THIẾT KẾ BỘ ATS DÙNG PLC – ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG CHO NHÀ MÁY, XÍ NGHIỆP Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (9)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HÀ NỘI, 6/2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ BỘ ATS DÙNG PLC – ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG
CHO NHÀ MÁY, XÍ NGHIỆP

Trưởng bộ mơn

: PGS.TS Trần Trọng Minh

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Võ Duy Thành
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Mạnh Hoàn

Lớp

: CN ĐK - TĐH 01 K58

MSSV

: 20135606

Giáo viên duyệt

:

HÀ NỘI, 6/2018


Mục lục

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này hoàn toàn do em thực hiện dựa trên cơ
sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức, khảo sát thực tế và dưới sự hướng dẫn trực tiếp
của thầy ThS. Võ Duy Thành. Các đoạn trích dẫn và số liệu sử dụng trong bài đồ án
đều được dẫn nguồn và có tính chính xác cao nhất trong sự hiểu biết của em.
Một lần nữa em xin khẳng định sự trung thực của lời cam kết trên, nếu có bất
cứ sự sao chép không hợp lệ hay vi phạm quy chế đào tạo nào em xin chịu hoàn
toàn trách nhiệm.
Sinh viên

Nguyễn Mạnh Hoàn

ii

Mục lục

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................vii
LỜI NĨI ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1................................................................................................................ 2
TỔNG QUAN ............................................................................................................ 2
1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................... 2
1.1.1. Lý do lựa chọn đề tài ................................................................................. 2
1.1.2. ATS là gì .................................................................................................... 3
1.1.3. Yêu cầu đồ án ............................................................................................ 5
CHƯƠNG 2................................................................................................................ 7
CẤU HÌNH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ................................................................ 7
2.1. Thiết kế mạch lực............................................................................................. 7
2.1.1. Yêu cầu bài toán ........................................................................................ 7
2.1.2. Sơ đồ cấu hình hệ thống ............................................................................ 8
2.1.3. Hệ thống tải cho trước của đối tượng ....................................................... 9
2.1.4. Khối nguồn chính .................................................................................... 10
2.1.5. Khối nguồn dự phịng ............................................................................. 13
2.1.6. Khối đóng cắt .......................................................................................... 17
2.1.7. Khối bảo vệ ............................................................................................. 21
2.1.8. Khối điều khiển ....................................................................................... 24
2.2. Thiết kế mạch điều khiển ............................................................................... 24
2.2.1. Yêu cầu bài toán ...................................................................................... 24
2.2.2. Các thiết bị sử dụng ................................................................................ 24
2.2.3. Lựa chọn PLC ......................................................................................... 28
CHƯƠNG 3.............................................................................................................. 30

GHÉP NỐI PHẦN CỨNG ..................................................................................... 30

iii


Mục lục

3.1. Sơ đồ tổng quan thực tế ................................................................................. 30
3.2. Sơ đồ mạch..................................................................................................... 32
CHƯƠNG 4.............................................................................................................. 36
THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN ...................................................................................... 36
4.1. Thiết kế chương trình ..................................................................................... 36
4.1.1. Lưu đồ chương trình ............................................................................... 36
4.1.2. Phân địa chỉ cổng vào ra ......................................................................... 41
CHƯƠNG 5.............................................................................................................. 43
MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ................................................................................ 43
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 52
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 54

iv


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ tổng quan của hệ thống ......................................................................... 4
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống tải............................................................................................ 5
Hình 2.1. Sơ đồ cấu hình hệ thống .................................................................................. 8

Hình 2.2. Máy biến áp ................................................................................................... 10
Hình 2.3. Máy phát điện Diesel .................................................................................... 13
Hình 2.4. Cấu tạo máy phát điện Diesel ....................................................................... 14
Hình 2.5. Máy cắt khơng khí ACB ............................................................................... 17
Hình 2.6. Sơ đồ chân của ACB ..................................................................................... 20
Hình 2.7. Mặt trước rơ le bảo vệ ................................................................................... 22
Hình 2.8. Bảo vệ mất pha, thứ tự pha ........................................................................... 23
Hình 2.9. Bảo vệ cao, thấp áp. ...................................................................................... 23
Hình 2.10. Sơ đồ chân rơ le bảo vệ. .............................................................................. 23
Hình 2.11. Hình ảnh rơ le điện từ ................................................................................. 25
Hình 2.12. Cơng tắc chuyển mạch 3 vị trí .................................................................... 25
Hình 2.13. Nút nhấn ON xanh ...................................................................................... 26
Hình 2.14. Nút nhấn ON vàng ...................................................................................... 26
Hình 2.15. Nút nhấn OFF .............................................................................................. 26
Hình 2.16. Nút dừng khẩn cấp. ..................................................................................... 27
Hình 2.17. Đèn báo hoạt động ...................................................................................... 27
Hình 2.18. Cịi báo ........................................................................................................ 28
Hình 3.1. Sơ đầu ghép nối mạch động lực .................................................................... 31

v


Danh mục hình vẽ

Hình 3.2. Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển ..................................................................... 35
Hình 4.1. Sơ đồ khối lập trình PLC .............................................................................. 37
Hình 4.2. Biểu đồ khoảng thời gian khi có điện lưới cảu u cầu cơng nghệ .............. 38
Hình 4.3. Biểu đồ thời gian khi mất điện lưới của u cầu cơng nghệ ......................... 39
Hình 5.1. Màn hình chính của phần mềm. .................................................................... 43
Hình 5.2. Màn hình giả lập PLC ................................................................................... 44

Hình 5.3. Màn hình sẵn sàng mơ phỏng. ...................................................................... 44
Hình 5.4. Sau khi ấn nút Start. ...................................................................................... 45
Hình 5.5. Tín hiệu nguồn lưới ổn định và thời gian trễ đang chạy. .............................. 46
Hình 5.6. Ngắt ACB máy phát. ..................................................................................... 46
Hình 5.7. Đóng ACB máy biến áp và ACB chia mạch. ................................................ 47
Hình 5.8. Tắt máy phát. ................................................................................................. 47
Hình 5.9. Đề máy phát, ngắt ACB máy biến áp khi mất điện lưới. .............................. 48
Hình 5.10. Tín hiệu ngắt ACB máy biến áp.................................................................. 49
Hình 5.11. Khi máy phát chưa sẵn sàng hoặc nguồn chưa ổn định. ............................. 50
Hình 5.12. Đóng ACB máy phát. .................................................................................. 50
Hình 5.13. Dừng khẩn cấp. ........................................................................................... 51

vi


Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Bảng thống kê công suất tải. ........................................................................... 9
Bảng 2.2. Thông số máy biến áp ................................................................................... 12
Bảng 2.3. Thông số máy phát điện ................................................................................ 16
Bảng 2.4. Phân cổng vào ra PLC. ................................................................................. 29
Bảng 4.1. Liệt kê đầu vào ra ......................................................................................... 41

vii


Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân được
nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp,
dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng.
Đặc biệt, công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện tiềm năng và lớn nhất. Trong
tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp, các tổ hợp sản xuất đều phải tự hạch
toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt về chất lượng và giá cả sản phẩm. Vì thế,
các xí nghiệp, doanh nghiệp phải đảm bảo được chất lượng của hệ thống cung cấp điện.
Một trong các biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là đặt các phân tử dự
trữ trong hệ thống điện. Để đưa các phân tử dự trữ vào làm việc nhanh chóng và an toàn
người ta thường sử dụng các thiết bị tự động đóng dự trữ, hay cịn gọi là bộ đổi nguồn tự
động (ATS: Automatic transfer switch). Nhận thức được các ứng dụng thực tiễn, và tầm
quan trọng trong xí nghiệp, nhà máy là cơ sở để em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết
kệ bộ ATS dùng PLC - bộ đổi nguồn tự động cho nhà máy, xí nghiệp”.
Em xin gửi đến quý thầy cô trong Bộ môn Tự động hố cơng nghiệp - Viện
Điện lời cảm ơn với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc đã hết lịng chỉ bảo, truyền
đạt cho em những kiến thức vơ cùng quý báu, làm cơ sở để em thực hiện tốt đề tài
này và tạo điều kiện thuận lợi để em hồn tất khóa học.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo ThS. Võ Duy Thành đã tận
tình hướng dẫn, chỉ dạy giúp em hồn thành tốt đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


Chương 1: Tổng quan

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung

1.1.1. Lý do lựa chọn đề tài
Ngày nay, nền kinh tế, cũng như nền công nghiệp của đất nước ta ngày một phát
triển, đời sống nhân dân được nâng cao không ngừng. Mọi hoạt động về sản xuất, thương
mại, kinh doanh hay cả sinh hoạt đều phụ thuộc và không thể tách rời với nguồn điện
năng. Hơn cả, điện năng có ảnh hưởng rất lớn đối với nền cơng nghiệp nói chung và các
doanh nghiệp, xí nghiệp, nhà máy nói riêng.
Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ/lãi của xí nghiệp. Nếu một
tháng xảy ra mất điện 1 - 2 ngày xí nghiệp sẽ có thể khơng có lãi, nếu mất lâu hơn xí
nghiệp sẽ thua lỗ. Chất lượng điện xấu (chủ yếu là điện áp thấp) ảnh hưởng lớn đến chất
lượng sản phẩm, gây thứ phẩm, phế phẩm, giảm hiệu suất lao động. Chất lượng điện áp
đặc biệt quan trọng với xí nghiệp may, xí nghiệp hố chất, xí nghiệp chế tạo lắp đặt cơ
khí điện tử chính xác. Vì thế đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và nâng cao chất lượng
điện năng là mối quan tâm hàng đầu của các bài toán thiết kế cấp điện cho xí nghiệp cơng
nghiệp. Bên cạnh đó, ngành thương mại, dịch vụ cũng rất quan tâm đến chất lượng nguồn
điện.
Tóm lại mức điện đảm bảo liên tục cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất và yêu cầu của
phụ tải. Đối với những cơng trình quan trọng cấp quốc gia như hội trường Quốc hội, nhà
khách Chính phủ, Ngân hàng nhà nước, Đại sứ quán, khu quân sự, sân bay, hải cảng,
khách sạn cao cấp phải đảm bảo được cấp điện ở mức độ cao nhất, nghĩa là với bất kỳ
tình huống nào cũng khơng 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 điện cấp điện cho những phụ tải quan trọng như lò luyện, phân xưởng sản xuất chính.
Các nguồn điện dự trữ được đưa vào hoạt động hiệu quả ta cần có bộ điều khiển đổi nguồn
tự động. Chính vì thế, đề tài “Thiết kệ bộ ATS dùng PLC-bộ đổi nguồn tự động máy
phát cho nhà máy, xí nghiệp” rất thiết thực.

2


Chương 1: Tổng quan

1.1.2. ATS là gì
ATS (Automatic Transfer Switch) là bộ chuyển đổi nguồn tự động từ nguồn chính
sang nguồn dự phòng khi nguồn dự phòng xảy ra sự cố mất điện, mất pha, lệch pha, sụt
áp, v.v. ATS thường dùng để chuyển đổi nguồn lưới-lưới hoặc lưới-máy phát. Khi lưới
điện trở lại trạng thái bình thường bộ ATS sẽ đóng phụ tải vào nguồn chính và tắt máy
phát.
Thơng thường, bộ ATS có hai đầu vào và một đầu ra. Đầu vào là một máy phát
điện dự phòng và nguồn điện. Bộ ATS sẽ tự động bật máy phát điện trong trường hợp
mất điện hoặc nó có thể bật bằng tay trong chế độ MAN và được cung cấp điện liên tục
bằng UPS. Máy phát điện được xem là nguồn điện dự phòng đáng tin cậy và ổn định
hơn các nguồn dự phòng khác.
Bộ thay đổi nguồn tự động ATS thường có thể bảo vệ khi điện lưới và điện máy
phát bị sự cố như: mất pha, mất trung tính,sụt áp, thời gian chuyển đổi có thể tùy chỉnh.
a) Chức năng bộ ATS
 Tự động cắt mạch động lực của nguồn điện lưới và khởi động máy phát điện khi
nguồn điện lưới bị lỗi.
 Tự động đóng mạch động lực của nguồn máy phát cấp cho tải khi máy phát chạy
ổn định.
 Tự động dừng máy phát và cắt nguồn máy phát đồng thời đóng nguồn điện lưới
vào tải khi điện lưới trở lại ổn định.
 Tự động dừng và ngắt nguồn máy phát ra khỏi phụ tải khi máy phát xảy ra sự cố.
 Có 2 chế độ làm việc: AUTO và MAN.
b) Yêu cầu của bộ ATS


Bộ điều khiển phải có phần bảo vệ cho mạch điều khiển.



Có hệ thống bảo vệ cho tải.



Thiết kế phần cứng dễ sử dụng, có các nút bấm cho chế độ MAN.



Có cơng tắc để chọn các chế độ AUTO/OFF/MAN.

c) Cấu tạo cơ bản
 Bộ control: đề tài này ta sử dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC.
3


Chương 1: Tổng quan

 Thiết bị đóng cắt: khởi động từ được khoá chéo liên động điện.
 Rơ le trung gian.
 Thiết bị bảo vệ nguồn chính và nguồn máy phát.
d) Phân loại
Người ta phân loại các bộ ATS qua thiết bị đóng ngắt:
 ATS sử dụng thiết bị đóng cắt là contactor (dòng dưới 1000A)
 ATS sử dụng thiết bị đóng cắt là motorized CB (dịng từ 500A đến 1000A)
 ATS sử dụng thiết bị đóng cắt là ACB (dòng từ 600A đến 6300A)
e) Sơ đồ tổng quan
Hoạt động của hệ thống được hoạt động theo hình 1.1

Hình 1.1. Sơ đồ tổng quan của hệ thống
Mô tả hoạt động của hệ thống:

 Nguồn điện chính: là nguồn được dùng thường xun vì nó có tính ổn định cao, và
thường nguồn điện chính là điện lưới được lấy từ máy biến áp. Những khu vực miền
núi, hải đảo hệ thống điện lưới chưa được nâng cấp nên còn chập chờn, sụt áp, v.v
nên nguồn điện chính những khu vực đó lại là máy phát. Đề tài này ta xét nguồn
điện chính là điện lưới máy biến áp. Điện lưới được đưa qua các bộ bảo vệ, bộ đóng
ngắt và đưa vào tải.

4


Chương 1: Tổng quan

 Nguồn dự phòng: là nguồn điện được sử dụng khi nguồn điện chính xảy ra sự cố
mất điện, hay mất pha, lệch pha, cao áp, v.v. Nguồn dự phòng thường là máy phát
dầu, máy phát diezen, UPS, năng lượng sạch, v.v. Trong đề tài này, ta dùng nguồn
dự phịng là máy phát diezen vì nó phù hợp với điều kiện trong các nhà máy, xí
nghiệp.
 Bộ điều khiển: điều khiển đóng mở các máy đóng ngắt để cấp nguồn vào tải, điều
khiển phân chia tải sau khi nguồn điện chính bị mất. Trung tâm của bộ điều khiển
ta dùng PLC để điều khiển các hoạt động trên.
 Tải: đề tài này ta xét trong nhà máy, xí nghiệp nên tải là các hệ thống quản lý nhà
máy, các khu vực văn phòng, xưởng, các dây truyền sản xuất, hệ thống phòng cháy
chữa cháy, v.v.
1.1.3. Yêu cầu đồ án
a) Sơ đồ tải của đối tượng

Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống tải.

5

Chương 1: Tổng quan

Ta xét một đơn đặt hàng: Thiết kế bộ ATS – đổi nguồn tự động cho hệ thống tải
của một xí nghiệp nhỏ như hình 1.2 ở trên.
b) Phân tích sơ đồ
 Hệ thống tải được lấy nguồn từ thanh cái cấp nguồn rồi chia ra các aptomat cho đến
từng tủ phân phối.
 Hệ thống tải cho trước của xí nghiệp được tính tốn theo các luồng sử dụng ổ cắm,
công tắc bật thiết bị cho các khu vực chia theo toà nhà.
 Các tải được chia theo chức năng như hệ thống cứu hoả, hệ thống điều hồ khơng
khí được tính tốn theo cơng suất các động cơ liên quan, v.v.
 Khi được cấp điện lưới, các tải được cấp 100%.
 Khi được sử dụng nguồn điện dự phòng, chỉ một phần của tổng tải được sử dụng.
c) Yêu cầu cấp nguồn
Các tải là quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm sẽ được cấp nguồn dự
phòng, như:
 Hệ thống bơm cứu hoả - không ảnh hưởng đến sản phẩm nhưng gây hậu quả nghiệm
trọng cho kho xưởng, tồ nhà khi có sự cố cháy nổ.
 Hệ thống điều hồ khơng khí: khi một kho xưởng có hàng nghìn cơng nhân mà khơng
có điều hồ khơng khí, và thời tiết bên ngồi khắc nghiệt thì năng suất lao động sẽ
giảm, có thể gây ra ngạt khí ảnh hưởng đến sức khoẻ cơng nhân.
 Các khu vực tồ nhà chính: quản lý hoạt động của tồn kho xưởng, xí nghiệp, hệ
thống BMS, CCTV, ...và các văn phịng hội họp.
 Các dây chuyền sản xuất thì ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm, gây ra nhiều phế
phẩm, khởi động lại gây tốn kém, mất an toàn.
Các tải còn lại sẽ được ngắt khi dùng nguồn dự phịng, và được cấp nguồn khi có
điện lưới trở lại, như:
 Các khu vực như dịch vụ, nghỉ ngơi, kí túc xá, không ảnh hưởng đến chất lượng của
sản phẩm.

 Bãi đỗ xe khi mất điện đã có nhân viên bảo vệ thực hiện các phần việc của máy móc
như ghi chép biển xe, quản lý an ninh bãi xe (camera và báo cháy vẫn hoạt động).

6


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

CHƯƠNG 2
CẤU HÌNH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
2.1. Thiết kế mạch lực
2.1.1. Yêu cầu bài toán
Thiết kế một hệ thống cung cấp điện cho nhà máy, xí nghiệp là một trong những
cơng tác quan trọng, địi hỏi có chun mơn, có tầm nhìn chiến lược vào khả năng phát
triển kinh tế - xã hội. Trên hết, hệ thống cung cấp điện phải đảm bảo các yêu cầu về độ
tin cậy, chất lượng điện, an tồn liên tục và tính kinh tế.
Ở đề tài này, nội dung chính là thiết kế điều khiển bộ ATS - tự động chuyển nguồn
máy phát, nên ta sẽ khơng đi q sâu vào phần tính tốn thiết kế mạng lưới điện của khu
xí nghiệp này.
Hệ thống điện của xí nghiệp đang xét có hệ thống như sau:


Một máy biến áp 22kV/0.4kV.



Một máy phát dự phòng cấp nguồn khi điện lưới xảy ra sự cố mất điện, không ổn
định.



Hệ thống máy đóng cắt nguồn ACB bảo vệ tủ phân phối.



Hệ thống aptomat bảo vệ tải MCCB.



Hệ thống tủ tụ bù công suất phản kháng.



Các tủ phân phối được chia theo khu vực như: khu vực bãi đỗ xe, khu vực phục vụ,
khu vực văn phòng, v.v. Và các tủ phân phối được chia theo chức năng như: Bơm
cứu hoả, hệ thống BMS, v.v. Và các dây chuyền sản xuất.
Vì để đi sâu tính tốn các hệ thống cung cấp điện nhà máy, xí nghiệp cần phải có

chun mơn, kinh nghiệm cao nhưng do đề tài này chủ yếu là phần điều khiển tự động
đổi nguồn nên ta chỉ phân tích khái niệm, cấu tạo và cách chọn tương đối của hệ thống
trên.

7


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

2.1.2. Sơ đồ cấu hình hệ thống
Hệ thống được thiết kế với mục đích phù hợp với cả phần điều khiển nên ta có sơ
đồ khối cho hệ thống như sau:

 Sơ đồ khối được chia ra làm 5 phần:
 Khối nguồn chính: sử dụng một máy biến áp dầu 22kV/0.4kV, chuyển nguồn từ
22kV xuống cịn 0.4kV, có chức năng cấp điện chính cho tải.
KHỐI
NGUỒN
CHÍNH
(MBA)

G

BỘ ĐIỀU
KHỐI
BẢOVỆ

KHỐI
NGUỒN
DỰ PHỊNG
(MP)

KHỐI
BẢOVỆ

KHIỂN

KHỐI ĐĨNG NGẮT

KHỐI ĐĨNG NGẮT

TẢI
KHỐI ĐĨNG NGẮT

Hình 2.1. Sơ đồ cấu hình hệ thống
 Khối máy biến áp: sử dụng máy phát 3 pha diezen, có tích hợp bảng điều khiển riêng,
có chức năng làm nguồn dự phịng, cấp nguồn cho tải khi nguồn chính xảy ra mất
điện hoặc khơng ổn định.
 Khối đóng cắt: sử dụng các máy cắt khơng khí ACB, vì máy cắt khơng khí có các
cơng dụng như những contactor nhưng có thêm phần tự bảo vệ rất cần thiết cho bộ
ATS.
 Khối bảo vệ: sử dụng các bộ rơ le bảo vệ, các tác dụng khi nguồn điện có các vần đề
xảy ra thì các tiếp điểm của rơ le sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển.

8


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

 Bộ điều khiển (đây là bộ điều khiển ATS): trung tâm là bộ PLC điều khiển các chức
năng chính, cạnh đó gồm các rơ le trung gian đóng ngắt ACB và có những nhiệm vụ
riêng. Ngồi ra, cịn có các nút nhấn, đèn báo, switch. Trong bộ điều khiển tích hợp
thêm bộ UPS có cơng suất phù hợp với u cầu, có tác dụng cấp nguồn liên tục cho
bộ điều khiển, ngay cả trong các thời gian chờ máy phát khởi động, hay các trường
hợp cả 2 nguồn xảy ra sự cố để ảnh báo cho người sử dụng.
2.1.3. Hệ thống tải cho trước của đối tượng
Bảng 2.1. Bảng thống kê cơng suất tải.

Tủ
chính

ATS

Tủ nhánh

Vị trí, chức

Nguồn dự

Cơng suất Kđt

năng tủ

phịng

(kW)

DB-PAR

Bãi đỗ xe

103.5

DB-WH

Kho

127.3

DB-VMI

VMI

40.5

DB-CAN

Căng tin

158.4

DB-DOR

Kí túc xá

371.3

DB-UTY

Dịch vụ

41.8

DB-GH

Nhà điều hành x

59.5

DB-MB

Tồ nhà trung
tâm

26.1

DB-COMP

Hệ thống điều
x
hồ khơng khí

500.5

DB-FP

Bơm cứu hoả

x

400.5

DB-PU 1.1

Dây chuyền
sản xuất

x

592.4

x

Tổng cơng suất

2421.8

9

[2]

0.85

Cơng suất
tính tốn
(kW)

2058.5


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

Dựa vào phần u cầu đồ án, ta tính tốn được tổng cơng suất của cả hệ thống và có
được bảng 2.1 như trên.
2.1.4. Khối nguồn chính
a) Yêu cầu và cấu tạo
Khối nguồn chính sử dụng nguồn điện có tính ổn định cao, chính vì thế ta dùng
điện lưới qua một máy biến áp 22kV/0.4kV.
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ,
dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều những vẫn giữ nguyên tần
số.

Hình 2.2. Máy biến áp

Máy biến áp phụ thuộc vào chức năng sử dụng của nó, cũng từ đó ta có thể chia ra
làm các loại máy biến áp sau:
 Máy biến áp điện lực: dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện.

10


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

 Máy biến áp chuyên dùng: dùng cho các lò luyện kim, các lò chỉnh lưu, v.v.
 Máy biến áp tự ngẫu: dùng để biến đổi điện áp trong phạm vi nhỏ, dùng để mở các
động cơ điện xoay chiều.
 Máy biến áp đo lường: dùng để giảm các điện áp và dòng lớn khi đưa vào các thiết
bị đo lường.
 Máy biến áp thí nghiệm: dùng để thí nghiệm các điện áp cao.
Máy biến áp thì có rất nhiều loại nhưng cấu tạo và nguyên lý làm việc của chúng
thì đều giống nhau.
Nguyên lý làm việc: Dòng điện được đưa ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu
điện thế sơ cấp, và một từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo
ra trong mạch điện thứ cấp một hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có
thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường. Hiệu điện thế này có thể
được điều chỉnh qua số vịng dây trên lõi sắt.
Trong đề tài này sử dụng máy biến áp điện lực và trạm biến áp phân phối nhận
điện áp trung thế (22kV) biến đổi thành điện áp hạ thế (0.4kV).
b) Tính tốn chọn thơng số máy biến áp
Chọn hệ số công suất nhà máy là 0.85 [2], ta có:
𝑆=

P
2058.5

=
= 2421.8 (𝑘𝑉𝐴)
cosα
0.85

Chọn hệ số dự phịng nhà máy là 1.4 [2], khi đó:
Stt = S × K dp = 2421.8 × 1.4 = 3390.5 (kVA)
Vậy, ta chọn máy biến áp có cơng suất 3500kVA.
Ta chọn máy biến áp của hãng ABB có các thơng số như bảng 2.2.

11


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

Bảng 2.2. Thông số máy biến áp
STT

Hạng mục

ĐVT

Thông số

1

Nhà sản xuất

Công ty TNHH ABB

2

Kiểu máy biến áp

Ngâm dầu có bầu dầu

3

Cơng suất định mức

kVA

3500

4

Điện áp định mức sơ cấp

kV

22

5

Điện áp định mức thứ cấp

kV

0.4

6

Số pha

7

Tần số định mức

Hz

50

8

Điều chỉnh điện áp phía cao thế

%

22kV ± 2×2.5

9

Tổ đấu dây

10

Điện áp ngắn mạch

%

7.0

11

Tổn hao không tải

W

4200

12

Tổn hao ngắn mạch

W

35000

13

Độ ồn

dB

60

14

Kiểu làm mát

ONAN

15

Dầu làm mát

Dầu khống tự nhiên

16

Nhiệt độ mơi trường lớn nhất

℃

40

17

Độ tăng nhiệt độ của dầu

℃

60

18

Độ tăng nhiệt độ của bối dây

℃

65

19

Cấp cách điện

A

20

Vật liệu dây dẫn (cao thế + hạ thế)

Đồng

3

Dd-0

12


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

Bên cạnh đó, một phần khơng thể thiếu của trạm biến áp đó là phần bù cơng suất
phát kháng. Khi tải khơng có trở thuần mà chỉ có thành phần cảm kháng và dung kháng,
sẽ có sự lệch pha giữa điện áp và dịng điện trong mỗi chu kỳ. Ví dụ, lệch pha 90 độ
giữa dòng điện và điện áp, giá sử giá trị điện áp nằm ở chu kỳ dương của dạng sóng thì
dịng điện bằng 0, dịng năng lượng được chuyển tới rồi trả về, trong trường hợp này gọi
là công suất phản kháng – một công suất thể hiện sự tiêu tốn năng lượng được tạo ra khi
có sự nạp và phóng năng lượng từ các thành phần L-C, năng lượng này hồn tồn khơng

tham gia vào q trình thức hiện công của thiết bị nên được gọi là cơng suất vơ cơng.
Vì u cầu đề tài và thời gian có hạn, nên ta khơng tính tốn và thiết kế phần tụ bù
vì cần sự chính xác cao.
2.1.5. Khối nguồn dự phòng
a) Yêu cầu và cấu tạo
Trong tất cả các nguồn dự phòng như UPS, máy phát điện, năng lượng sạch, v.v
thì máy phát điện là nguồn dự phịng tin cậy và phù hợp nhất với nhà máy, xí nghiệp.
Vì nó có hệ thống cấp nhiên liệu liên tục, cơng suất khá lớn và quan trọng nhất là có độ
tin cậy cao.
Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng
nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là các động cơ tua bin hơi, tua
bin nước, động cơ đốt trong, tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng khác. Nó có khả năng
biến đổi thơng số điện năng như điện áp, tần số, góc pha, v.v.

Hình 2.3. Máy phát điện Diesel

13


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

Cấu tạo của máy phát điện đầu nổ Diesel:

Hình 2.4. Cấu tạo máy phát điện Diesel
1. Động cơ

6. Hệ thống xả

2. Đầu phát

7. Bộ nạp ắc quy

3. Hệ thống nhiên liệu

8. Control Panel (Thiết bị điều khiển)

4. Ổn áp

9. Kết cấu khung chính.

5. Hệ thống làm mát
b) Nguyên lý hoạt động
 Động cơ: Là nguồn năng lượng cơ học đầu vào của máy phát điện. Nguồn nhiên liệu
của máy phát điện thường là diesel, xăng, propan (ở dạng lỏng và dạng khí) hoặc là
khí thiên nhiên. Đối với động cơ nhỏ thường hoạt động bằng xăng trong khi động cơ
lớn hơn chạy bằng dầu diesel , propan lỏng hoặc khí tự nhiên. Ngồi ra thì có một số
máy dùng nguồn nhiên liệu khép là nhiên liệu diesel và khí đốt.
 Đầu phát: Bao gồm một tập hợp các bộ phận tĩnh và các thành phần có thể di chuyển
được, có chức năng sản xuất điện từ nhiên liệu cơ học được cung cấp. Các phần làm
việc với nhau tạo ra chuyển động tương đối giữa từ và điện, do đó tạo ra điện.
- Stata/ phần cảm: Là thành phần không thể di chuyển, gồm một tập hợp các dây
dẫn điện quấn lại thành dạng cuộn trên một lõi sắt.
- Rato/ phần ứng : là thành phần chuyển động tạo ra từ trường quay.
 Hệ thống nhiên liệu có những tính năng thơng dụng dưới đây :

14


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

- Ống nổi từ bồn chứa nhiên liệu đến động cơ: Dòng cung cấp hướng dẫn nhiên liệu
và và ra động cơ.
- Ống thơng gió bình nhiên liệu : Các bồn chứa nhiên liệu có một đường ống thơng
gió để ngăn chặn sự gia tăng áp lực hoặc chân không trong quá trình bơm và hệ
thống thốt nước của bể chứa.
- Bơm nhiên liệu : Nhiên liệu sẽ được chuyển từ bể chứa chính vào các bể chứa
trong ngày.
- Bình lọc nhiên liệu, tách nước và vật lạ trong nhiên liệu lỏng để bảo vệ các thành
phần khác trong nguyên liệu tổng hợp.
- Kim phun : Phun chất lỏng dưới dạng phun sương bằng đốt động cơ.
 Ổn áp: Là bộ phận quy định điện áp đầu ra của máy phát điện.
 Hệ thống làm mát: Liên tục sử dụng hệ thống làm lạnh có thể làm nóng các thành
phần khác nhau của máy phát điện. Máy cần thiết có một hệ thống làm mát và thơng
gió thu hồi nhiệt sinh ra trong q trình.
 Hệ thống xả: Có tác dụng xử lý khí thải thốt ra từ máy phát điện. Ống xả thường
được làm bằng gang, sắt rèn hoặc thép. Ống xả thường gắn liền với động cơ bằng
cách sử dụng kết nối linh hoạt để giảm thiểu rung động và ngăn ngừa thiệt hại cho
hệ thống ống xả của máy phát điện. Các ống xả thơng ra ngồi trời và dẫn đi từ cửa
ra vào, cửa sổ và những lối khác. Hệ thống ống xả của máy phát điện không kết nối
với bất kỳ thiết bị khác.


Hệ thống bôi trơn: Có tác dụng giúp động cơ hoạt động bền và êm suốt một thời gian
dài. Động cơ của máy phát điện được bôi trơn bằng dầu được lưu trữ trong một máy
bơm. Cần kiểm tra mức dầu bôi trơn sau khi máy hoạt động 8h, Kiểm tra ngăn ngừa
rò rỉ chất bôi trơn và thay dầu sau 500 giờ máy phát điện hoạt động.

c) Tính tốn chọn máy phát
Tổng cơng suất dùng nguồn dự phịng tính được trên bảng 2.1 là 1579 (kW)
Chọn hệ số công suất nhà máy là 0.85 [2], ta có:

15


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

𝑆=

P
1579 × 0.85
=
= 1579 (𝑘𝑉𝐴)
cosα
0.85

Chọn hệ số dự phòng nhà máy khi này là 1.4 [2], khi đó:
Stt = S × K dp = 1579 × 1.4 = 2210.6(kVA)
Vậy ta chọn máy phát có cơng suất 2250 kVA.
Ta chọn máy phát điện của hãng Marapco có thơng số như sau:
Bảng 2.3. Thơng số máy phát điện
STT

Hạng mục

ĐVT

Thông số

1

Nhà sản xuất

Marapco

2

Model

MP2500E

3

Điện áp

4

Số pha

5

Tần số

Hz

50±0.25%

6

Cơng suất liên tục

kVA

2250

7

Cơng suất dự phịng

kVA

2500

8

Tốc độ động cơ

Prm

1500

9

Tiêu chuẩn

VAC

220/380±0.5%
3 pha, 4 dây

ISO 9001, ISO 9002

Bên cạnh đó, lí do chọn máy phát hãng Marapco là có bộ điều khiển riêng biệt,
có hỗ trợ rất lớn trong q trình điều khiển của ATS, và có bộ định thời riêng biệt để
hoạt động ở chế độ MAN. Bộ điều khiển có các tiếp điểm để điều khiển:
 Tiếp điểm đề: khi có tín hiệu từ 0 lên 1 bộ đề của máy sẽ được kích hoạt.
 Tiếp điểm ON: khi máy ở chế độ chờ thì tiếp điểm ở trạng thái không xác
định, khi máy ổn đinh, hoạt động tốt thì sẽ xuất 1 tín hiệu logic 1. Khi máy

16


Chương 2: Cấu hình và lựa chọn thiết bị

khơng đề được sau 3 lần máy tự đề (lập trình riêng của bộ điều khiển), hay
máy phát hoạt động nóng bất thường, v.v sẽ xuất tín hiệu logic 0.
 Bộ điều khiển cũng có hai chế độ Auto và Man: bình thường ta vặn sang chế
độ Auto để bộ ATS điều khiển. Khi test máy ta mới dùng chế độ Man.
2.1.6. Khối đóng cắt
a) Yêu cầu và cấu tạo ACB
Máy cắt khơng khí hay cịn được gọi tắt là ACB (Air Circuit Breaker) là một thiết
bị dùng để đóng cắt bảo vệ q tải và ngắn mạch. ACB thì có cấu trúc phức tạp về mặt
kết cấu, nhưng lại đơn giản về mặt công nghệ, giá thành thấp hơn so với VCB nhưng lại
kích thước lớn hơn. ACB địi hỏi cơng tác bảo trì, bảo dưỡng định kỳ nghiêm nhặt.
Buồng dập hồ quang thường chế tạo theo kiểu khí nén kết hợp với các tấm ngăn bằng
thủy tinh hữu cơ, các lá thép xẻ rãnh hình V và các cuộn dây tạo từ trường để kéo dài
hồ quang.

Hình 2.5. Máy cắt khơng khí ACB

17