Thiết kế và thi công mô hình hệ thống nâng cao hệ số công suất COSφ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSφ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TH S HOÀNG NGUYÊN PHƯỚC Sinh viên thực hiện Trương Văn Huy Mã SV 1711020153 Lớp 17DDCB1 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Rôn Mã SV 1711020453 Lớp 17DDCB1 Sinh viên thực hiện Cấn Quốc Duy Mã SV 1711020457 Lớp 17DDCB1 Tp HCM, tháng 08 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHI.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSφ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S HOÀNG NGUYÊN PHƯỚC Sinh viên thực hiện: Trương Văn Huy Mã SV: 1711020153 Lớp: 17DDCB1 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Rôn Mã SV: 1711020453 Lớp: 17DDCB1 Sinh viên thực hiện: Cấn Quốc Duy Mã SV: 1711020457 Lớp: 17DDCB1 Tp.HCM, tháng 08 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SUẤT COSφ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S HOÀNG NGUYÊN PHƯỚC Sinh viên thực hiện: Trương Văn Huy Mã SV: 1711020153 Lớp: 17DDCB1 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Rôn Mã SV: 1711020453 Lớp: 17DDCB1 Sinh viên thực hiện: Cấn Quốc Duy Mã SV: 1711020457 Lớp: 17DDCB1 Tp.HCM, tháng 08 năm 2021 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ LĨNH VỰC BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG – NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSφ 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾP CẬN ĐỀ TÀI 1.4.1 Các phương pháp nghiên cứu 1.4.2 Cách tiếp cận đề tài 1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.6 KẾT CẤU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI .5 1.7 GIỚI HẠN CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG .6 2.1.1 Khái niệm công suất phản kháng .6 2.1.2 Khái niệm hệ số công suất 2.2 CÁC NGUỒN TIÊU THỤ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.2.1 Động không đồng .8 2.2.2 Máy biến áp 2.2.3 Các nguồn khác 2.3 CÁC NGUỒN PHÁT CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG iii 2.4 MẠCH R, L, C VÀ VAI TRÒ TRONG VIỆC SẢN SINH NĂNG LƯỢNG PHẢN KHÁNG 10 2.5 Ý NGHĨA CỦA BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .13 2.5.1 Bù công suất phản kháng giúp giảm tiền phạt 13 2.5.2 Bù công suất phản kháng làm giảm tổn thất công suất 14 2.5.3 Bù công suất phản kháng làm giảm sụt áp 15 2.5.4 Làm tăng khả tải đường dây biến áp 15 CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SUẤT COSφ – TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA TỤ BÙ 16 3.1 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSφ TỰ NHIÊN 16 3.1.1 Thay động có cơng suất phù hợp 16 3.1.2 Giảm điện áp đặt vào cực động thường xuyên non tải .16 3.1.3 Tăng cường chất lượng sửa chữa động 18 3.2 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSφ NHÂN TẠO.19 3.2.1 Máy bù đồng 19 3.2.2 Tụ bù tĩnh 20 3.3 PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 21 3.3.1 Theo cấp điện áp 21 3.3.2 Theo vị trí lắp đặt .22 3.3.3 Theo cách đóng cắt tụ bù 23 3.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN DUNG LƯỢNG BÙ 23 3.5 KIỂM TRA TỤ BÙ 24 3.5.1 Kiểm tra tụ bù đồng hồ đo điện dung 25 3.5.2 Kiểm tra tụ ampe kềm .25 3.6 CÁC SƠ ĐỒ BÙ THÔNG DỤNG 26 3.6.1 Bù ứng động cấp x 20 kVAr 27 3.6.2 Bù cấp 50 kVAr ứng động cấp x 10 kVAr .28 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SUẤT COSφ SỬ DỤNG TẢI CẢM 30 iv 4.1 TỔNG QT MƠ HÌNH HỆ THỐNG 30 4.2 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU BÀI TOÁN THIẾT KẾ 30 4.3 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC TẢI 30 4.3.1 Tính chọn động 30 4.3.2 Xác định phụ tải tính toán 31 4.3.3 Tính chọn MCCB 33 4.3.4 Tính chọn Contactor Relay nhiệt 37 4.3.5 Chọn dây cáp mạch động lực tủ điện 45 4.3.6 Sơ đồ mạch động lực phụ tải 47 4.4 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC TỦ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 47 4.4.1 Tổng quan .47 4.4.2 Nguyên lý hoạt động 48 4.4.3 Tính tốn dung lượng tụ bù 49 4.4.4 Tính chọn MCB cho tụ bù 50 4.4.5 Tính chọn contactor cho tụ 51 4.5 TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BÙ 52 4.5.1 Bộ điều khiển tụ bù SK QR – X4 52 4.5.2 Khối đo lường 55 4.6 TÍNH CHỌN MẠCH DIỀU KHIỂN PHỤ TẢI .59 4.7 KHẢO SÁT, TÍNH TỐN CÁC TRẠNG THÁI ĐĨNG/NGẮT TỤ DỰA VÀO SỰ THAY ĐỔI CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CẦN BÙ 62 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ CHUYỂN ĐỔI MẠCH ĐIỀU KHIỂN CỨNG SANG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 64 5.1 TỔNG QUAN VỀ PLC 64 5.1.1 Định nghĩa PLC 64 5.1.2 Công dụng thực tế 64 5.1.3 Cấu tạo phân bố dây I/O thiết bị ngoại vi 65 5.2 CHUYỂN ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI CỨNG SANG ĐIỀU KHIỂN PLC 67 v 5.2.1 Chuyển điều khiển kết nối cứng sang điều khiển PLC nào? 67 5.2.2 Thực chuyển đổi điều khiển cứng sang điều khiển PLC cho mạch động luân phiên .68 5.2.3 Kết nối dây với PLC 69 5.2.4 Phân tích giản đồ trạng thái hoạt động theo thời gian 70 5.2.5 Chương trình PLC phần mềm GxWorks2 70 5.2.6 Thiết kế giao diện điều khiển HMI 73 5.2.7 Mơ hoạt động đóng tụ bù phần mềm Automation Sutdio 77 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN 80 6.1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 80 6.2 NHỮNG MẶT HẠN CHẾ 80 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 6.4 LỜI KẾT 81 PHỤ LỤC .82 PHỤ LỤC .84 PHỤ LỤC .86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .107 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Tam giác công suất Hình 2.2 Mạch R, L, C với nguồn áp kích thích điều hịa hình Sin 10 Hình 2.3 Cơng suất tức thời qua phần tử trở 11 Hình 2.4 Cơng suất tức thời qua phần tử kháng .11 Hình 2.5 Công suất tức thời qua phần tử dung 12 Hình 2.6 Hóa đơn phạt công suất phản kháng 14 Hình 2.7 Trị số Q tương ứng với trị số góc φ 15 Hình 3.1 Đổi nối tam giác - 17 Hình 3.2 Tụ bù khơ 20 Hình 3.3 Tụ bù dầu 20 Hình 3.4 Sơ đồ đặt tụ bù lưới điện 22 Hình 3.5 Các hình thức bù theo vị trí lắp đặt tụ bù 23 Hình 3.6 Tụ bị bung dầu 24 Hình 3.7 Một số loại đồng hồ đo điện dung đa 25 Hình 3.8 Sử dụng Ampe kềm để đo dòng điện qua tụ 26 Hình 3.9 Sơ đồ bù ứng động cấp 27 Hình 3.10 Sơ đồ bù cấp ứng động cấp 28 Hình 4.1 MCCB LS 36 Hình 4.2 Giản đồ dòng điện khởi động theo thời gian .38 Hình 4.3 Contactor LS MC – 12a .39 Hình 4.4 Relay nhiệt 3P LS MT – 12/2H11 40 Hình 4.5 Contactor LS MC – 32a .42 Hình 4.6 Relay nhiệt 3P LS MT – 32/2H27 43 Hình 4.7 Relay nhiệt 3P LS MT – 32/2H34 44 Hình 4.8 Các chi tiết, thiết bị phụ tùng lắp đặt vào Contactor .45 Hình 4.9 Thơng số kỹ thuật dây cáp điện Cadivi 46 Hình 4.10 Sơ đồ mạch động lực phụ tải 47 Hình 4.11 Sơ đồ mạch động lực tủ bù .48 vii Hình 4.12 Thơng số tụ bù theo Catalogue hãng Samwha 50 Hình 4.13 Thơng số kỹ thuật MCB LS BKN 3P C4A 50 Hình 4.14 Contactor LS MC – 6a .51 Hình 4.15 Bộ điều khiển tụ bù SK QR – X4 52 Hình 4.16 Sơ đồ đấu dây điều khiển tụ bù 52 Hình 4.17 Sơ đồ kết nối khối đo lường .56 Hình 4.18 Cơng tắc chuyển mạch Volt vị trí 56 Hình 4.19 Voltmeter 500VAC 56 Hình 4.20 Ngun lý hoạt động biến dịng CT 57 Hình 4.21 Biến dòng 57 Hình 4.22 Ampe kế 58 Hình 4.23 Cơng tắc chuyển mạch Ampe vị trí .58 Hình 4.24 Cầu chì kèm đế FS – 101; Đèn báo pha 220VAC AD16 – 30S .58 Hình 4.25 Sơ đồ điều khiển tải contactor 59 Hình 4.26 Sơ đồ nối dây tồn hệ thống .61 Hình 5.1 Quy trình điều khiển PLC 64 Hình 5.2 Cấu tạo PLC 65 Hình 5.3 Sự phân bố dây I/O thiết bị ngoại vi 66 Hình 5.4 Kết nối dây với PLC 69 Hình 5.5 Giản đồ trạng thái hoạt động .70 Hình 5.6 Giao diện tạo project HMI phần mềm GT Designer .74 Hình 5.7 Giao diện để lập trình HMI 76 Hình 5.8 Giao diện điều khiển HMI mô tải .77 Hình 5.9 Giao diện mơ hoạt động đóng/ngắt tụ bù .78 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Một số giá trị Cosφ động khơng đồng điển hình Bảng 3.1 So sánh tính kinh tế - kỹ thuật máy bù tụ bù 21 Bảng 3.2 Một số giá trị dòng điện định mức qua tụ .26 Bảng 3.3 Hoạt động tụ bù ứng động cấp .27 Bảng 3.4 Hoạt động tụ bù cấp ứng động cấp 28 Bảng 4.1 Thơng số động pha rotor lồng sóc – 50Hz 31 Bảng 4.2 Các chức CB 33 Bảng 4.3 Các thông số kỹ thuật CB điều kiện tính chọn cụ thể 35 Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật MCCB ABN203c 250A 37 Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật Contactor LS MC – 12a .40 Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật Relay nhiệt 3P LS MT – 32/2H15 41 Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật Contactor LS MC – 32a .42 Bảng 4.8 Thông số kỹ thuật Relay nhiệt 3P LS MT – 32/2H27 43 Bảng 4.9 Thông số kỹ thuật Relay nhiệt LS MC – 32/2H34 .44 Bảng 4.10 Thông số tính tốn tải .49 Bảng 4.11 Thông số kỹ thuật tụ bù RMC – 405025KT .49 Bảng 4.12 Thông số kỹ thuật contactor LS MC – 6a 51 Bảng 4.13 Thông số kỹ thuật điều khiển bù SK QR-X4 .55 Bảng 4.14 Kết khảo sát hoạt động đóng cấp bù theo thay đổi công suất hệ số công suất tải 63 Bảng 5.1 Bảng ký hiệu chuyển đổi 69 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Tên viết tắt Tên đầy đủ Tiếng Việt Tên đầy đủ tiếng Anh ACB Máy cắt khơng khí Air Circuit Breaker CB CSPK ELCB Circuit Breaker Công suất phản kháng Earth Leakage Circuit Breaker HMI Thiết bị giao tiếp người điều hành máy móc thiết bị I cắt đm/Icu Dòng cắt ngắn mạch định mức I cắt nhanh/Ii Dòng cắt nhanh I cắt từ/Im Dòng tác động từ Short-circuit relay trip-current setting Icắtnhiệt/Ir/Ith Dòng tác động nhiệt thiết bị bảo vệ Overload Relay trip-current setting/Thermal Overload Relays 10 Iđm/In Dòng điện định mức Rated service current 11 Isc Dòng cắt ngắn mạch có thao tác Rated service short-circuit breaking capacity 12 MCB CB tép Miniature Circuit Breaker 13 MCCB Aptomat khối Moulded case circuit breaker 14 PLC Bộ điều khiển logic khả trình A Programmable Logic Controller 15 RCBO CB chống dịng rị có bảo vệ q dịng Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection 16 RCCB CB chống dòng rò Residual Current Circuit Breaker 17 RCD 18 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 19 Uđm/Ue Điện áp làm việc định mức (danh định) 20 VAr 21 VCB Human-Machine-Interface Rated ultimate short-circuit breadking capacity Residual Current Device Rated service voltage Volt Amperes reactive Máy cắt chân không x Vacuum Circuit Breakers 93 94 95 (Theo: http://vihem1.com.vn) 96 CATALOGUE CB, MCB, MCCB HÃNG LS 97 98 99 100 101 CATALOGUE CONTACTOR – RELAY NHIỆT HÃNG LS 102 103 (Theo: https://www.ls-electric.com/) 104 CATALOGUE TỤ BÙ HÃNG SAMWHA 105 (Theo: https://dtech.vn/upload/file/catalog/catalog-tu-bu-samwha.pdf) 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ThS Lê Đình Lương – TS Đồn Thị Bằng – TS Nguyễn Hùng, Giáo trình Máy điện & 2, Hutech [2] TS Lê Quang Đức, Giáo trình giảng Truyền động điện, Hutech [3] TS Ngô Hồng Quang, Giáo trình cung cấp điện, NXB Giáo Dục, 2007 [4] Phan Thị Thanh Bình – Phan Thị Thu Vân – Dương Lan Hương – Nguyễn Thị Hoàng Liên, Giáo trình hướng dẫn đồ án mơn học thiết kế cung cấp điện, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2018 [5] ThS Nguyễn Anh Vũ, Thiết kế mơ hình điều khiển bù công suất phản kháng làm thiết bị thực hành nghiên cứu cho môn học Cung cấp điện Hệ thống điện, Khoa Điện – Điện tử, 2015 [6] TS Lê Ngọc Bích, Giáo trình SCADA, Hutech, 2016 [7] Mitsubishi Electric Coporation, Mitsubishi Programmable Controllers Melsec – F, 2015 [8] https://www.ebookbkmt.com, truy cập vào ngày 09/08/2021 [9] http://hocthatlamthat.edu.vn/dieu-khien-2-bom-nuoc-khoi-dong-truc- tiep-chay-luan-phien-nhau/, truy cập vào ngày 21/08/2021 [10] https://plctech.com.vn/bai-tap-ung-dung-plc-mitsubishi/, truy cập vào ngày 26/08/2021 [11] https://plctech.com.vn/cach-tinh-dung-luong-tu-bu/, truy cập vào ngày 14/08/2021 107 ... biến áp hoạt động khơng tải cosφ thấp 29 CHƯƠNG TÍNH TỐN THI? ??T KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SUẤT COSφ SỬ DỤNG TẢI CẢM 4.1 TỔNG QUÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG Mơ hình hệ thống gồm có hai phần chính:... CHƯƠNG TÍNH TỐN THI? ??T KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SUẤT COSφ SỬ DỤNG TẢI CẢM 30 iv 4.1 TỔNG QT MƠ HÌNH HỆ THỐNG 30 4.2 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU BÀI TOÁN THI? ??T KẾ 30 4.3 TÍNH... NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾP CẬN ĐỀ TÀI 1.4.1 Các phương pháp nghiên cứu - Phương pháp mô phỏng: Phân tích thi? ??t kế dựa lý thuyết, thực thi? ??t kế chế tạo mơ hình hệ thống nâng cao hệ số công suất Cosφ điều