CHƯƠNG 1 Trường ĐHHP là trường đại học xây dựng theo định hướng ứng dụng , hướng tới đào tạo kỹ sư thực hành với các học phần đảm bảo 70% lý thuyết, 30% thực hành, vì vậy thời lượng thực hành của sinh viên các khối ngành kỹ thuật là rất lớn. Để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của giảng dạy và học tập thực hành thực tập của giảng viên, sinh viên, năm 2009 TT THKT được thành lập trong đó trọng tâm là xây dựng xưởng thực hành. Kể từ đó đến nay, TT THKT nói chung và xưởng thực hành nói riêng luôn được sự quan tâm đầu tư để hoàn thiện cơ sở vật chất để không ngừng nâng cao chất lượng đào tạo và phục vụ đào tạo, nghiên cứu. Ngoài điều kiện về cơ sở vật chất được trang bị, việc chủ động được nguồn điện phục vụ cũng là một yêu cầu bức thiết bởi hiện nay khu vực TT THKT chỉ được cung cấp một nguồn điện lưới.
Để đáp ứng yêu cầu này, bộ chuyển nguồn tự động ATS là một lựa chọn phổ biến hiện nay. Để tính toán, thiết kế bộ ATS cho xưởng thực hành, ngoài phần sơ lược về chức năng, nhiệm vụ, nhóm tác giả tập trung vào việc khảo sát phụ tải điện và áp dụng các tiêu chuẩn về thiết kế cung cấp điện để tính toán được phụ tải hiệu dụng, từ đó tính được dòng điện thiết kế cho bộ ATS. Đây là tiền đề để tính toán, lựa chọn các thiết bị và khí cụ điện trong chương 3 17 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS 2. Khái quát chung 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 thương mại, du lịch, dịch vụ như : bưu chính viễn thông, các khách sạn cấp cao, khu trung tâm thương mại, các siêu thị hàng 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. Hiện nay có 2 loại thiết bị đảm bảo được yêu cầu này đó là: -Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS (Uninterrupting Power Supply).
-Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS (Automatic Transfer Switch). Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS (Uninterrupting Power Supply) là thiết bị lập tức cấp điện cho phụ tải khi lưới điện chính có chất lượng không đạt yêu cầu. Thiết bị cấp nguồn liên tục chỉ dùng cho các phụ tải đặc biệt quan trọng cần nguồn liên tục như thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân, các trung tâm điện toán, hệ thống 18 SCADA. UPS được chế tạo với dãy công suất từ vài trăm oát đến vài trăm ngàn oát, đáp ứng cho các loại phụ tải khác nhau.
Nguồn cấp thường xuyên cho phụ tải là điện lưới, nguồn cấp dự phòng là UPS. Công suất của UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng (thường là accqui) và công suất của các bộ biến đổi. Dung lượng của nguồn accqui thường không lớn nên thời gian cấp nguồn của UPS thường là không được dài. Nếu điện lưới bị sự cố lâu dài thì sau một thời gian làm việc (tuỳ thuộc vào công suất phụ tải), UPS phải dừng làm việc.
Hiện nay thường có 2 loại UPS đó là loại có chuyển mạch và loại không có chuyển mạch. Sơ đồ khối của 2 loại UPS này như hình 2.1: a, Loại có chuyển mạch b, Loại không chuyển mạch Hình 2.1 Sơ đồ khối của bộ UPS AQ: Khối accqui CL : Khối chỉnh lưu NL : Khối nghịch lưu CM: Khối chuyển mạch Loại UPS có chuyển mạch (hình 2. Khối accqui được nạp qua chỉnh lưu và ở trạng thái chờ vì lúc này chuyển mạch đang nối với lưới. Khi mất điện lưới (sự cố) chuyển mạch tự động chuyển tải về phía accqui.
Điện một chiều từ accqui qua bộ nghịch lưu biến đổi thành điện xoay chiều với điện áp và tần số phù hợp với tải. Với công suất thấp khối chuyển mạch là rơle điện cơ còn ở công suất cao chuyển mạch thường dùng van bán dẫn, làm việc ở chế độ đóng - cắt. Đặc điểm chính của UPS kiểu này là cấu tạo đơn giản, điện áp ra chưa thật chuẩn vì thiếu bộ lọc, thời gian tác động chậm vì phải qua bộ chuyển mạch do vậy nó thường được chế tạo với cấp công suất đến cỡ KW. Loại UPS không có chuyển mạch (Hình 2.
Điện lưới xoay chiều được bộ chỉnh lưu chuyển thành điện một chiều, vừa nạp cho accqui, vừa cấp cho phụ tải qua bộ nghịch lưu và bộ lọc. Khi lưới gặp sự cố, nguồn cung cấp được lấy từ accqui qua bộ 19 nghịch lưu và bộ lọc tới tải. Loại UPS này có cấu tạo phức tạp hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn loại trên. Với sự tiến bộ của kỹ thuật điện tử và điều khiển, loại UPS này được dùng rộng rãi trong các hệ cấp nguồn đòi hỏi chất lượng cao.
Cả hai loại UPS này đều có chung nhược điểm đó là thời gian hoạt động không dài và phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng của bộ accqui. Cần lưu ý rằng khối accqui đóng một vai trò rất quan trọng trong bộ UPS và nó là bộ phận dễ hỏng hóc. Do vậy công tác bảo vệ chăm sóc accqui phải được thực hiện thường xuyên theo một chế độ nghiêm ngặt. Chính vì những nhược điểm trên mà UPS không được sử dụng rộng rãi bằng thiết bị tự động chuyển nguồn ATS.
Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS 2.1 Sơ lược về ATS Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS là thiết bị dùng để tự động chuyển tải từ nguồn chính (Main Source) sang nguồn dự phòng (lưới dự phòng hoặc máy phát điện) khi nguồn chính bị sự cố. Khái niệm nguồn bị sự cố bao gồm: - Mất nguồn. - 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 diesel. 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 diesel ta có ATS lưới - máy phát.2 Sơ đồ khối của hệ thống ATS lưới - máy phát Việc chuyển đổi phụ tải từ nguồn điện lưới chính sang nguồn phát dự phòng (hay ngược lại) hoạt động theo chế độ tự động (nếu chọn trạng thái hoạt động AUTO) 20 hoặc điều khiển bằng tay (nếu chọn chế độ BYHAND hay MANUAL). Sơ đồ khối của hệ thống ATS (loại lưới - máy phát) được mô tả trong hình 2.2 Các nhiệm vụ của ATS 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 diesel.
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 có các sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp ,quá áp , mất nguồn) trên nguồn điện lưới chính , ATS có nhiệm vụ : - Ngừng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải. - Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ Diesel ). - Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải.
* Trong quá trình máy phát đang cung cấp cho phụ tải (thay thế cho nguồn lưới chính đang xãy ra sự cố) ; nếu nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định, nhiệm vụ của ATS lúc đó là : - Ngắt nguồn điện cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải - Đóng lại nguồn điện lưới vào tải. - Tạo tín hiệu dừng động cơ sơ cấp động cơ diesel của máy phát ; sau một thời gian tổ máy phát vận hành tại trạng thái không tải. Với trường hợp nguồn dự phòng là một lưới điện khác lúc đó nguồn dự phòng có thể hoạt động lâu dài giống như lưới chính. Còn đối với nguồn dự phòng là máy phát diesel việc vận hành máy phát trong thời gian dài là không kinh tế, do vậy trong trường hợp lưới điện mất lâu dài chỉ cho máy phát hoạt động trong một thời gian nhất định nào đó, khi đã giải quyết xong một nhiệm vụ quan trọng thì dừng máy.
Khi nguồn chính có điện trở lại ổn định thì tác động trả tải lại cho nguồn chính. Nên 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 diesel và chuyển tải cho nguồn dự phòng khi chất lượng điện ở đầu ra của máy phát đạt yêu cầu. 21 - 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 .