều chỉnh trơn) nhờ biến trở trong
thiết bị nạp ở các giới hạn sau:
Mức I : Từ 0 ÷ 380 (V)
Mức II : Từ 0 ÷ 260 (V)
Mức III: Từ 0 ÷ 8 (V)
Lúc đó thiết bị nạp ở chế độ I và II duy trì tự động điện áp chỉnh lưu một chiều
với chế độ chính xác ± 2%V. Trong chế độ thứ I thì khoảng thay đởi điện áp từ 260 ÷
380V khi dịng điện tải thay đởi từ 4 ÷ 40 A. Ở chế độ II khoảng thay đởi điện áp từ

220 ÷ 260 V khi dịng điện thay đởi từ 4 ÷ 8 A và khi dao động đồng thời của điện áp
vào trong giới hạn từ -5 ÷ 10% trị số định mức. Độ chính xác của ổn định điện áp ra ở
chế độ III khơng xác định (chuẩn hóa).
Ở chế độ I và II khi dịng điện tải đạt (1,05 ÷ 1,15) dịng định mức thì thiết bị nạp
chuyển sang chế độ ởn định dịng thì khơng bị cắt ra khỏi lưới. Khi giảm điện áp đầu
ra đến bằng 1/2 điện áp định mức đại lượng dịng điện lúc này khơng vượt q 1,2 Iđm.
Thiết bị có dịng bảo vệ tăng cao hơn 1,25 Iđm thời gian bảo vệ tác động không vượt
quá 0,03 giây. Ngồi ra thiết bị nạp có thể chịu q tải 110% giá trị định mức trong
thời gian 10 phút chu kỳ quá tải là một lần trong một giờ.
Hiệu suất của thiết bị không nhỏ hơn 92%.
Hệ số công suất thiết bị không nhỏ hơn 0,86%.
Hệ số đập mạch của điện áp ra của thiết bị khi làm việc với tải thuần trở không
lớn hơn 5%.

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

II. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT MẠCH ĐÔNG LỰC CỦA HỆ THỐNG NẠP
ẮC QUI TỰ ĐỘNG

Hình 2-2: Tủ điều khiển hệ thống nạp acquy tại TBA 220 kV Đồng Hới
2.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 2-3: Sơ đồ khối của hệ thống

SVTH: ĐỖ MẠNH TUẤN – NGUYỄN HỮU KHANG – TRẦN NAM

25