Thiết kế và chế tạo bộ chuyển nguồn tự động (ATS Automatic Transfer Awitch) TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG NIÊN KHÓA 2011 – 2014 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ CHUYỂN N[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG NIÊN KHÓA 2011 – 2014 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ CHUYỂN NGUỒN TỰ ĐỘNG (ATS: Automatic Transfer Switch) Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN VĂN SƠN Sinh viên thực : LÊ THANH TỐT Mã số sinh viên: 111C660014 Lớp: C11DT01 Bình Dương, Tháng Năm 2014 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với lên mạnh mẽ kinh tế nước nhà nhu cầu sử dụng lượng ngày cao đặc biệt lượng điện Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp , nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Mạng lưới điện nước ta mở rộng phát triển từ bắc tới nam để đáp ứng nhu cầu cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Một lực lượng đơng đảo cán kĩ thuật ngành điện lực tham gia thiết kế lắp đặt công trình cung cấp điện Cơng việc thiết kế cấp điện cơng việc khó khăn địi hỏi người thực cần phải có trình độ cao, hiểu biết rộng nhiều lĩnh vực vấn đề xã hội Một kinh tế phát triển gắn liền với công nghiệp phát triển cao, công nghiệp nghành tiêu thụ điện lớn Điện có ảnh hưởng định đến tồn tại, phát triển xí nghiệp cơng nghiệp điện đóng góp phần khơng nhỏ đến việc định giá thành, chất lượng sản phẩm làm Nếu việc cung cấp điện không đảm bảo gây hàng loạt hỏng hóc dẫn đến thiệt hại lớn mặt kinh tế doanh nghiệp Khi chất lượng điện khơng tốt tạo hàng loạt phế phẩm làm ảnh hưởng đến thương hiệu sản phẩm Hiện với kinh tế thị trường cạnh tranh mạnh mẽ chất lượng giá thành hai vấn đề hàng đầu định trực tiếp đến việc hoạt động doanh nghiệp, cung cấp nguồn điện có chất lượng cao ln mong muốn doanh nghiệp sản xuất Xã hội phát triển làm cho đời sống nhân dân nâng lên, ngành thương mại dịch vụ ngày quan trọng không ngừng mở rộng Các phụ tải lĩnh vực chiếm tỉ trọng ngày tăng lên trở thành khách hàng quan trọng ngành điện Việc thi hành sách mở cửa thu hút khách du lịch kéo theo hàng loạt cơng trình hoạt động lĩnh vực khách sạn, siêu thị hàng hoá với trang thiết bị đại Hệ thống cấp điện cho khách sạn siêu thị cần đảm bảo mức độ an toàn cao tránh gây thiệt hại lớn người Đất nước ta nước nông nghiệp 80% dân số sống nghề nông Cùng với công công nghiệp hố , điện khí hố nơng nghiệp làm thay đổi phần diện mạo vùng nông thôn nước ta Nhu cầu sử dụng điện vùng nông thôn phụ tải lớn không ngừng tăng đưa máy móc vào sản xuất nông nghiệp Điện tiêu thụ nông thôn không hiểu đơn thắp sáng tưới tiêu mà điện sử dụng nhiều để chế biến bảo quản nông sản, xay sát, sửa chữa nông cụ Các vùng đô thị ngồi phụ tải phục vụ cho ngành cơng nghiệp, sống sinh hoạt lượng điện tiêu thụ ngày nhiều Hàng loạt nhà cao tầng với thiết bị đại máy giặt, điều hoà nhiệt độ, yêu cầu cấp điện cho khu nhà cao tương đương với việc cấp điện cho khách sạn Bất hệ thống cung cấp điện cần phải đảm bảo yêu cầu : Mức độ tin cậy cao làm việc, chất lượng điện tốt, đảm bảo an toàn, tiết kiệm mặt kinh tế Ngoài phải dễ dàng vận hành sửa chữa Tuy nhiên lúc lưới điện hoạt động bình thường mà ln ln tiềm ẩn khả xảy cố, nguyên nhân chủ quan hay khách quan Để tránh thiệt hại có cố mạng lưới điện cần phải có thiết bị tự động bảo vệ ngắt mạng điện khỏi khu vực có cố Các thiết bị bảo vệ ngày hồn thiện đa dạng Thơng thường thiết bị bảo vệ loại khí cụ điện đóng cắt cách tự động máy cắt, cầu chì, cơng tắc tơ, rơle Hiện dây truyền tự động sử dụng rộng rãi thay sức lao động người Trong vận hành lưới điện việc tự động hoá cần thiết Đối với sinh viên khoa điện người làm chủ lưới điện tương lai cần phải biết thiết kế, chế tạo, vận hành thiết bị lưới điện Đặc biệt với sinh viên năm cuối, đồ án thiết kế tốt nghiệp hội để tìm hiểu sâu lĩnh vực hoạt động tương lai đồng thời bước đệm để làm việc sau trường Bản thân em nhà trường, khoa điện - điện tử thầy hướng dẫn giao đề tài thiết kế chế tạo mạch chuyển nguồn tự động ATS Với đề tài thiết kế cần phải tuân thủ theo yêu cầu nêu phía Với nỗ lực thân tận tình bảo, hướng dẫn đặc biệt thầy Nguyễn Văn Sơn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo tiến độ định Nội dung đồ án gồm chương: - Chương : Tổng quan thiết bị chuyển nguồn tự động ATS - Chương : Các phương án chon mạch động lực - Chương : Thiết kế chế tạo mạch điều khiển Mặc dù cố gắng với trình độ chun mơn, kinh nghiệm thời gian cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận xét, đánh giá thầy cô môn để đồ án hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Văn Sơn tận tình hướng dẫn em hồn thành đồ án Bình Dương, ngày 20 tháng năm 2014 Sinh viên thực Lê Thanh Tốt Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHUYỂNNGUỒN TỰ ĐỘNG ATS 1.1 Tính cấp thiết đồ án: Trong trình vận hành sử dụng lưới điện tránh khỏi cố mà mức độ thiệt hại cố gây lớn, chí cịn nguy hiểm đến tính mạng người Do cần thiết phải hạn chế mức thấp thiệt hại cố gây Khái niệm cố hiểu bao gồm : Mất điện, pha, lệch pha, cao áp, thấp áp trị số cho phép Ngày công nghiệp sinh hoạt ngày có loại phụ tải khơng phép điện hay có cố dù thời gian ngắn, điều gây thiệt hại nghiêm trọng người Ví dụ nguồn điện cấp cho thiết bị cấp cứu bệnh viện xảy điện thời gian ngắn lấy mạng sống nhiều bệnh nhân Hay nguồn điện cấp cho trung tâm điện toán, với hệ thống SCADA ( hệ thống kiểm tra điều khiển thu thập liệu) điện tồn số liệu theo dõi q trình điều khiển khơng hoạt động được, cơng trình quan trọng cấp quốc gia : Hội trường quốc hội, nhà khách phủ, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán nước, khu qn sự, sân bay, hải cảng…Một số cơng trình lĩnh vực giáo dục, thương mại, du lịch, dịch vụ, : trường học, bưu viễn thơng, khách sạn cấp cao, khu trung tâm thương mại, siệu thị hàng hoá Đối với tất phụ tải tiêu thụ đặc biệt cần phải cấp điện cách liên tục để tránh gây thiệt hại Lúc ngồi nguồn lưới điện tải tiêu thụ loại cần xây dựng nguồn dự phịng để đề phịng có cố với nguồn điện Tương ứng với cần phải có thiết bị thực việc cấp nguồn liên tục cho phụ tải đặc biệt thiết bị chuyển nguồn tự động ATS (Automatic Transfer Switch ) 1.1.1 Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS : Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS có tác dụng điện lưới máy phát tự động khởi động đóng điện máy phát cho phụ tải Khi điện lưới phục hồi thỡ hệ thống tự chuyển nguồn trở lại tự động tắt máy phát Khái niệm nguồn bị cố bao gồm: - Mất nguồn - Mất pha - Ngược thứ tự pha - Không đối xứng pha - Điện áp cao thấp trị số cần thiết Nguồn dự phòng điện lưới lấy từ đường dây khác nguồn dự phòng máy phát diezen Tuỳ theo tính tốn kinh tế, kĩ thuật hộ tiêu thụ mà sử dụng nguồn dự phòng cho hợp lý Khi nguồn dự phòng lưới khác ta có ATS lưới - lưới, nguồn dự phịng máy phát diezen ta có ATS lưới - máy phát Nhìn chung hai loại ATS giống nhau, nhiên thiết kế, chế tạo hoạt động ATS lưới - máy phát có phức tạp có thêm phận khởi động máy phát diezen Mặt khác cịn xảy cố với máy phát điện nên yêu cầu phải có phận bảo vệ máy phát Vì thiết kế ATS lưới- máy phát cần phải đảm bảo thực yêu cầu sau: - Khi lưới có cố với lý phải phát lệnh khởi động máy diezen chuyển tải cho nguồn dự phòng chất lượng điện đầu máy phát đạt yêu cầu - Khi có điện lưới trở lại, kiểm tra mức độ ổn định lưới chuyển tải trở lưới nguồn đủ thời gian ổn định Sau chuyển tải máy phát chạy không tải thời gian làm mát máy sau tự động dừng * Ngồi ra, tủ chuyển đổi nguồn tự động (ATS) có chức bảo vệ Điện Lưới bị cố như:mất pha, trung tính, thấp áp (tuỳ chỉnh) thời gian chuyển đổi điều chỉnh * Quy cách chọn tủ ATS: - Phù hợp với công suất máy, thiết bị đóng cắt, bảo vệ - Phù hợp với mơi trường nhiệt đới, khơng khí nhiễm muối ven biển hải đảo - Bảo đảm yêu cầu tính điều khiển - Bảo đảm cho người thiết bị * Chức hoạt động tủ ATS: - Bảo vệ máy phát , có thời gian trễ việc cắt MC máy phát đóng MC điện lưới nờn máy phát bảo vệ an toàn - Bảo vệ phụ tải , nguồn điện lưới kiểm tra , đảm bảo đóng điện lưới cho tải - Tự động gửi tín hiệu khởi động máy khi: điện lưới hoàn toàn, pha, điện áp thấp giá trị cho phép (giá trị điều chỉnh được) - Thời gian chuyển đổi sang nguồn máy phát tùy chọn , >5s , để đảm bảo điện máy phát ổn định - Khi điện lưới phục hồi, ATS chuyển phụ tải sang nguồn lưới Máy tự động tắt sau chạy làm mát 1-15 phút - Có khả vận hành tự động nhân công - Điều chỉnh khoảng thời gian chuyển mạch - Có hệ thống đèn thị Cụ thể : * Hiển thị : Mặt tủ : - Đèn MAIN AVAILABLE : đèn báo điện lưới - Đèn GEN AVAILABLE : đèn báo điện máy phát - Đèn MAIN ON LOAD : báo cấp điện lưới cho tải - Đèn GEN ON LOAD : báo cấp điện máy phát cho tải Trong tủ : - Đèn GOOD MAIN : đèn báo điện lưới nằm phạm vi cho phép - Đèn GOOD GEN : đèn báo điện máy phát nằm phạm vi cho phép - Đèn ERROR: đèn báo điện lưới không đạt số đèn báo khác * Công tắc điều khiển: - Chuyển mạch MAIN – AUTO – GEN ( chế độ ATS ) + MAIN : đóng điện lưới cho tải khơng 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 máy phát ) + TEST : chạy máy phát điện lưới + AUTO : chạy tự động hoàn toàn + OFF : tắt máy phát hoàn toàn * Các thơng số điều chỉnh người sử dụng : Phần ATS : - Ngưỡng bảo vệ thấp áp điện lưới ( Main Voltage Sensing ) - Thời gian trễ để kiểm tra điện lưới hồn tồn ổn định có điện trở lại ( Retranfer ) - 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 tắt ( Cool down ) Phần AUTO START MODULE ( tựy chọn ) - Thời gian trễ khởi động máy phát , 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 lần khởi động ( Idle ) - Thời gian cấp tín hiệu dừng máy ( Stop – với loại Stop output ) == > Tủ ATS EAC bảo hành uy tính * Giản đồ hoạt động tủ ATS : Hình I.1 1.1.1.1 Sơ đồ cấu trúc hai loại ATS : KĐ DZ MBA MBA ĐK MBA AP2 AP1 SS1 SS2 ĐK G AP1 AP2 SS CM SS2 CM Tới tải Tới tải a b Hình I.2 Sơ đồ khối ATS - MBA : máy biến áp nguồn - AP1, AP2 : áptômát nguồn - SS1, SS2 : Các so sánh - ĐK : khối điều khiển - CM : khối chuyển mạch - KĐ : Khối khởi động máy diezen - ĐZ : máy phát - G : máy phát điện * Chức khối : + SS : Khối so sánh thực chức theo dõi , giám sát thông số nguồn cung cấp so sánh thông số với giá trị ngưỡng đặt trước đưa tín hiệu cho khối điều khiển + ĐK : Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu so sánh tác động dến khối chuyển mạch * Trong sơ đồ nguyên lý ATS gồm có mạch điều khiển contactor trên: + mạch cho điện lưới + mạch cho máy phát - Mạch cấp nguồn cho cuộn dây contactor hoạt động để đóng, ngắt tiếp điểm mạch động lực trường hợp cố điện lưới xảy Mục đích nhằm chuyển đổi hai nguồn ( điện lưới – máy phát ) tải sử dụng - Mạch hoạt động linh kiện điện tử ( điện trở R có giá trị 10K Ω ,330 Ω , 68/1W, Optotriac, Triac BTA12, tụ không phân cực C = 473/630V, cuộn dây Contactor Transistor AT1015 Vi điều khiển ) *Nguyên lý hoạt động: - Khi vi điều khiển có điện xuống thấp, Transistor AT1015 dẫn làm cho Led ( Optotriac ) sáng, ánh sáng Led làm cho Triac dẫn dẫn qua Triac BTA12 dẫn, cuộn dây Contactor có điện làm tiếp điểm Contactor mạch động lực thay đổi trạng thái Kết luận : Như trường hợp điện lưới gặp cố mạch thay đổi trạng thái ( tiếp điểm thường đóng thành thường mở ngược lại ) tiếp điểm trong Contactor mạch động lực Khi tải ln có điện liên tục để sử dụng 3.2.3 Lưu đồ thuật tốn lập trình vi điều khiển : Hình III.12 Từ lưu đồ thuật tốn ta hiểu trình hoạt động vi điều khiển 3.2.4 Thi công mạch điều khiển : Dựa mạch điều khiển thành lập ta tiến hành thi công mạch điều khiển với loại linh kiện chọn Sử dụng phần mềm Orcad 9.2 thiết kế mạch in: Mạch in điều khiển ATS Hình III.13 Hình III.14.Mạch in Hình III.15 Mạch điều khiển chế tạo * Nhận xét : Mạch thi công lắp ráp đơn giản, dễ thực kiểm tra Linh kiện thông dụng, dễ kiếm, giá thành rẻ KẾT LUẬN * Keát đạt được: Mạch cơng chạy thử cho kết phần lý thuyết nêu Thực thao tác theo giản đồ thời gian từ lưới tới có điện lưới trở lại, tác động nhanh xác Sau số hình ảnh mạch thi cơng hoạt động phần lý thuyết nêu Địa chỉ: Sở Giao Thông Vận Tải Lâm Đồng, số 06 Pasteur, Đà Lạt * Ứng dụng thực tế thiết bị chuyển nguồn tự động ATS nơi không phép điện hay có cố dù thời gian ngắn ví dụ nguồn điện cấp cho thiết bị cấp cứu bệnh viện l nơi nguồn điện cấp cho trung tâm điện toán, với hệ thống SCADA ( hệ thống kiểm tra điều khiển thu thập liệu), cơng trình quan trọng cấp quốc gia : Hội trường quốc hội, nhà khách phủ, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán nước, khu quân sự, sân bay, hải cảng…Một số cơng trình lĩnh vực giáo dục, thương mại, du lịch, dịch vụ, : trường học, bưu viễn thơng, khách sạn cấp cao, khu trung tâm thương mại, siệu thị hàng hóa… Như điện ln sử dụng liên tục Sau hoàn thành đồ án này: - Em học thêm mạch điều khiển quan trọng cần thiết thực tế sử dụng - Có kinh nghiệm khắc phục thiếu sót cho thân - Và ln cố gắng học hỏi nhiều để nâng cao kiến thức chuyên ngành mà em học TÀI LIỆU THAM KHẢO Khí cụ điện - Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tôn Kỹ thuật điện tử tương tự số - Bộ môn Đo Lường - Khoa điện - ĐHBKHN Phần tử tự động - Phạm Văn Chới, Nguyễn Tiến Tôn ĐHBKHN - 1984 Giáo trình vận hành sửa chữa thiết bị điện - Nguyễn Đức Sỹ Vi mạch mạch tạo sóng - Tống Văn On - Nhà xuất khoa học kỹ thuật Vẽ thiết kế mạch in với OrCad 9.0 - Phạm Quang Huy, Nguyễn Đức Hiệp PHỤ LỤC * Phần lập trình cho vi điều khiển: ; CHUONG TRINH ATS Rm bit p1.5 Sm bit p1.6 Tm bit p1.7 PHALOSSM BIT P1.4 RG BIT P0.5 SG BIT P0.4 TG BIT P0.3 SHUTDN BIT P0.2 PHALOSSG BIT P0.6 START BIT P0.7 CONMAIN BIT P2.0 CONGEN BIT P2.1 LEDERRO BIT P2.7 LEDM BIT P2.5 LEDG BIT P2.6 ;LEDST BIT P2.74 FLG DATA 20H FLGM BIT FLG.0 FLGGEN BIT FLG.1 FLGGENERRO BIT FLG.2 ; -ORG 0000H LJMP MAIN ORG 001bH ljmp isrt1 org 0030h MAIN: clr start MOV R0,#0 MOV R1,#0 MOV R2,#0 ; dem so lan khoi dong MOV R3,#0 ;DELAY MOV R4,#0 MOV R5,#0 ;DELAY MOV R6,#0 MOV R7,#0 MOV 20H,#0 MOV TMOD,#00010001B MOV TH0,#HIGH(-50000) MOV TL0,#LOW(-50000) mov ie,#10001000b ;ngat timer1 mov th1,#high(-50000) mov tl1,#low(-50000) clr shutdn L1: LCALL ISMAIN JNB FLGM,L2 JNB CONMAIN,L1 JB CONGEN,L11 LCALL OPENCONGEN LCALL DELAY1S L11: LCALL CLOSECONMAIN JMP L1 L2: ;khong co luoi LCALL OPENCONMAIN JB FLGGENERRO,L3 LCALL STARTGEN L3: ;JB FLGGENERRO,L1 LCALL ISGEN JNB FLGGEN,L1 LCALL CLOSECONGEN JMP L1 ; -OPENCONGEN: SETB CONGEN SETB LEDG setb tr1 ;de shutdown RET ; -OPENCONMAIN: SETB CONMAIN SETB LEDM RET ; -ISMAIN: mov r3,#0 loopim: JB RM,LOSSMAIN JB SM,LOSSMAIN JB TM,LOSSMAIN ;JNB PHALOSSM,LOSSMAIN inc r3 cjne r3,#200,loopim mov r3,#0 SETB FLGM JMP EXITISMAIN LOSSMAIN: CLR FLGM EXITISMAIN: RET ; -ISGEN: mov r3,#0 loopig: JB RG,LOSSGEN JB SG,LOSSGEN JB TG,LOSSGEN ;JNB PHALOSSG,LOSSGEN inc r3 cjne r3,#200,loopig mov r3,#0 SETB FLGGEN JMP EXITISGEN LOSSGEN: CLR FLGGEN EXITISGEN: RET ; -CLOSECONGEN: SETB CONMAIN LCALL DELAY1S CLR CONGEN CLR LEDG ;SETB LEDM SETB LEDERRO mov r2,#0 mov r6,#0 clr tr1 ;chong shutdown may phat clr flggenerro RET ; -CLOSECONMAIN: SETB CONGEN LCALL DELAY1S CLR CONMAIN CLR LEDM ;SETB LEDG SETB LEDERRO mov r2,#0 clr flggenerro RET ; -STARTGEN: mov r6,#0 clr tr1 setb shutdn ;mo may phat lcall delay1s lcall isgen jb flggen,exitstartgen lcall opencongen JB FLGGENERRO,EXITSTARTGEN setb START LCALL DELAY1S ;thoi gian khoi dong clr START LCALL DELAY1M JNB RG,EXITSTARTGEN JNB SG,EXITSTARTGEN JNB TG,EXITSTARTGEN INC R2 CJNE R2,#3,STARTGEN MOV R2,#0 CLR LEDERRO clr shutdn SETB FLGGENERRO EXITSTARTGEN: MOV R2,#0 RET ; -DELAY1S: SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TF0 CLR TR0 MOV TH0,#HIGH(-50000) MOV TL0,#LOW(-50000) INC R3 CJNE R3,#20,DELAY1S MOV R3,#0 CLR TR0 RET ; -delay05s: SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TF0 CLR TR0 MOV TH0,#HIGH(-50000) MOV TL0,#LOW(-50000) INC R3 CJNE R3,#30,DELAY1S MOV R3,#0 CLR TR0 RET ; -DELAY1M: SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TF0 CLR TR0 MOV TH0,#HIGH(-50000) MOV TL0,#LOW(-50000) INC R3 CJNE R3,#20,DELAY1M MOV R3,#0 INC R5 CJNE R5,#6,DELAY1M MOV R5,#0 CLR TR0 RET ; -isrt1: clr tr1 clr tf1 mov th1,#high(-50000) mov tl1,#low(-50000) setb tr1 inc r6 cjne r6,#200,exitisrt1 mov r6,#0 clr shutdn clr tr1 exitisrt1: reti ; -END