Chương 1: Tổng quan Giới thiệu khái quát nội dung, tóm tắt các ý chính về mục tiêu, đối tượng cùng phạm vi nghiên cứu và giới hạn, ý nghĩa cũng như phương pháp tìm hiểu đề tài của nhóm. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày những nội dung lý thuyết. Qua đó giúp người đọc có cơ sở để hiểu sâu sắc bản chất, nguyên lý hoạt động của mô hình. Chương 3: Thiết kế phần cứng Mô tả hệ thống cùng các thiết bị phần cứng để làm cơ sở hình thành nên sơ đồ khối, sơ đồ kết nối và sơ đồ bố trí lắp đặt.
Chương 4: Thiết kế phần mềm 3 Dựa vào lưu đồ giải thuật để lập trình cho PLC, lập trình lưu trữ dữ liệu bằng phần mềm lập trình TIA Portal, thiết kế các trang màn hình HMI bằng phần mềm DOPSoft, lập trình thiết kế giao diện hệ thống SCADA bằng phần mềm WinCC RT Advanced, lập trình thiết kế giao diện WebServer cho hệ thống bằng phần mềm Visual Studio Code và lập trình thu thập, lưu trữ dữ liệu cho hệ thống. Chương 5: Vận hành - Kết quả Thực hiện vận hành mô hình theo quy trình. Mô tả kết quả vận hành. So sánh thực tế và lý thuyết nhằm đánh giá kết quả và khắc phục sự cố nếu có.
Chương 6: Kết luận Trình bày kết quả đạt được và hướng phát triển cho đề tài. 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan hệ thống ATS 2. Khái niệm Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống ATS Bộ chuyển nguồn tự động ATS (Automatic Transfer Switch) là thiết bị dùng để chuyển tải nguồn chính sang nguồn dự phòng một cách tự động khi nguồn chính gặp phải sự cố (mất điện hoàn toàn, mất pha, ngược thứ tự pha, thấp áp, tần số trên hoặc dưới ngưỡng cho phép, mất trung tính,…).
Phân loại và ứng dụng ❖ Phân loại: Hệ thống ATS hiện nay được phân loại như sau: - Phân loại theo cấu tạo: ATS dùng ACB (máy cắt không khí), ATS dùng Contactor, ATS hợp bộ (ATS Kyungdong, ATS Osung, ATS Viztek,… ). - Phân loại theo trạng thái: ATS loại ON – ON, ATS loại ON – OFF – ON. - Phân loại theo số pha: ATS 2 pha, ATS 3 pha. ❖ Ứng dụng: Hệ thống ATS hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là những nơi cần được cung cấp điện liên tục như bệnh viện, sân bay, trạm lưu trữ thông tin, khu công nghiệp, trung tâm thương mại,… 2.
Cấu tạo của tủ ATS 5 Hình 2.2: Tủ điện ATS trên thực tế Tủ ATS được ứng dụng để làm nơi lắp đặt và bảo vệ các thiết bị điện đóng cắt, điều khiển và một vài trang thiết bị cần thiết của hệ thống ATS, cách li các thiết bị điện với người dùng trong quá trình vận hành hệ thống, đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Cấu tạo của tủ ATS gồm các thành phần sau đây: - Vỏ tủ điện ATS: được làm bằng thép mạ kẽm, bên ngoài được bao bọc bằng một lớp sơn tĩnh điện, kích cỡ lớn hay nhỏ phụ thuộc vào công suất và nhu cầu của người sử dụng. - Thiết bị chuyển mạch: được thiết kế vận hành với 2 chế độ AUTO (vận hành tự động) và MANUAL (vận hành bằng tay). - Bộ điều khiển: Có thể sử dụng bộ điều khiển ATS hoặc dùng PLC để điều khiển thiết bị chuyển mạch theo thời gian.
- Ắc quy: Thường sử dụng ắc quy có điện áp 12-24V, dòng nạp lớn nhất là 20A, tự ngắt khi bình đầy. - Relay bảo vệ điện áp chuyên dụng: Bảo vệ hệ thống khỏi các sự cố như sụt áp, quá áp, mất pha,… - Các linh kiện khác: Các nút nhấn, màn hình LCD, hệ thống đèn báo giúp người dùng có thể nắm được hệ thống đang vận hành ở chế độ nào giúp tối ưu hệ thống - Ngoài ra, tủ ATS còn được tích hợp thêm chức năng điều khiển và giám sát từ xa.Nguyên lí hoạt động ❖ Quy trình chuyển mạch của hệ thống ATS khi nguồn chính gặp sự cố: [1] Quy trình bên dưới thể hiện cho 2 trường hợp sau: Hình 2.3: Quy trình chuyển mạch tự động khi nguồn chính gặp sự cố [1] 1. Trong trường hợp hệ thống có máy phát: Khi chưa có sự cố xảy ra, hệ thống hoạt động với nguồn cấp là nguồn chính (điện lưới). Khi nguồn chính gặp sự cố, hệ thống ATS sẽ khởi động máy phát.
Khi nguồn dự phòng đã ổn định, hệ thống sẽ chuyển mạch từ nguồn chính sang nguồn dự phòng để cấp cho tải. Trong trường hợp hệ thống không có máy phát: Khi chưa có sự cố xảy ra, hệ thống hoạt động với nguồn cấp là nguồn chính (điện lưới). Khi nguồn chính bị mất, hệ thống ATS sẽ chuyển mạch từ nguồn chính sang nguồn dự phòng (điện lưới,…) để cấp cho tải. ❖ Quy trình chuyển mạch của hệ thống ATS khi nguồn chính có lại: [1] Hình 2.4: Quy trình chuyển mạch tự động khi nguồn chính có điện trở lại [1] Khi nguồn chính có trở lại, ATS thực hiện mở CB phía nguồn dự phòng, chuyển tải trở về nguồn chính và trong trường hợp nguồn dự phòng là máy phát thì hệ thống sẽ có thêm giai đoạn chạy máy phát không tải, sau đó tắt máy phát.
❖ Các giá trị thời gian trễ: Các giá trị thời gian trễ được cài đặt cho bộ ATS để hệ thống được tự động chuyển đổi nguồn khi ở chế độ tự động.1: Bảng cài đặt các giá trị thời gian trễ [1] Thời Thiết lập Mô tả Nhận xét gian trễ phạm vi Thời gian trễ trước khi bắt đầu chuyển mạch. Trong trường hợp không có máy Độ trễ kéo dài vài giây phát điện, thời gian này tương ứng với để ngăn không cho quá TS độ trễ của việc ngắt CB nguồn chính. 0…30s trình chuyển mạch bắt Nếu có máy phát điện thì thời gian này đầu do giảm điện áp là thời gian trễ trước khi khởi động thoáng qua. Thời gian trễ trước khi CB ở phía dự Nên chọn thời gian trễ TCE phòng (máy phát, máy biến áp,.) 0…60s ngắn để giảm sự cố cấp được đóng lại.
điện cho các phụ tải. Thời gian trễ trước khi CB ở phía dự phòng mở, sau khi điện áp Thời gian trễ trước khi cắt CB phía dự 0…59s TBS nguồn chính trở lại, phải phòng. 1,2,3…30 dài nhất có thể để đảm phút bảo điện áp nguồn chính hoàn toàn ổn định. Thời gian trễ trước khi CB nguồn chính đóng sau khi CB nguồn dự Thời gian trễ trước khi CB của nguồn TCN 0…60s phòng mở (càng ngắn chính đóng lại.
càng tốt để giảm thời gian tải không được cấp điện đến mức tối thiểu). Thời gian trễ trước khi máy phát điện tắt (Phải Thời gian tắt máy phát điện 0.59s đủ dài để đảm bảo rằng TGoff (nếu được lắp đặt). 1,2,3…30 nó vẫn đang chạy nếu phút tiếp tục xảy ra mất điện trong nguồn chính). Cấu tạo của hệ thống ATS Hệ thống ATS gồm những bộ phận như sau: - Bộ phận đo lường: Gồm các cảm biến, đồng hồ đo điện áp, thời gian,… nối đến nguồn chính.
Bộ phận này sẽ tiếp nhận những tín hiệu, đại lượng đầu vào và biến đổi nó thành những tín hiệu, đại lượng cần thiết để ATS tiếp nhận. - Bộ phận điều khiển: Gồm các rơ le điện cơ, các mạch điện tử bán dẫn. Bộ phận này sẽ so sánh những tín hiệu đầu vào đã được biến đổi qua bộ phận đo lường với tín hiệu đặt (tín hiệu đã được người dùng cài đặt từ trước) rồi truyền tín hiệu điều khiển đến bộ phận chấp hành. - Bộ phận chấp hành: Nhận tín hiệu điều khiển từ bộ phận điều khiển và thực hiện các lệnh đóng, cắt tải đến các nguồn cấp.
Cấu hình ATS Lưới – Lưới (3 CBs NPL Bustie) Hình 2.5: Cấu hình Lưới - Lưới (3 CBs NPL Bustie) [1] Mô tả trạng thái: Trong trường hợp sự cố đường dây chính, hệ thống ATS bắt đầu quy trình chuyển mạch và ngắt điện các tải không ưu tiên bằng cách mở CB3.6: Giản đồ thời gian của cấu hình Lưới - Lưới (3 CBs NPL Bustie) [1] 9 Mô tả đồ thị: - Hệ thống đang hoạt động bình thường với nguồn 1 là nguồn chính. Khi nguồn chính gặp sự cố, hệ thống sẽ chờ một khoảng thời gian TS để xác định rằng nguồn chính mất hẳn. Khi đó hệ thống sẽ ngắt CB1 (ngắt nguồn chính) đồng thời ngắt CB3 (ngắt tải không quan trọng). Sau đó chờ một khoảng thời gian TCE (thời gian trễ để đóng CB2), CB2 sẽ đóng lại, nguồn 2 sẽ cấp điện cho tải.
- Khi nguồn chính có điện trở lại, hệ thống sẽ chờ một khoảng thời gian TBS để chắc chắn rằng nguồn chính đã ổn định. Lúc này hệ thống sẽ ngắt CB2 (ngắt nguồn dự phòng) và đóng CB3 (đóng tải không quan trọng). Sau khoảng thời gian TCN, thì CB1 sẽ được đóng lại để nguồn chính sẽ cấp điện cho tải. Lưu ý: CB3 có thể đóng trước hoặc cùng lúc với khi ngắt CB2 để cấp điện kịp thời cho tải quan trọng khi nguồn chính có điện trở lại.
Các trường hợp đặc biệt: Nếu nguồn 1 trở lại bình thường trước khi chuyển qua nguồn 2, quá trình chuyển mạch bị gián đoạn và máy phát bị tắt; Nếu nguồn 1 trở lại bình thường trong thời gian TCE, quá trình chuyển mạch đã hoàn tất; Nếu nguồn 1 mất trong khoảng thời gian TBS, quá trình chuyển mạch sẽ bị gián đoạn; Nếu nguồn 1 mất trong khoảng thời gian TCN, hệ thống bắt đầu lại quy trình chuyển mạch bằng cách chờ một khoảng thời gian TS để nhận lại nguồn từ nguồn 2; Nếu nguồn 2 biến mất trong quá trình TCE, quá trình chuyển mạch đã hoàn thành. Cấu hình ATS Lưới – Máy phát (3 CBs NPL Bustie) Hình 2.7: Cấu hình Lưới - Máy phát (3 CBs NPL Bustie) [1] Mô tả trạng thái: Trong trường hợp sự cố đường dây chính, hệ thống ATS sẽ tự động khởi động máy phát điện khẩn cấp và ngay khi có nguồn từ phía máy phát, hệ thống sẽ bắt đầu quy trình chuyển mạch tự động và ngắt điện cấp cho các tải không ưu tiên bằng cách mở CB3.8: Đồ thị thời gian của cấu hình Lưới - Máy phát (3 CBs NPL Bustie) [1] Mô tả đồ thị: - Hệ thống đang hoạt động bình thường với nguồn 1 là nguồn chính. Khi nguồn chính gặp sự cố, hệ thống sẽ chờ một khoảng thời gian TS để xác định rằng nguồn chính mất hẳn. Khi đó hệ thống sẽ khởi động máy phát.
Sau một khoảng thời gian, máy phát chạy ổn định, nguồn dự phòng đã sẵn sàng để cấp điện cho tải và hệ thống sẽ ngắt CB1 (ngắt nguồn chính) đồng thời ngắt CB3 (ngắt tải không quan trọng). Sau đó chờ một khoảng thời gian TCE, CB2 sẽ đóng lại, nguồn dự phòng sẽ cấp điện cho tải.