LỜI MỞ ĐẦU Nhƣ chúng ta đã biết, điện năng đƣợc chuyển tải từ các nhà máy phát điện đến các phụ tải thì cần phải qua các trạm biến áp. Việc chuyển tải điện từ lƣới đến các hộ dùng điện có thể xảy ra sự cố trên đƣờng dây cung cấp nhƣ: Mất pha do đứt dây hoặc bị ngƣợc pha, hoặc điện áp và dòng điện khác trị số danh định do bị quá tải hoặc bị ngắn mạch. Các sự cố này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ hỏng đƣờng dây cung cấp do thời tiết mƣa bão, đổ cây vào đƣờng dây, cũng có thể xảy ra sự cố ở các trạm biến áp. Hiện tƣợng mất điện do các sự cố đó không thể xảy ra đối với các phụ tải đặc biệt, yêu cầu cấp điện liên tục 24/24 giờ nhƣ: Bệnh viện, văn phòng chính phủ, hội trƣờng quốc hội, ngân hàng nhà nƣớc, đại sứ quán, khách sạn cao cấp.
Do vậy, cần phải có nguồn dự phòng để khi xảy ra sự cố nguồn đang đƣợc sử dụng thì ta đƣa nguồn dự phòng vào phụ tải và cắt nguồn dự phòng ra khỏi lƣới. Nhƣng để giảm thời gian mất điện của phụ tải tránh những hậu quả đáng tiếc xảy ra, nguồn điện dự phòng nhất thiết phải đi kèm với thiết bị tự động đổi nguồn ATS (Automatic Transfer Switch). Với sự hƣớng dẫn của TS. Bạch Thanh Quý và sự nỗ lực của chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế và lắp đặt tủ ATS bằng PLC Smart Axis”.
Cấu trúc đồ án gồm các chƣơng : CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỦ ATS CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC SMART AXIS CHƢƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ TỦ ATS CHƢƠNG 4: LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 5: THI CÔNG TỦ ATS Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã hƣớng dẫn nhiệt tình trong suốt quá trình làm đồ án này. Đinh Công Thanh – Nguyễn Tiến Chung Lâm Quốc Nghĩa – Nguyễn Duy Anh x Khoá luận tốt nghiệp CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỦ ATS 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống ATS (Automatic Transfer Switch) Hiện nay, nhu cầu sử dụng máy phát điện công suất dƣới 1000kVA cho các nhà máy, trạm viễn thông, cho các nhà hàng, khách sạn, trụ sở công ty, siêu thị… là tƣơng đối lớn. Khi có sự cố về điện xảy ra ở nguồn luới quốc gia thì tải sẽ đƣợc chuyển từ nguồn này sang nguồn khác tạm thời trong thời gian xử lý sự cố. Để nhận biết và xử lý sự cố nhanh chóng và chính xác thì ngƣời ta xử dụng bộ chuyển mạch tự động ATS.1 Khái niệm tủ ATS Hệ thống tự động chuyển mạch ATS là hệ thống duy trì sự hoạt động của tải khi mất điện nhờ chế độ tự động chuyển đổi nguồn cung cấp từ lƣới điện sang máy phát sau khi lƣới mất điện.
Tự động khởi động/ dừng máy phát điện, tự động chuyển giữa nguồn lƣới/máy phát (3 pha và trung tính), đảm bảo cung cấp liên tục cho phụ tải khi điện áp lƣới bị mất hoặc không đảm bảo chất lƣợng. Khi điện áp lƣới đảm bảo các giá trị định mức, tủ sẽ tự động đóng phụ tải với lƣới. Ngoài ra, tủ ATS có chức năng bảo vệ khi điện lƣới bị sự cố nhƣ: Mất pha, mất trung tính, thấp áp (tuỳ chỉnh) thời gian chuyển đổi có thể điều chỉnh. Đinh Công Thanh – Nguyễn Tiến Chung Lâm Quốc Nghĩa – Nguyễn Duy Anh 1 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: TS.
Bạch Thanh Quý Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý đơn giản của hệ thống ATS Hệ thống ATS hoạt động ở hai chế độ Automatic (tự động) và Manual (bằng tay), và nó phải đảm bảo các chức năng bảo vệ cho hệ thống.2 Chức năng - Nhận biết mất nguồn lƣới. - Khởi động máy phát. - Chuyển tải cho máy phát khi điện áp và tần số đạt tới giá trị định mức và ổn định. - Khi có nguồn chính trở lại bình thƣờng, chuyển tải trở lại nguồn chính, sau đó dừng máy phát.
- Bảo vệ mất pha, quá áp hay quá tải. - Bảo vệ máy phát, do có thời gian trễ giữa việc cắt tải trƣớc máy phát và đóng máy cắt điện lƣới nên máy phát đƣợc bảo vệ an toàn. - Bảo vệ phụ tải, do nguồn điện lƣới đƣợc kiểm tra, nếu đảm bảo mới đóng điện lƣới cho tải. Đinh Công Thanh – Nguyễn Tiến Chung Lâm Quốc Nghĩa – Nguyễn Duy Anh 2 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: TS.
Bạch Thanh Quý - Tự động gửi tín hiệu khởi động máy khi: Điện lƣới mất hoàn toàn, mất pha, hoặc điện áp thấp hơn giá trị cho phép (giá trị này có thể điều chỉnh đƣợc). - Thời gian chuyển đổi sang nguồn máy phát tùy chọn, nhƣng < 5s, để đảm bảo điện máy phát đã ổn định. - Khi điện lƣới phục hồi, bộ ATS chuyển phụ tải sang nguồn lƣới. Máy phát tự động tắt sau khi chạy làm mát 3-30 phút.
- Có khả năng vận hành tự động hoặc bằng tay. - Điều chỉnh đƣợc các khoảng thời gian chuyển mạch. - Có hệ thống đèn chỉ thị.3 Phân loại - Dựa vào lƣới điện dự phòng mà ATS đƣợc chia ra làm hai loại chính nhƣ sau: + ATS lƣới – lƣới: Nếu nguồn điện dự phòng là đƣợc lấy từ lƣới điện khác. + ATS lƣới – máy phát: Nếu nguồn điện dự phòng là đƣợc lấy từ máy phát điện.
- Theo khí cụ điện thì đƣợc phân loại nhƣ sau: + ATS dùng contactor. + ATS dùng ACB ( Air Circuit Breaker ) máy cắt không khí. Đinh Công Thanh – Nguyễn Tiến Chung Lâm Quốc Nghĩa – Nguyễn Duy Anh 3 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: TS. Bạch Thanh Quý 1.4 Thiết kế sơ đồ đơn tuyến chi tiết cho tủ ATS Hình 1.1 Phần khung: - Một tủ điện kích thƣớc 100 x 80 x 30 - Ray lắp Rơle, cầu chì, MCB, contactor, domino.2 Phần điện: - Cầu chì.
- Role bảo vệ thấp áp, cao áp: MX200A - Biến dòng 50/5A - Rơle trung gian loại 4 cặp tiếp điểm : 3 chiếc loại 24V, 10A. - Đèn báo : 3 đèn báo pha lƣới 3 đèn báo pha máy phát Đinh Công Thanh – Nguyễn Tiến Chung Lâm Quốc Nghĩa – Nguyễn Duy Anh 4 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: TS. Bạch Thanh Quý 1 đèn báo chế độ làm việc máy phát 1 đèn bào chế độ làm việc lƣới - 1 công tắc 3 vị trí (Auto-Man) - 4 nút nhấn (ON-OFF) - Contactor : 2 cái 20A - 2 CB 3 pha 3 cực - PLC Smart Axis hãng IDEC FT1A-H24RA - Dây điện - 2 contactor, hoặc 2 CB đƣợc điều khiển bằng điện có khả năng đóng cắt dòng điện lớn và có tốc độ nhanh: 1 để đóng cắt nguồn điện chính, 1 để đóng cắt điện máy phát. - Khi có sự cố, PLC phát tín hiệu, đồng thời đƣa ra tín hiệu đóng cắt các relay đến các contactor để chuyển mạch tải.
- Các mạch cảm biến điện áp, tần số và các mạch điều khiển các contactor. - Công tắc chọn chế độ hoạt động: Chế độ bằng tay (man); chế độ tự động (Auto). - Các đèn báo trạng thái làm việc của ATS. Đinh Công Thanh – Nguyễn Tiến Chung Lâm Quốc Nghĩa – Nguyễn Duy Anh 5 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: TS.
Bạch Thanh Quý 1.5 Đặc tính thời gian của ATS U,f t 0 A B C D E FG Hình 1.3 Đặc tính thời gian của ATS + A: Là điểm bắt đầu mất nguồn chính + B: Máy phát có tín hiệu khởi động và máy phát bắt đầu khởi động. tAB = 4s + BC: Giai đoạn khởi động máy phát. + C: Khởi động thành công + D: Điện áp, tần số máy phát đạt giá trị định mức và ổn định. Bộ điều khiển đƣa tín hiệu để cắt Q0, đóng Q1 cấp điện từ máy phát cho tải.
+ DE: Máy phát cấp điện cho tải khi nguồn chính mất điện. + E: Điện lƣới có trở lại + F: Tín hiệu từ bộ điều khiển cắt Q1, đóng Q0. Đồng thời gửi tín hiệu dừng cho hệ thống điểu khiển máy phát. + FG: Thời gian chạy không tải của máy phát: Tác dụng giảm nhiệt từ từ cho máy phát.
Tại G có tín hiệu dừng động cơ máy phát; tFG = (45)' 1.2 Nguyên lý hoạt động của tủ ATS Khi có nguồn lƣới thì ƣu tiên nguồn lƣới. Khi nguồn lƣới có sự cố mất điện lƣới, bộ ATS tạo tín hiệu ngắt điện lƣới, xuất tín hiệu khởi động máy phát, khi máy phát ổn định xuất tín hiệu đóng nguồn điện từ máy phát cấp điện cho tải. Đinh Công Thanh – Nguyễn Tiến Chung Lâm Quốc Nghĩa – Nguyễn Duy Anh 6 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: TS. Bạch Thanh Quý Khi có sự cố từ nguồn máy phát, bộ ATS tạo tín hiệu cảnh báo, ngắt nguồn điện từ máy phát và chờ đợi khi sự cố ở máy phát đƣợc khắc phục xong (tín hiệu hồi tiếp), bộ ATS lại đóng nguồn máy phát cho tải.4 Sơ đồ nguyên lý trên giản đồ thời gian hoạt động của lƣới điện – máy phát 1.1 Hạn chế của ATS ATS chỉ phát hiện đƣợc sự cố của các nguồn điện và phát tín hiệu cảnh báo chứ không khắc phục đƣợc sự cố của nguồn điện.
Nguồn nuôi của PLC đòi hỏi luôn luôn phải đƣợc duy trì cho nên ngƣời ta phải dùng nguồn pin hay acquy mà không sử dụng đƣợc nguồn điện biến đổi từ phía lƣới điện hay máy phát.2 Quy cách chọn tủ ATS - Phù hợp với công suất máy. - Bảo đảm các yêu cầu về tính năng điều khiển.3 Phƣơng pháp chọn tủ ATS Tủ có tính năng bảo vệ quá tải cho hệ thống cũng nhƣ bảo vệ chạm đất với mục đích an toàn cho ngƣời sử dụng. Có đèn tín hiệu chỉ thị trạng thái hoạt động. Đinh Công Thanh – Nguyễn Tiến Chung Lâm Quốc Nghĩa – Nguyễn Duy Anh 7 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: TS.
Bạch Thanh Quý Để chế tạo tủ ATS thì có nhiều lựa chọn tùy theo yêu cầu của phụ tải, hoặc của máy phát hoặc của nhà đặt hàng. Đối với mỗi phụ tải khác nhau, ta thiết kế một hệ thống cung cấp điện khác nhau. Hiện nay, “hệ thống tự động chuyển đổi nguồn dự phòng” đƣợc áp dụng khá rộng rãi cho nhiều loại phụ tải. Tuỳ theo mức độ quan trọng mà ta phân phụ tải tiêu thụ thành ba loại.
Phụ tải loại 1: Là loại phụ tải đƣợc cung cấp điện liên tục. Nếu mất điện xảy ra đồng nghĩa sẽ gây ra những hậu quả vô cùng nghiêm trọng về mọi mặt, cả về ngƣời và của. Phụ tải loại 2: Đây là loại phụ tải nếu mất điện cung cấp sẽ gây thiệt hại về kinh tế nhƣ sản xuất sản phẩm bị thiếu hụt, hàng hóa thứ phẩm tăng, gây ra tình trạng lãng phí và mất cân bằng trong tiêu thụ của thị trƣờng.