Khóa luận tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo bộ chuyển nguồn tự động ATS

Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp thiết kế và chế tạo bộ chuyển nguồn tự động, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất biện pháp cải tiến thực tế.

• Tác giả: Lê Thanh Tốt
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Thủ Dầu Một
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Bộ Chuyển Nguồn Tự Động ATS
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Bình Dương

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế và chế tạo bộ chuyển nguồn tự động ATS

Bộ chuyển nguồn tự động (ATS) là thiết bị quan trọng trong ngành điện, giúp đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng. Thiết bị này hoạt động tự động chuyển đổi giữa nguồn điện chính và nguồn dự phòng khi có sự cố xảy ra. Việc thiết kế và chế tạo bộ chuyển nguồn tự động ATS không chỉ đòi hỏi kiến thức chuyên môn mà còn cần sự hiểu biết về các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu an toàn. Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, việc phát triển công nghệ ATS trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

1.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động của bộ chuyển nguồn tự động ATS

Bộ chuyển nguồn tự động ATS hoạt động dựa trên nguyên lý tự động phát hiện sự cố và chuyển tải nguồn điện. Khi nguồn điện chính gặp sự cố, ATS sẽ tự động khởi động máy phát điện dự phòng và chuyển tải tải sang nguồn này. Nguyên lý này giúp đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các thiết bị quan trọng.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng bộ chuyển nguồn tự động ATS

Việc sử dụng bộ chuyển nguồn tự động ATS mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng cường độ tin cậy của hệ thống điện, giảm thiểu thời gian mất điện và bảo vệ thiết bị khỏi các sự cố điện. Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như y tế, công nghiệp và dịch vụ.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế bộ chuyển nguồn tự động ATS

Mặc dù bộ chuyển nguồn tự động ATS mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc thiết kế và chế tạo thiết bị này cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ tin cậy của linh kiện, khả năng tương thích giữa các thiết bị và yêu cầu về an toàn là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Ngoài ra, việc đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả trong các điều kiện môi trường khác nhau cũng là một thách thức lớn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của bộ chuyển nguồn ATS

Độ tin cậy của bộ chuyển nguồn ATS phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chất lượng linh kiện, thiết kế mạch điện và quy trình lắp đặt. Việc lựa chọn linh kiện chất lượng cao và tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật là rất quan trọng để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định.

2.2. Thách thức trong việc đảm bảo an toàn cho thiết bị ATS

An toàn là yếu tố hàng đầu trong thiết kế bộ chuyển nguồn ATS. Cần phải đảm bảo rằng thiết bị có khả năng bảo vệ người sử dụng và thiết bị khỏi các sự cố điện. Việc tích hợp các chức năng bảo vệ như ngắt mạch và cảnh báo là rất cần thiết.

III. Phương pháp thiết kế bộ chuyển nguồn tự động ATS hiệu quả

Để thiết kế bộ chuyển nguồn tự động ATS hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng và phân tích mạch điện giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro trong quá trình chế tạo. Ngoài ra, việc thử nghiệm và đánh giá thiết bị trước khi đưa vào sử dụng cũng là một bước quan trọng.

3.1. Sử dụng phần mềm mô phỏng trong thiết kế ATS

Phần mềm mô phỏng giúp các kỹ sư kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế mạch điện trước khi chế tạo. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí phát sinh do lỗi thiết kế.

3.2. Quy trình thử nghiệm và đánh giá bộ chuyển nguồn ATS

Quy trình thử nghiệm bao gồm kiểm tra chức năng, độ tin cậy và an toàn của thiết bị. Việc đánh giá kết quả thử nghiệm giúp xác định các vấn đề cần khắc phục trước khi đưa thiết bị vào sử dụng thực tế.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ chuyển nguồn tự động ATS trong ngành điện

Bộ chuyển nguồn tự động ATS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ y tế, công nghiệp đến dịch vụ. Trong các bệnh viện, ATS đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các thiết bị y tế quan trọng. Trong công nghiệp, thiết bị này giúp bảo vệ quy trình sản xuất khỏi các sự cố điện, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động.

4.1. Ứng dụng ATS trong lĩnh vực y tế

Trong lĩnh vực y tế, bộ chuyển nguồn tự động ATS đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện cho các thiết bị cấp cứu. Việc mất điện có thể gây nguy hiểm đến tính mạng bệnh nhân, do đó, ATS là giải pháp cần thiết.

4.2. Ứng dụng ATS trong ngành công nghiệp

Trong ngành công nghiệp, ATS giúp bảo vệ các thiết bị sản xuất khỏi sự cố điện, từ đó giảm thiểu thiệt hại và tăng cường hiệu quả sản xuất. Việc sử dụng ATS cũng giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí vận hành.

V. Kết luận và tương lai của bộ chuyển nguồn tự động ATS

Bộ chuyển nguồn tự động ATS là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống điện hiện đại. Với sự phát triển của công nghệ, các thiết bị ATS ngày càng được cải tiến về tính năng và hiệu suất. Tương lai của ATS hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp tối ưu hơn cho việc cung cấp điện liên tục và an toàn.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ ATS trong tương lai

Công nghệ ATS đang hướng tới việc tích hợp các tính năng thông minh, cho phép giám sát và điều khiển từ xa. Điều này giúp nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sử dụng.

5.2. Tầm quan trọng của ATS trong bối cảnh phát triển năng lượng

Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, bộ chuyển nguồn tự động ATS sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn cho các phụ tải quan trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHUYỂNNGUỒN TỰ ĐỘNG ATS 1. Tính cấp thiết của đồ án: Trong quá trình vận hành và sử dụng lưới điện không thể tránh khỏi các sự cố mà 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 thiết phải hạn chế mức thấp nhất những 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 các 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. Ví dụ như nguồn điện cấp cho các thiết bị cấp cứu trong các bệnh viện nếu xảy ra 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 với 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 giáo dục, thương mại, du lịch, dịch vụ, như : trường học, bưu chính viễn thông, các khách sạn cấp cao, khu trung tâm thương mại, các siệu thị hàng hoá. Đối với tất cả các phụ tải 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 tải tiêu thụ loại này cần xây dựng một nguồn dự phòng để đề phòng 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 đó là thiết bị chuyển nguồn tự động ATS (Automatic Transfer Switch ). Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS : Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS có tác dụng khi điện lưới mất thì máy phát tự động khởi động và đóng điện máy phát cho phụ tải. Khi điện lưới phục hồi thỡ hệ thống tự chuyển nguồn trở lại và tự động tắt máy phát.

Khái niệm nguồn bị sự cố bao gồm: - Mất nguồn. - Ngược thứ tự pha. - Không đối xứng 3 pha. - Điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết.

Nguồn dự phòng ở đây có thể là một điện lưới lấy từ đường dây khác hoặc nguồn dự phòng là một máy phát diezen. Tuỳ theo tính toán kinh tế, kĩ thuật của các hộ tiêu thụ mà sử dụng nguồn dự phòng cho hợp lý. Khi nguồn dự phòng là lưới khác ta có ATS lưới - lưới, nếu nguồn dự phòng là máy phát diezen ta có ATS lưới - máy phát. Nhìn chung hai loại ATS này cơ bản là giống nhau, tuy nhiên trong thiết kế, chế tạo cũng như hoạt động thì ATS lưới - máy phát có phức tạp hơn do có thêm bộ phận khởi động máy phát diezen.

Mặt khác còn có thể xảy ra sự cố với máy phát điện nên yêu cầu phải có bộ phận bảo vệ máy phát. Vì vậy 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 diezen 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 làm mát máy và sau đó tự động dừng.

* Ngoài ra, tủ chuyển đổi nguồn tự động (ATS) có chức năng bảo vệ khi Điện Lưới bị sự cố như:mất pha, mất trung tính, thấp áp (tuỳ chỉnh) thời gian chuyển đổi có thể điều chỉnh. * Quy cách chọn tủ ATS: - Phù hợp với công suất máy, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ. - Phù hợp với môi trường nhiệt đới, không khí nhiễm muối ven biển và hải đảo. - Bảo đảm các yêu cầu về tính năng điều khiển.

- Bảo đảm cho người và thiết bị. * Chức năng hoạt động của tủ ATS: - Bảo vệ máy phát , do có thời gian trễ giữa việc cắt MC máy phát và đóng MC điện lưới nờn 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 điều chỉnh được). - Thời gian chuyển đổi sang nguồn máy phát tùy chọn , nhưng >5s , để đảm bảo điện máy phát đó ổn định.

- Khi điện lưới phục hồi, bộ ATS chuyển phụ tải sang nguồn lưới. Máy tự động tắt sau khi chạy làm mát 1-15 phút. - Có khả năng vận hành tự động hoặc bằng nhân công. - Điều chỉnh được các khoảng thời gian chuyển mạch.

- Có hệ thống đèn chỉ thị. Cụ thể là : * Hiển thị :
Mặt tủ : - Đèn MAIN AVAILABLE : đèn báo điện lưới. - Đèn GEN AVAILABLE : đèn báo điện máy phát. - Đèn MAIN ON LOAD : báo đang cấp điện lưới cho tải.

- Đèn GEN ON LOAD : báo đang cấp điện máy phát cho tải.
Trong tủ : - Đèn GOOD MAIN : đèn báo điện lưới nằm trong phạm vi cho phép. - Đèn GOOD GEN : đèn báo điện máy phát nằm trong phạm vi cho phép. - Đèn ERROR: đèn báo điện lưới không đạt.

và một số đèn báo khác. * Công tắc điều khiển: - Chuyển mạch MAIN – AUTO – GEN ( chế độ của ATS ) + MAIN : đóng điện lưới cho tải không điều kiện. + GEN : đóng điện máy phát cho tải không điều kiện. + AUTO : chạy tự động hoàn toàn.

- Chuyển mạch AUTO – OFF – TEST ( chế độ của máy phát ). + TEST : chạy máy phát bất kể điện lưới thế nào. + AUTO : chạy tự động hoàn toàn. + OFF : tắt máy phát hoàn toàn.

* Các thông số có thể điều chỉnh được bởi người sử dụng : Phần ATS : - Ngưỡng bảo vệ thấp áp của điện lưới ( Main Voltage Sensing ). - Thời gian trễ để kiểm tra điện lưới đó hoàn toàn ổn định khi có điện trở lại ( Ret
ranfer ). - Thời gian trễ đóng điện lưới cho tải ( Tranfer ). - Thời gian chờ nóng máy phát ,điện máy phát ổn định để đóng điện máy phát cho tải ( Warm up ).

- Thời gian chờ làm nguội máy phát rồi tắt ( Cool down )
Phần AUTO START MODULE ( tựy chọn ). - Thời gian trễ khởi động máy phát , hoặc làm nóng máy phát ( Delay start – Preheat ). - Chọn số lần khởi động máy phát ( Select starting times ). - Thời gian khởi động ( Start ).

- Thời gian nghỉ giữa các lần khởi động ( Idle ). - Thời gian cấp tín hiệu dừng máy ( Stop – với loại Stop output ). == > Tủ ATS EAC bảo hành cực kỳ uy tính. * Giản đồ hoạt động cơ bản của tủ ATS : Hình I.

Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS : KĐ DZ MBA MBA ĐK MBA ĐK G AP2 AP1 AP1 AP2 SS1 SS2 SS 1 SS2 CM CM Tới tải Tới tải a b Hình I.2 Sơ đồ khối của ATS - MBA : máy biến áp nguồn. - AP1, AP2 : áptômát nguồn. - SS1, SS2 : Các bộ so sánh. - ĐK : khối điều khiển.

- CM : khối chuyển mạch. - KĐ : Khối khởi động máy diezen. * 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 ngưỡng đặt trước và đưa ra tín hiệu cho khối điều khiển. + ĐK : Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra của bộ so sánh và tác động dến 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. + KĐ : Khối khởi động máy phát diezen khi nhận được tín hiệu của bộ điều khiển. + AP1, AP2 : Hai áp tô mát bảo vệ nguồn khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch. Nguyên lý hoạt động của ATS : * ATS lưới - lưới : Cấu trúc của loại ATS này được thể hiện trên hình vẽ I.2 a ATS lưới - lưới hoại động rất đơn giản, khi chất lượng nguồn điện chính không đạt lúc đó bộ so sánh cấp tín hiệu cho khối điều khiển tác động đến khối chuyển mạch chuyển tải từ lưới chính sang lưới dự phòng.

Khi lưới điện chính phục hồi trở lại ATS tiến hành kiểm tra chất lượng nguồn điện chính nếu đủ tiêu chuẩn thì cấp tín hiệu chuyển tải trở lại nguồn chính. Sơ đồ thời gian hoạt động của nó như sau : Mất lưới Lưới chính phục hồi Đưa tải trở về lưới chính Chuyển tải t1 t2 Hình I-3 + 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 lí nó đồng thời ATS cũng kiểm tra chất lượng điện nguồn còn lại. Nếu chất lượng nguồn dự phòng tốt thì ATS sẽ tạo khoảng thời gian trễ t1 (5 giây) để khẳng định lưới chính gặp sự cố thực sự không hay chỉ là sự cố thoáng qua. Sau đó tạo 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 lí tín hiệu này đồng thời tạo khoảng thời gian trễ t2 (5 ÷ 10 giây) 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.