Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn ATS sử dụng PLC LOGO Khóa luận tốt nghiệp

Khóa luận tốt nghiệp GVHD:ThS Lưu Tuấn Kiệt PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1) :Nguyễn Hữu Đăng, MSSV: 16013961 (2) :Huỳnh Văn Luân , MSSV: 16038761 (3) :Bùi Thế Duy , MSSV: 16050191 (4) :Nguyễn Trọng Huy Huấn, MSSV: 16022131 Tên đề tài TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CHO TỦ ATS Kết dự kiến Hoàn thành tủ ATS Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 2020 Sinh viên Trưởng môn NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC Danh sách hình vẽ Chương 1: Tổng quan tủ ATS Lời mở đầu Như biết, điện truyền tải từ nhà máy phát điện đến phụ tải cần phải qua trạm biến áp Việc truyền tải điện từ lưới đến hộ dùng điện xảy cố đường dây cung cấp như: Mất pha đứt dây bị ngược pha, điện áp dòng điện khác trị số danh định bị tải bị ngắn mạch Các cố phụ thuộc vào nhiều yếu tố hỏng đường dây cung cấp thời tiết mưa bão, đổ vào đường dây, xảy cố trạm biến áp Hiện tượng điện cố khơng thể xảy phụ tải đặc biệt, yêu cầu cấp điện 24/24 như: Bệnh viện, văn phịng phủ, hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán, khách sạn cao cấp, Do vậy, cần phải có nguồn dự phịng để xảy cố nguồn sử dụng ta đưa nguồn dự phòng vào phụ tải cắt nguồn dự phòng khỏi lưới Nhưng để giảm thời gian điện phụ tải tránh hậu đáng tiếc xảy ra, nguồn điện dự phòng thiết phải kèm với thiết bị tự động chuyển đổi nguồn A.T.S (Automatic Transfer Switch) Chương mở đầu Đặt vấn đề : Ngày nay, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Công nghiệp khách hàng tiêu thụ điện lớn Trong tình hình kinh tế thị trường nay, xí nghiệp lớn nhỏ, tổ hợp sản xuất phải tự hạch toán kinh doanh cạnh tranh liệt chất lượng giá sản phẩm Điện thực đóng góp phần quan trọng vào lỗ lãi xí nghiệp Nếu tháng xảy điện từ 1-2 ngày xí nghiệp khơng có lãi, lâu thua lỗ Chất lượng điện xấu ( chủ yếu điện áp thấp) ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, gây thưc phẩm, phế phẩm, giảm hiệu suất lao động Chất lượng điện áp đặc biệt quan trọng với xí nghiệp may, xí nghiệp hóa chất, xí nghiệp chế tạo lắp đặt khí điện tử xác Vì thế, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện nâng cao chất lượng điện mối quan tâm hàng đầu xí nghiệp cơng nghiệp Thương mại, dịch vụ chiếm tỉ lệ ngày quan trọng kinh tế quốc dân thực trở thành khách hàng quan trọng ngành điện lực Các khách sạn quốc doanh, liên doanh, tư nhân ngày nhiều, kèm với thiết bị nội thất ngày cao cấp, sang trọng Đặc biệt với sách phát triển du lịch nước, khách sạn ngày thu hút nhiều khách quốc tế đến tham quan, du lịch, công tác Việt Nam Khu vực khách hàng khơng thể để điện Tính cần thiết đề tài : Tóm lại mức điện đảm bảo liên tục cấp điện tùy thuộc vào tính chất yêu cầu phụ tải Đối với cơng trình quan trọng cấp quốc gia 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 cấp điện mức cao nhất, nghĩa với tình không để điện Những đối tượng kinh tế nhà máy, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất tốt đặt thêm máy phát dự phòng, điện lưới dùng máy phát cấp điện cho phụ tải quan trọng lò, phân xưởng sản xuất chính, Một biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đặt phân tử dự trữ hệ thống điện Để đưa phân tử dự trữ vào làm việc nhanh chóng an tồn người ta thường sử dụng thiết bị tự động đóng dự trữ, hay cịn gọi chuyển đổi nguồn tự động ATS (Automatic Transfer Switch) Mục tiêu, nhiệm vụ giới hạn đề tài : - Mục tiêu : Tăng độ tin cậy cung cấp điện, làm giảm sơ đồ cung cấp điện, giảm máy biến áp đường dây phải làm việc song song Và nhờ việc giảm phần tử làm việc song song nên hạn chế dòng điện ngắn mạch, làm cho mạch rơ le bảo vệ đỡ phức tạp giảm bớt số nhân viên phải trực nhật, vận hành trạm - Nhiệm vụ : + Thiết kế hệ thống chuyển nguồn tự động ATS sử dụng PLC LOGO + Thi cơng mơ hình tủ ATS sưr dụng PLC LOGO - Giới hạn đề tài : Đề tài tìm hiểu “ Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn ATS sử dụng PLC LOGO” không bao hàm tất đề tài khác không chuyên sâu người kinh nghiệm lâu năm Những vấn đề tìm hiểu giới hạn kiến thức Chương : Tổng quan tủ ATS Khái niệm tủ ATS : Tủ ATS hệ thống chuyển đổi nguồn tự động, có tác dụng điện lưới khởi động máy phát đóng điện cho phụ tải Khi nguồn lưới phục hồi hệ thống tự chuyển nguồn trở lại tự động tắt máy phát Do ATS dùng để chuyển tải tới nguồn dự phòng nguồn xảy cố điện, nên cấu tạo gồm có phận sau : ĐK : Cơ cấu điều khiển ( gồm mạch điều khiển) : So sánh tín hiệu đầu vào biến đổi với tín hiệu mẫu truyền đến cấu chấp hành CH : cấu chấp hành : Nhận tín hiệu điều khiển thực cơng việc đóng, cắt tải đến nguồn cấp khác - Tất cấu kết nối với cách phù hợp với nhu cầu mạch điều khiển Mỗi cấu thực cách riêng biệt theo nguyên lí sau : + Bộ phận đo lường cảm biến điện áp thời gian nối tới nguồn điện cung cấp tín hiệu điều khiển cần thiết cho phận điều khiển ATS + Bộ phận điều khiển role điện cơ, bảng mạch điện tử bán dẫn xử lí tín hiệu đưa tới từ khâu đo lường tạo trễ, khuếch đại đưa tới phần tử chấp hành + Bộ phận chấp hành chuyển tải tới nguồn cấp thông qua công tắc đóng cắt tiếp điểm mạch động lực Bộ phận chế tạo điều kiện làm việc dài hạn, đầy tải, dung lượng cắt lớn, tác động đóng, cắt nhanh kết hợp với buồng dập hồ quang có hiệu Việc đóng cắt tiếp điểm mạch động lực thực tay tựđộng động theo kiểu dao cách ly, Aptomat hay đóng cắt tự động nhờ hệ thống điện từ theo kiểu Cơng tắc tơ Việc đóng cắt tiếp điểm mạch động lực thực tay đóng cắt điện : + Đóng cắt động xoay chiều pha điện dung, thực đóng cắt Aptomat thuận nghịch hãng Westinghouse Anh, Merlin Gerin Đức + Đóng cắt công tắc tơ ngả thuận nghịch thiết bị ATS số hãng Nhật Pháp + Đóng cắt tiếp điểm “ bập bênh” nam châm điện thiết bị số hãng Hàn Quốc Mỹ Dưới ta xét sơ lược kết cấu khí kiểu đóng cắt : Hình a Kiểu cơng tắc tơ Hình b Kiểu Aptomat Hình c Kiểu bập bênh a Kiểu đóng cắt cơng tắc tơ ngả thuận nghịch : Đóng cắt cơng tắc tơ CTT1 phải ngắt CTT2 ngược lại Việc cài liên động điện để tạo trạng thái đóng cắt trái ngược CTT1 CTT2 thực mạch điều khiển cuộn dây CTT1 CTT2 Nhược điểm : Khơng thao tác đóng cắt trực tiếp tay Ưu điểm : Thời gian tác động nhanh, tần số đóng cắt lớn b Kiểu đóng cắt Aptomat - kiểu truyền động : Động aptomat ngả thuận nghịch, việc đóng cắt aptomat thực việc đảo chiều quay động điện dung pha xoay chiều thơng qua cấu truyền động khí phức tạp, chuyển động quay động chuyển thành chuyển động tịnh tiến cần gạt, cần gạt chuyển động tiến hay lùi phụ thuộc vào chiều quay động cơ, cần gạt thực việc đóng Aptomat AP1 đồng thời ngắt Aptomat AP2 ngược lại Ưu điểm : có khóa liên động khí, thực việc đóng cắt trực tiếp tay Nhược điểm : Thời gian tác động chậm, tần số đóng cắt nhỏ c Kiểu đóng cắt bập bệnh - Kiểu truyền động đóng cắt nam châm điện thơng qua cấu khí phức tạp : đón khớp quay, chốt, Đặc điểm đặc trưng kiểu đóng cắt “bập bênh” chia làm loại thiết bị : Thiết bị nam châm đóng cắt thiết bị nam châm đóng cắt - Kiểu nam châm đóng cắt : Một nam châm thực trình quay ngược, nam châm cịn lại thực q trình quay thuận Hai nam châm đóng cắt khóa liên động điện lẫn để lần đóng cắt có nam châm làm việc, nam châm bị khóa Ngồi thiết bị cịn có cấu chốt phối hợp nhịp nhàng với phận truyền động - Cơ cấu đóng cắt nam châm nam châm này, lúc thực hành trình quay ngược, lúc thực hành trình quay thuận, cấu truyền động phải có phận chốt nhả chốt nhịp nhàng để cấu “phân biêt” trạng thái tác động với tác động trước đó, cấu phức tạp Nhược điểm loại thiết bị đóng cắt tiếp điểm “bập bênh” nam châm điện : Kiểu dẫn động khớp quay nên tiếp xúc điện chỗ khớp quay không tốt gây phát nhiệt lớn chỗ tiếp xúc làm cháy hỏng khớp quay, công suất chuyển tải thiết bị bị hạn chế Phân loại tủ ATS : Thiết bị tự động chuyển đổi nguồn, gọi A.T.S (Automatic Transfer Switch) dùng để tự động chuyển tải nguồn sang nguồn dự phịng nguồn có cố Khái niệm nguồn bị cố bao gồm : Mất nguồn, pha, ngược thứ tự pha, điện áp cao thấp trị số cần thiết Tùy thuộc vào nguồn cấp dự phòng người ta phân A.T.S làm loại sau : - ATS cho nguồn : 1nguồn lưới -1 nguồn Acquy ( nguyên lí UPS) - ATS cho nguồn : 1nguồn lưới -1 nguồn lưới dự phòng - ATS cho nguồn : 1nguồn lưới -1 nguồn máy phát dự phịng Và loại nguồn cấp khác ATS lại có chế độ vận hành khác 1.3 Sơ đồ mạch điều khiển: a Chế độ tay (manual): Hình Mạch điều khiển chế độ điều khiển tay b Chế độ tự động (auto): Hình Mạch điều khiển chế độ tự động Sơ lược mạch động lực: 2.1Khái niệm: Mạch động lực (cơ cấu chấp hành) phận thực thao tác đóng cắt mạch lực, nhận “lệnh” từ mạch điều khiển gửi tới 2.2Nhiệm vụ: - Khi nhận tín hiệu từ mạch điều khiển mạch động lực phải tác động xác - Cơng suất đóng cắt mạch động lực phải đủ lớn để đóng cắt tải động lực - Trong mạch điện phải có khóa liên động điện liên động khí điện khí để đảm bảo chắn khơng đóng đồng thời nguồn cung cấp vào tải gây cố ngắn mạch - Độ tin cậy cấu chấp hành phải đảm bảo nguồn nuôi dao dộng, tuổi thọ thiết bị phải đủ lớn - Mạch điều khiển mạch động lực cấu mạch động lực phải tin cậy đơn giản tốt - Phải có hệ thống điều khiển tay cài vào mạch điều khiển (kiểu điều khiển điện - tay) điều khiển trực tiếp cấu truyền động khí cấu chấp hàng tay thơng qua: cần gạt, núm vặn - Phải có tín hiệu hiển thị vị trí đóng cắt cấu chấp hành 2.3 Sơ đồ đấu nối mạch động lực: Hình Sơ đồ đấu nối mạch động lực Tính tốn lựa chọn khí cụ điện: 3.1Các thơng số contactor: • Điện áp Ui: điện áp chịu làm việc contactor, vượt điện áp contactor bị phá hủy, hỏng • Điện áp xung chịu đựng: Uimp, khả chịu đựng điện áp xung contactor • Điện áp Ue: điện áp mà contactor chịu được, contactor thường ghi rõ dải dòng áp làm việc mà chịu đựng • Dịng điện In: dịng điện chạy qua tiếp điểm contactor làm việc (tải định mức điện áp định mức) • Dịng điện ngắn mạch Icu: dịng điện mà contactor chịu đựng vòng giây, thường nhà sản xuất cung cấp theo loại contactor • Điện áp cuộn hút Uax: theo mạch điều khiển ta chọn, DC, AC, 110V hay 220V 3.2Các thơng số MCB, MCCB: + Công dụng: Dùng để đóng ngắt mạch điện có cố tải, ngắn mạch, bảo vệ an toàn cho người cho thiết bị sử dụng điện + Cách lựa chọn: Có nhiều cách lựa chọn MCB, MCCB Tuy nhiên, dù cách chúng phải thỏa mãn điều kiện sau: IB < In < IZ ISCB > ISC Trong đó: • IB dịng điện tải lớn • In dòng điện định mức MCB, MCCB • Iz dòng điện cho phép lớn dây dẫn điện (được cho nhà sản xuất) • ISCB dịng điện lớn mà MCB, MCCB cắt • ISC dịng điện ngắn mạch Ta tính tốn cụ thể sau: Giả sử có tải động điện pha, 380V, cơng suất 3kW, cos^=0.95, hệ số đồng thời Ks =1.Ta tính chọn sau: Từ cơng suất động ta tính dòng điện định mức động việc ổn định _ dm p ~(43xUdmxcos^) 3000 a t tính Ịđm = (^3x380x0,95) 4,8 (A) *Chọn contactor: Dòng điện contactor bạn chọn lct=Idm x hệ số khởi động Hệ số khởi động lấy 1,2-1,4Idrn Vậy dòng Ict=4,8x1,4=6,72 (A) Ta chọn contactor dòng làm việc từ 7A trở lên được, dòng rơ le nhiệt dòng contactor Từ dòng điện định mức tải ta tính dịng điện tổng: ItQng=4xldm=4x4,8=19,2 (A) Ta chọn contactor dòng làm việc từ 20A trở lên *Chọn dây dẫn: Để chọn dây dẫn bạn cần phải biết dòng điện tải sử dụng, với mật độ dịng diện cho phép lọai dây dẫn Có thể áp dụng cơng thức sau để tính tốn cách gần đúng: S= ị Trong đó: S: tiết diện dây dẫn, tính mm2 I: dịng điện chạy qua mặt cắt vng, tính Ampere (A) J: mật độ dòng điện cho phép (A/mm2) - Mật độ dòng điện cho phép dây đồng J~ 6A/mm2 - Mật độ dịng điện cho phép dây nhơm J~ 4,5 A/mm2 S=J = "9'“=3’2 (mm2) Vậy ta cần chọn tiết diện dây dẫn 4.0 mm2, có Iz=32 A (bảng dây cadivi) *Chọn MCB: Từ dòng điện It6ng = 19,2 A Chọn In khoảng: Vậy chọn In =25A Itổng < In < IZ Chương 5: Lắp đặt tủ Danh sách vật tư (mô phỏng): STT Thiết bị Số lượng Tủ điện 700*500*210 MCB 3P 32A CHINT MCB 1P 16A CHINT Khởi động từ 3P 12A Khởi động từ 3P 22A Relay trung gian + đế Đèn báo trạng thái 18 Công tắc gạt VT Cầu chì + ruột 3 10 PLC logo 12/24 RC Siemens 11 Nguồn tổ ong 12 Bảo vệ pha 13 Domino 20 chân 14 Đồng hồ Ampe 15 Đồng hồ Vôn 16 Ammeter 17 Voltmeter 18 Nút nhấn Bố trí khí cụ điện tủ ATS: a.Bố trí khí cụ điện: Hình Bố trí khí cụ điện b Bố trí cửa tủ: Hình Bố trí cửa tủ Hình ảnh hồn thiện tủ ATS Hình Mặt trước tủ Hình Mặt tủ Hình 5 Cánh tủ Khóa luận tốt nghiệp GVHD:ThS Lưu Tuấn Kiệt Chương 6: Kết Luận Hướng Phát Triển Đề Tài 6.1Kết luận : Ưu điểm: - Hệ thống hoàn thiện với giá thành rẻ ~7 triệu cho hệ thống 32A phù hợp với nhu cầu nhà dân - Đảm bảo nhu cầu hoạt động tốt trình thử nghiệm thực tế - Khối chuyển mạch ổn định contactor, loại trừ trường hợp điện áp chập chờn, phát sinh tiếng ổn trình hoạt động Nhược điểm: - Với số lượng ngõ vào analog ngõ hạn chế nên chưa đáp ứng số trường hợp phát sinh cố - Chưa sâu vào phần điều khiển máy phát 6.2Hướng phát triển đề tài: Để nâng cao tính phát triển hệ thống phù hợp với người dùng hơn, số tính phát triển thêm sau: • Điều khiển, giám sát trực tiếp máy phát tồn hệ thống qua website, điện thoại, máy tính bảng, PC, laptop, • Giao tiếp với hệ thống, điều khiển, cài đặt cảnh báo thông qua SMS • Tích hợp giải pháp bảo vệ chất lượng điện: tần số, thứ tự pha, pha, trung tính, sai thứ tự pha Khóa luận tốt nghiệp GVHD:ThS Lưu Tuấn Kiệt Tài Liệu Tham Khảo - [1] ThS Lưu Văn Quang, Giáo trình Thực hành truyền động điện, Bộ môn điện công nghiệp - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật - [2] ThS Nguyễn Văn Ban, Giáo trình Điều khiển lập trình cỡ nhỏ, Bộ mơn điện công nghiệp - Trường Cao đẳng nghề Đăklăk - [3] ThS Lưu Văn Quang, Giáo trình thiết bị điều khiển điện, Bộ môn điện công nghiệp - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật [4] gia quốc PGS.TS Tp.HCM Nguyễn Văn Nhờ (2001), Truyền Động Điện, NXB Đại học Lời cảm ơn Lời đầu tiên, cho chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu tồn thầy Trường đại học Công Nghiệp TPHCM, xây dựng nên môi trường học tập tốt cho tất sinh viên chúng em, tạo điều kiện tốt để sinh viên hồn thành khóa học Cảm ơn tất thầy cô khoa Điện, truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt năm đại học Cảm ơn bạn sinh viên, đồng nghiệp tận tình giúp đỡ trình học, tiếp thu kiến thức Và đặc biệt Thầy Nguyễn Quân, tận tình bảo chúng em suốt trình thực đồ án vừa qua Với tất lòng biết ơn sâu sắc, chúng em xin chúc cho thầy cô Trường đại học Công Nghiệp TPHCM thật nhiều sức khỏe, đạt nhiều thành công nghiệp trồng người nước nhà ! Xin chân thành cảm ơn ! TPHCM, ngày tháng năm 2020 ... + Thiết kế hệ thống chuyển nguồn tự động ATS sử dụng PLC LOGO + Thi cơng mơ hình tủ ATS sưr dụng PLC LOGO - Giới hạn đề tài : Đề tài tìm hiểu “ Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn ATS sử dụng PLC. .. chạy nó, phụ tải cấp điện Khi làm việc hệ thống điện máy phát điện tách rời thiết bị phụ ( Như hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống kích từ ) hệ thống thiết bị phụ định khả làm việc máy... tải thiết bị bị hạn chế Phân loại tủ ATS : Thiết bị tự động chuyển đổi nguồn, gọi A.T.S (Automatic Transfer Switch) dùng để tự động chuyển tải nguồn sang nguồn dự phịng nguồn có cố Khái niệm nguồn