Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ats

§å ¸n tèt nghiƯp   ThiÕt kÕ bé tù ®éng chun ngn ATS Lêi giíi thiƯu Cïng víi sù lên mạnh mẽ kinh tế nớc nhà nhu cầu sử dụng lợng ngày cao đặc biệt lợng điện Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp , nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trởng không ngừng Mạng lới điên nớc ta đợc mở rộng để đáp ứng nhu cầu đất nớc Một lực lợng đông đảo cán kĩ thuật ngành điện lực tham gia thiết kế lắp đặt công trình cấp điện Công việc thiết kế cấp điẹn công việc khó khăn đòi hỏi ngời thực cần phải có trình độ cao, hiểu biết rộng nhiều lĩnh vực vấn ®Ị x· héi Mét nỊn kinh tÕ ph¸t triĨn gắn liền với công nghiệp phát triển cao, công nghiệp khách hàng tiêu thụ điện lớn Điện có ảnh hởng định đến tồn , phát triển xí nghiệp công nghiệp điện đóng góp phần không nhỏ đến việc định giá thành , chất lợng 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 lợng điện không tốt tạo hàng loạt phế phẩm làm ảnh hởng đến thơng hiệu sản phẩm Hiện với kinh tế thị trờng cạnh tranh mạnh mẽ chất lợng giá thành hai vấn đề hàng đầu định trực tiếp đến việc hoạt động doanh nghiệp Xà hội phát triển làm cho đời sống nhân dân nâng lên, ngành thơng mại dịch vụ ngày quan trọng không ngừng mở rộng Các phụ tải lĩnh vực chiếm tỉ trọng ngày tăng lên đà trở thành khách hàng quan trọng ngành điện Việc thi hành sách mở cửa thu hút khách du lịch kéo theo hàng loạt công trình hoạt động lĩnh vực nh khách sạn , siêu thị hàng hoá với trang thiết bị đại Hệ thống cấp điện cho cac khách sạn siêu thị cần đẩm bảo mức độ an toàn cao tránh gây thiệt hại lớn ngời Đất nớc ta nớc nông nghiệp 80% dân số sống nghề nông Cùng với công công nghiệp hoá , điện khí hoá nông nghiệp làm thay đổi phần diện mạo vùng nông thôn nớc ta Nhu cầu sử dụng điện vùng nông thôn phụ tải khổng lồ không ngừng tăng đa máy móc vào sản xuất nông nghiệp Điện tiêu thụ nông thôn không hiểu đơn thắp sáng tới tiêu mà điện đợc sử dụng nhiều để chế biến bảo quản nông sản , xay sát , sửa chữa nông cụ v.v.v su h ớng phụ tải ngày tăng lên Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tự động chuyển nguồn ATS Các vùng đô thi phụ tải phục vụ cho ngành công nghiệp ,trong sống sinh hoạt lợng điện tiêu thụ ngày nhiều Hàng loạt nhà cao tầng với thiết bị đại nh máy giặt , điều hoà nhiệt độ, Yêu cầu cấp điện cho khu nhà cao tơng đơng với việc cấp điện cho khách sạn Bất hệ thống cung cấp điện cần phải đảm bảo đợc yêu cầu nh : Mức độ tin cậy cao làm việc, chất lợng điện tốt, đẩm bảo an toàn, tiết kiệm mặt kinh tế Ngoài phải dễ dàng vận hầnh sửa chữa Tuy nhiên lúc lới điện hoạt đông bình thờng mà luôn xảy cố, nguyên nhân chủ quan hay khách quan Để tránh thiệt hại có cố mạng lới điên cần phải có thiết bị tự động bảo vệ ngắt mạng điện khỏi khu vực có cố Các thiết bị bảo vệ ngày hoàn thiện đa dạng Thông thờng thiết bị bảo vệ loại khí cụ điện đóng cắt cách tự động nh máy cắt, cầu chì, công tắc tơ, rơle.Hiện dây truyền tự động đợc sử dụng rộng rÃi thay sức lao động ngời Trong vận hành lới điện việc tự động hoá cần thiết Đôi với sinh viên khoa điện ngời làm chủ lới điện tơng lai cần phải biết thiết kế, chế tạo, vận hành thiết bị lới điện Đặc biệt với sinh viên năm cuối, đề tài thiết kế tốt nghiệp hội để tìm hiểu sâu lĩnh vực hoạt động tơng lai đồng thời bớc đệm để làm việc sau trờng Bản thân em đợc nhà trờng, môn giao nhiệm vụ thiết kế tự động chuyển nguồn ATS lới - máy phát Với đề tài thiết kế cần phải tuân thủ theo yêu cầu đà nêu phía Dựa nỗ lực thân tận tình bảo thầy cô môn đặc biệt thầy PHạM văn chới đà giúp em hoàn thành đề tài thiết kế tốt nghiệp Trong thiết kế em gồm chơng : - Chơng I ATS : Khái quát chung thiết bị tự động chuyển nguồn - Chơng II : Tính toán chon mạch lực - Chơng III : Thiết kế mạch điều khiển Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Pgs.ts phạm văn chới đà tận tình hớng dẫn em hoàn thành đồ án Sinh viên Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ án tèt nghiƯp   ThiÕt kÕ bé tù ®éng chun ngn ATS Ng« phó phong Lêi giíi thiƯu .1 Ch¬ng I kh¸i qu¸t chung thiết bị tự động chuyển nguồn ats I.1 yêu cầu sử dụng Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS ThiÕt bÞ tù ®éng chun ngn ATS 2.1 Sơ đồ cấu trúc hai lo¹i ATS 2.2 Nguyên lý hoạt động ATS 10 I.2 CÊu t¹o chung cđa ats 16 Khèi chun m¹ch 16 1.1 Chun m¹ch dïng hai công tắc tơ 17 1.2 Chuyển mạch dùng hai áp tô mát 18 1.3 Chun m¹ch kiĨu bËp bªnh 20 Phần mạch điều khiển 21 ch¬ng II .23 tính toán chọn mạch lực 23 II.1 Giíi thiƯu phơng án mạch động lực 23 Phơng án dùng công tắc t¬ 23 Phơng án dùng áp tô mát hai ngả truyền động đóng cắt động pha .25 Phơng án dùng tiếp điểm kiểu bËp bªnh .27 II.2 TÝnh toán lựa chon mạch động lực 31 Ch¬ngIII 33 thiÕt kế mạch điều khiển 33 III.1 kh¸i qu¸t chung vỊ mạch điều khiển ATS 33 Sơ đồ khối mạch điều khiển ATS 33 Chức nhiệm vơ cđa c¸c khèi 33 III.2 khối đo lờng so sánh ats 34 Bảo vệ điện áp cao, điện áp thấp, lới điện 35 1.1 Rơle điện áp kiĨu ®iƯn tõ 35 1.2 Rơle điện áp kiểu bán dẫn 38 1.3 Rơle điện ¸p kiĨu dïng vi m¹ch IC 41 1.4 Rơle điện áp kiểu số .43 Sinh viªn : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ án tốt nghiệp   ThiÕt kÕ bé tù ®éng chun ngn ATS B¶o vƯ chèng lƯch pha, mÊt pha 45 Bảo vệ ngợc thø tù pha 47 Bảo vệ máy phát điezel 49 4.1 Bảo vệ áp lực dầu bôi trơn .49 4.2 Bảo vệ nhiệt độ nớc làm mát trị số cho phép 50 4.3 Bảo vệ máy phát trờng hợp h háng kÝch tõ, cỉ gãp .52 III.3 giíi thiệu khâu tạo thời gian trễ 55 Rơle thời gian kiểu điện tõ 56 Rơle thời gian kiểu động 57 R¬le thêi gian b¸n dÉn 58 Rơle thời gian kiểu vi mạch (IC) ®Õm xung 59 III.4 ThiÕt kế mạch điều khiển hoạt động ats 60 Phơng án dùng linh kiện đóng ngắt thông thờng 60 1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hoạt động ats 60 1.2 Giải thích hoạt động sơ đồ .62 1.3 NhËn xÐt 63 Trờng hợp dùng Rơle điện ¸p sè 63 2.1 Sơ đồ nguyên lý mắc rơle điện áp số EVR-PD 63 2.2 Giải thích hoạt động sơ đồ .65 Phơng án dùng LOGO 66 3.1 Giới thiệu đôi nét vÒ LOGO 66 3.2 Mạch điều khiển dùng LOGO 67 Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tự động chuyển nguồn ATS Chơng I khái quát chung thiết bị tự động chuyển nguồn ats I.1 yêu cầu sử dụng Trong trình vận hành sử dụng lới điện tránh khỏi cố mức độ thiệt hại cố gây lớn, chí nguy hiểm đến tính mạng ngời Do cần phải hạn chế mức thấp thiệt hại cố gây Khái niệm cố đợc hiĨu bao gåm : MÊt ®iƯn, mÊt pha, lƯch pha, cao áp , thấp áp trị số cho phép Ngày công nghiệp nh sinh hoạt ngày có loại phụ tải (hộ tiêu thụ) không đợc phép điện hay có cố dù thời gian ngắn, điều gây thiệt hại nghiêm trọng ngời cđa cho chóng ta VÝ dơ nh ngn ®iƯn cÊp cho thiết bị cấp cứu bệnh viện điện thời gian ngắn lấy mạng sống nhiều bệnh nhân Hay nguồn điện cấp cho trung tâm điện toán , hệ thống SCADA- hệ thống kiểm tra điều khiển thu thập liệu điện toàn số liệu theo dõi trình điều khiển không hoạt động đợc, công tr×nh quan träng cÊp quèc gia nh Héi trêng quèc hội, Nhà khách phủ,Ngân hàng nhà nớc,Đại sứ quán nớc,khu quân sự, sân bay, hải cảng Một số công trình lĩnh vực thơng mại dịch vụ ,du lịch nh khách sạn cấp cao, khu trung tâm thơng mại, siệu thị hàng hoá Đối với tất hộ tiêu thụ đặc biệt cần phải đợc cấp điện cách liên tục để tránh gây thiệt hại Lúc nguồn lới điện hộ tiêu thụ loại cần xây dựng nguồn dự phòng để đề phòng có cố với nguồn điện Tơng ứng với cần phải có thiết bị thực việc cấp nguồn liên tục cho phụ tải đặc biệt Hiện có loại thiết bị đảm bảo đợc yêu cầu : -Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS (Uninterrupting Power Supply ) -Thiết bị tù ®éng chun ngn ATS (Automatic Transfer Switch ) Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS Là thiết bị cấp điên cho phụ tải lới điện có chất lợng không đạt yêu cầu Thiết bị cấp nguồn liên tục dùng cho phụ tải đặc biệt quan trọngcần nguồn liên tục nh thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân trung tâm điện toán UPS đ ợc chế tạo với dÃy công suất từ vài trăm W đến vài trăm ngàn W, đáp ứng cho loại phụ tải khác Công suất UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng (thờng accqui ) công suất biến đổi Dung lợng nguồn accqui thờng không đợc lớn nên thời gian cấp nguồn Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ bé tù ®éng chun ngn ATS UPS thờng không đợc dài phụ tải điện lâu dài sau thời gian làm việc để giải nhiệm vụ cấp thiết ,sau UPS dừng làm việc Hiện thờng có loại UPS dố loai có chuyển mạch loại không chuyển mạch Sơ đồ khối loại UPS nh hình vẽ dới : Lới Lới CL AQ Tải NL a , Loại có chuyển mạch CL NL lọc Tải AQ b Loại không chuyển mạch Hình I_1 AQ : Khèi accqui CL : Khèi chØnh lu NL : Khối nghịch lu CM : Khối chuyển mạch Lọc: Khối lọc thành phần sóng bậc cao Loại UPS có chuyển mạch(hình I_1 a) Khối AQ đợc nạp qua chỉnh lu trạng thái chờ lúc chuyển mạch nối với lới Khi lới (sự cố) chuyển mạch tự động chuyển tải phía AQ Điện chiều từ AQ qua nghịch lu biến đổi thành điện xoay chiều với điện áp tần số phù hợp với tải Với công suất thấp , khối chuyển mạch rơle điện công suất cao chuyển mạch thờng dùng van bán dẫn, làm việc chế độ đóng ngắt Đặc điểm UPS kiểu cấu tạo đơn giản, điện ¸p cha thËt chuÈn v× thiÕu bé läc, thêi gian tác động chậm phải qua chuyển mạch thờng đợc chế tạo với cấp công suất đến cỡ ngàn W Loại UPS chuyển mạch (Hình I_1 b) điện lới xoay chiều đợc chỉnh lu chuyển thành điện chiều , vừa nạp cho AQ , vừa đa đến nghịch lu lọc cấp cho phụ tải Loại UPS có cấu tạo phức tạp nhng có nhiều u điểm loại Với tiến kỹ thuật điện tử điều khiển , loại UPS đợc dùng rộng rÃi hệ cấp nguồn đòi hỏi chất lợng cao.Cả hai loại UPS có chung nhợc điểm thời gian hoạt động không dài phụ thuộc nhiều vào dung lợng AQ Cần lu ý khối AQ đóng vai trò đặc biệt quan trọng phận dễ hỏng hóc công tác bảo vệ chăm sóc AQ vô quan trọng , Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ án tèt nghiƯp   ThiÕt kÕ bé tù ®éng chun nguồn ATS phải đợc thực thờng xuyên theo chế độ định Chính nhợc điểm lớn mà UPS không đợc sử dụng rộng rÃi thiết bị tự động chuyển nguồn ATS hộ tiêu thụ đặc biệt nói Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS Là thiết bị dùng để tự động chuyển tải sang nguồn dự phòng nguồn bị cố Khái niệm cố thông qua biĨu hiƯn sau - MÊt ngn - MÊt pha - Ngợc thứ tự pha - Không đối xứng pha - Điện áp cao thấp trị số cho phép Nguồn dự phòng đờng dây khác song song nguồn dự phòng mét m¸y ph¸t DIEZEL Tuú theo tÝnh to¸n kinh tế kĩ thuật hộ tiêu thụ mà sử dung nguồn dự phòng cho hợp lý Tơng ứng với nguồn dự phòng ta có hai loại ATS Khi nguồn dự phòng lới ta có ATS lới- lới, nguồn dự phòng máy phát ta có ATS lới-máy phát Nhìn chung hai loại ATS giống , nhiên thiết kế nh chế tạo , hoạt động ATS lới- máy phát có phức tạp có thêm phận khởi động máy DIEZEL Mặt khác xảy cố với máy phát điện cố thờng xuyên xảy Do yêu cầu loại ATS cao Cấu trúc khối hai loại ATS đợc thể ( hình I_2) Với nguồn dự phòng lới điện khác lúc nguồn dự phòng hoạy động lâu dài giống nh lới Còn đôi với nguồn dự phòng máy phát DIEZEL việc vận hành máy phát thời gian dài không kinh tế,do trờng hợp lới điện lâu dài cho máy phát hoạt động thời gian định , đà giải xong nhiệm vụ quan trọng dừng máy Khi nguồn có điện trở lại ổn định tác động trả tải lại cho nguồn Nên thiết kế ATS lới- máy phát cần phải đảm bảo thực đợc yêu cầu sau: - Khi líi cã sù cè víi bÊt k× lý phải phát lệnh khởi động máy DIEZEL Và chuyển tải cho nguồn dự phòng chất lợng điện đầu máy phát đạt yêu cầu - Khi có điện lới trở lại , kiểm tra mức độ ổn định lới chuyển tải trở lới nguồn đà đủ thời gian ổn định Sau chuyển tải máy phát Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tự động chuyển nguồn ATS chạy không tải thời gian làm mát máy tự động dừng lại điều kiện làm mát máy bảo đảm - Khi điện lới lâu dài xét thấy vận hành máy phát lợi nhu cầu sản xuất không cấp bách ,lúc cho máy vận hành thời gian đủ giải vấn đề quan trọng cho máy dừng lại 2.1 Sơ đồ cấu trúc hai loại ATS KĐ ĐK MBA DZ MBA MBA AP2 AP1 SS1 §K G AP1 AP2 SS SS2 SS2 CM CM Tíi t¶i Tíi t¶i a b Hình I 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 DIEZEL ĐZ : máy DIEZEL G : máy phát điện * Chức khối : Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tự động chuyển ngn ATS + SS : Khèi so s¸nh thùc hiƯn chức theo dõi , giám sát thông số nguồn cung cấp so sánh thông số dó với giá tri ngỡng đặt trớc đa tín hiêu cho khối điều khiển + ĐK :Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu so sánh tác động dến khối chuyển mạch + CM : Khối chuyển mạch thực việc đóng ngắt tải từ nguồn sang nguồn khác theo tác động điều khiển + KĐ :khối khởi động máy DIEZEL nhận đợc tín hiệu cua điều khiển + AP1, AP2 : hai áp tô mát bảo vệ nguồn có cố tải hay ngắn mạch 2.2 Nguyên lý hoạt động ATS * ATS lới - lới : Cấu trúc loại ATS đợc thể hình vẽ I-2 a ATS lới - lới hoại động đơn giản, chất lợng nguồn không đạt lúc so sánh thu tín hiệu cố so sánh thông số với giá trị ngỡng đặt trớc (ngỡng) vợt qua giá trị cấp tín hiệu cho khối điều khiển tác động đến khối chuyển mạch chuyển tải sang nguồn lại Khi lới điện phục hồi trở lại ATS tiến hành kiểm tra chất lợng nguồn điện đủ tiêu chuẩn cấp tín hiệu chuyển tải trở lại nguồn Sơ đồ thời gian hoạt động nã nh sau : MÊt líi Líi chÝnh phơc håi Đa tải trở lới Chuyển tải ữ5) giây * Giải(0thích hoạt động sơ đồ : (3ữ30 ) phút Ban đầu tải đợc cấp điện Hình I-3nguồn thông qua MBA1 lới bị cố nh mÊt ngn, mÊt pha…lóc ®ã khèi ®iỊu khiĨn cđa ATS nhËn tÝn hiƯu sù cè vµ xư lÝ nã ®ång thêi ATS cịng kiĨm tra chÊt lỵng ®iƯn ngn lại Nếu chất lợng nguồn dự phòng tốt ATS tạo khoảng thời gian trễ (0ữ5s) để Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN Đồ án tốt nghiƯp   ThiÕt kÕ bé tù ®éng chun ngn ATS khẳng định lới gặp cố thực la cố thoáng qua Sau tạo tín hiệu cho cấu chấp hành tác động chuyển tải sang nguồn dự phòng Khi tải làm việc với nguồn dự phòng mà lới phục hồi trở lại ATS xử lí tín hiệu đồng thời tạo khoảng thời gian trễ (3 ữ30 phút ) để đảm bảo nguồn đà ổn định đa vào vận hành Sau ATS tác động đến cấu chuyển mạch đa tải trở lại lới Và ATS tiếp tục theo dõi hoạt động nguồn điện bình thờng * ATS lới - máy phát Một nhợc diểm lớn ATS lới-lới x¶y sù cè cđa hƯ thèng , h hỏng trạm biến áp trung gian, điện áp nguồn lúc nguồn dự phóng không tác dụng.Do để bảo đảm việc chủ động cấp điện cho phụ tải quan trọng cấp quốc gia nh hội trờng quốc hội,ngân hàng nhà nớc, trung tâm điện toán, khu quân điện nguy hiểm ®Õn an ninh quèc gia.Ta thêng x©y dùng nguån dù phòng máy phát ĐIEZEL Tơng ứng với ta có loại ATS lới - máy phát Cấu trúc loại đợc biểu diễn (Hình I-2 b) Đối với ATS lới - máy phát việc hoạt động phức tạp loại Khi nguồn có chất lợng không đạt yêu cầu nghĩa có cố , Sự cố bao gồm : Mất điện, pha, lêch pha lớn, điện áp, thấp ¸p, ngỵc thø tù pha MÊt líi, mÊt pha, sơt áp 85% U đm làm cho máy điện không đồng không khởi động đợc gây tải với thiết bị quay kéo tải lớn, hệ thống chiếu sáng không đủ sáng Lúc ATS phải phát tín hiệu khởi động máy ĐIEZEL sau 5s (để tránh dao động lới) Khi điện áp pha đối xứng mức cho phép,quá điện áp,không thứ tự pha ATS phát tín hiệu khởi động máy, trờng hợp lới nhng chất lợng điện không tốt ảnh hởng đến trình làm việc Khi điện áp gây h hỏng cách điện thiết bị dùng điện mạng Khi ngợc thứ tự pha tạo từ trờng nghịch làm động pha quay ngợc gây thiệt hại Khi ®ã khèi SS1 sÏ thu tÝn hiÖu sù cè so sánh với ngỡng cấp tín hiệu cho khối ĐK , ĐK tác động tới khởi động máy DIEZEL Khi khởi động máy DIEZEL thành công điiện áp máy phát đợc thành lập Nếu chất lợng điện áp đảm bảo đạt đến khoảng 0.8 U đm thời gian khối ĐK tính thời gian khoảng 1-25s câp tín hiêu cho chuyển mạch để chuyển tải cho nguồn dự phòng máy phát Sinh viên : Ngô Phú Phong TB§-§T2-K44-§HBKHN