Báo cáo thực tập tốt nghiệp GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY Đất nước Việt Nam đang trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa, nền kinh tế đang trên đà phát triển, việc ứng dụng Tự động hóa các thiết bị điện, khí cụ điện vào trong xây lắp các khu công nghiệp, khu chế xuất – liên doanh, khu nhà cao tầng ngày càng nhiều. Vì vậy việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán lựa chọn sử dụng rất cần thiết cho sinh viên ngành Điện. Ngoài ra cần phải cập nhật công nghệ mới đang không ngừng cải tiến và nâng cao trong ngành Tự động hóa. Với một vai trò như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, thực tập tốt nghiệp là một phần rất quan trọng của trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Chương trình thực tập tốt nghiệp nhằm cung cấp những kiến thức thực tế ban đầu cho sinh viên. Những kiến thức ấy giúp cho sinh viên nắm vững hơn phần lý thuyết đã được học trên ghế nhà trường, những điều sinh viên còn băn khoăn thắc mắc sẽ được các thầy giáo và người hướng dẫn giải đáp. Đó là những điều kiện rất quan trọng giúp sinh viên làm quen với công việc, đồng thời giúp sinh viên không bị bỡ ngỡ khi ra trường đi làm. Công ty thiết bị điện Phượng Hoàng tại số 4 nghách 139/56 Đường Tam Trinh – Quận Hoàng Mai – Hà Nội là doanh nghiệp chuyên thiết kế, thi công lắp đặt tủ điện, các công trình điện dân dụng và công nghiệp. Sau một thời gian thực tập tại Công ty thiết bị điện Phượng Hoàng, em đã được công ty giao làm việc thực tế Tủ bù công suất. Trong quá trình thực tập em đã tìm hiểu được một số kiến thức nhất định, tuy nhiên do trình độ hạn chế và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, vì thế em rất mong được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô trong bộ môn cùng các anh chị trong công ty. Xin chân thành cảm ơn các anh chị trong công ty đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong quá trình thực tập. Em cũng xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cũng như ban chủ nhiệm bộ môn Tự Động Hoá -Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo cơ hội cho sinh viên chúng em được tiếp xúc với thực tế trước khi ra trường. Hà Nội, ngày 08 tháng 08 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Công Hoàng Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Chương 1: CÁCH CHỌN CÔNG SUẤT TỤ BÙ I. Tại sao cần cải thiện hệ số công suất: 1. Giảm giá thành tiền điện: - Nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế, nhất là giảm tiền điện. - Trong giai đoạn sủ dụng điện có giới hạn theo qui định. Việc tiêu thụ năng lượng phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng (tgφ > 0,4: đây là giá trị thỏa thuận với công ty cung cấp điện) thì người sử dụng năng lượng phản kháng phải trả tiền hàng tháng theo giá hiện hành. - Do đó, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng sẽ là: kVAr ( phải trả tiền ) = KWh ( tgφ – 0,4) - Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc đến yếu tố phí tổn do mua sắm, lắp đặt bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ số công suất. 2. Tối ưu hoá kinh tế - kỹ thuật - Cải thiện hệ số công suất cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn V.V…đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện. - Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hoá các phần tử cung cấp điện. Khi ấy các thiết bị điện không cần định mức dư thừa. Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, cần đặt tụ cạnh cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng. 3. Cải thiện hệ số công suất - Để cải thiện hệ số công suất của mạng điện, cần một bộ tụ điện làm nguồn phát công suất phản kháng. Cách giải quyết này được gọi là bù công suất phản kháng. - Tải mang tính cảm có hệ số công suất thấp sẽ nhận thành phần dòng điện phản kháng từ máy phát đưa đến qua hệ thống truyền tải phân phối. Do đó kéo theo tốn thất công suất và hiện tượng sụt áp. - Khi mắc các tụ song song với tải, dòng điện có tính dung của tụ sẽ có cùng đường đi như thành phần cảm kháng của dòng tải. vì vậy hai dòng điện này sẽ triệt tiêu lẫn nhau I C = I L . Như vậy không còn tồn tại dòng phản kháng qua phần lưới phía trước vị trí đặt tụ. Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 2 Báo cáo thực tập tốt nghiệp - Đặc biệt ta nên tránh định mức động cơ quá lớn cũng như chế độ chạy không tải của động cơ. Lúc này hệ số công suất của động cơ rất nhỏ (0,17) do lượng công suất tác dụng tiêu thụ ở chế độ không tải rất nhỏ. II. Các thiết bị bù công suất: 1. Bù trên lưới điện áp Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng: - Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền). - Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục theo yêu cầu khi tải thay đổi. Chú ý: Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800 kVAr và tải có tính liên tục và ổn định, việc lắp đặt bộ tụ ở phía trung áp thường có hiệu quả kinh tế tốt hơn. 2. Tụ bù nền Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi việc điều khiển có thể thực hiện: - Bằng tay: dùng CB hoặc LBS (load – break switch) - Bán tự động: dùng contactor - Mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải. Các tụ điện được đặt: - Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm (động cơ điện và máy biến áp). - Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có tính cảm kháng đối với chúng việc bù từng thiết bị một tỏ ra quá tốn kém. - Trong các trường hợp khi tải không thay đổi. 3. Bộ tụ bù điều khiển tự động (bù ứng động) - Bù công suất thường được hiện bằng các phương tiện điều khiển đóng ngắt từng bộ phận công suất. - Thiết bị này cho phép điều khiển bù công suất một cách tự động, giữ hệ số công suất trong một giới hạn cho phép chung quanh giá trị hệ số công suất được chọn. Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 3 Báo cáo thực tập tốt nghiệp - Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng. Ví dụ: tại thanh góp của tủ phân phối chính, tại đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn. Các nguyên lý và lý do sử dụng bù tự động: - Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi phần được điều khiển bằng contactor. Việc đóng một contactor sẽ đóng một số tụ song song với các tụ vận hành. Vì vậy lượng công suất bù có thể tăng hay giảm theo từng cấp bằng cách thực hiện đóng hoặc cắt contactor điều khiển tụ. Một rơley điều khiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng và mở các contactor tương ứng để hệ số công suất cả hệ thống thay đổi (với sai số do điều chỉnh từng bậc ). Để điều khiển rơle máy biến dòng phải đặt lên một pha của dây cáp dẫn điện cung cấp đến mạch được điều khiển. Khi thực hiện bù chính xác bằng các giá trị tải yêu cầu sẽ tránh được hiện tượng quá điện áp khi tải giảm xuống thấp và do đó khử bỏ các điều kiện phát sinh quá điện áp và tránh các thiệt hại xảy ra cho trang thiết bị. - Quá điện áp xuất hiện do hiện tượng bù dư phụ thuộc một phần vào giá trị tổng trở nguồn. Các qui tắc bù chung - Nếu công suất bộ tụ (kVar) nhỏ hơn hoặc bằng 15% công suất định mức máy biến áp cấp nguồn, nên sử dụng bù nền. - Nếu ở trên mức 15%, nên sử dụng bù kiểu tự động. - Vị trí lắp đặt tụ áp trong mạng điện có tính đến chế độ bù công suất; hoặc bù tập trung, bù nhóm, bù cục bộ, hoặc bù kết hợp hai phương án sau cùng. - Về nguyên tắc, bù lý tưởng có nghĩa là bù áp dụng cho từng thời điểm tiêu thụ và với mức độ mà phụ tải yêu cầu cho mỗi thời điểm. - Trong thực tiễn, việc chọn phương cách bù dựa vào các hệ số kinh tế và kỹ thuật. Vị trí lắp đặt tụ bù: 3.1 Bù tập trung: áp dụng cho tải ổn định và liên tục. Nguyên lý: bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được đóng trong thời gian tải hoạt động. Ưu điểm: - Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng. Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 4 Báo cáo thực tập tốt nghiệp - Làm giảm công suất biểu kiến. - Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các phụ tải cần thiết. Nhận xét: - Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ phân phối chính của mạng hạ thế. - Vì lý do này kích cỡ dây dẫn, công suất tổn hao không được cải thiện ở chế độ bù tập trung. 3.2 Bù nhóm (từng phân đoạn). Bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau. Nguyên lý: Bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực, hiệu quả do bù nhóm mang lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có đặt tụ được thể hiện rõ nhất. Ưu điểm: - Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng. - Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu. - Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với cùng dây cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực. Nhận xét: - Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối khu vực. - Vì lý do này mà kích thước và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên không được cải thiện với chế độ bù nhóm. - Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dư và kèm theo hiện tượng quá điện áp. 3.3 Bù riêng: Bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kế so với mạng điện. Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 5 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Nguyên lý: + Bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính cảm (chủ yếu là các động cơ). + Bộ tụ định mức (kVAr) đến khoảng 25% giá trị công suất động cơ. Bù bổ sung tại đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt. Ưu điể m : - Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr) - Giảm công suất biểu kiến yêu cầu. - Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn. Nhậ n xét : Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại trong mạng điện. 3.4 Mức độ bù tối ưu * Phương pháp chung: Bảng số liệu tính toán công suất phản kháng cần thiết trong giai đoạn thiết kế. qua đó có thể xác định công suất phản kháng và công suất tác dụng cho mức độ bù khác nhau. Vấn đề tối ưu hoá kinh tế kỹ thuật cho một mạng điện đang hoạt động. Việc tính toán định mức bù tối ưu cho một mạng đã tồn tại có thể thực hiện theo những lưu ý sau: + Tiền điện trước khi đặt bù + Tiền điện tương lai sau khi lắp tụ bù. + Các chi phí bao gồm: - Mua tụ bù và mạch điều khiển. - Lắp đặt và bảo trì - Tổn thất trong tụ và tổn thất trên dây cáp, máy biến áp sau khi lắp tụ bù. III. Chọn Tụ Bù: 1. Phương pháp tính đơn giản: Để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) của tải đó và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó: Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 6 Báo cáo thực tập tốt nghiệp - Giả sử ta có công suất của tải là P - Hệ số công suất của tải là Cosφ 1 → t φ 1 ( trước khi bù ) - Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ 2 → tgφ 2 . - Công suất phản kháng cần bù là Q C = P (tgφ 1 – tgφ 2 ). Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù. VD: Giả sử ta có công suất tải là P = 270 (KW). Hệ số công suất trước khi bù là cosφ 1 = 0.75 → tgφ 1 = 0.88 Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ 2 = 0.95 → tgφ 2 = 0.33 Vậy công suất phản kháng cần bù là Q bù = P (tgφ 1 – tgφ 2 ) Q bù = 270(0,88 – 0.33 ) = 148.5 (KVAr) Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng catalog của nhà sản xuất giả sử là ta có tụ 25 kVAr. Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 6 tụ 25 kVAr tổng công suất phản kháng là 6x25=150 (kVAr) với 6 tụ bù này ta chọn bộ điều khiển 6 cấp. VD: Một cơ sở sản xuất sử dụng điện vào giờ bình thường có công suất sử dụng trung bình là: 200 kW, điện năng tiêu thụ trung bình 48.000 kWh/tháng, hệ số công suất tại điểm đo đếm là cosϕ = 0,8. - Tiền điện năng tác dụng trong 1 tháng: T a = 48.000 (kWh) x 1023 (đồng/kWh) = 49.104.000 đồng. - Tiền mua công suất phản kháng là (do cosϕ = 0,8< 0,85): T P = T a .K% = 49.104.000x6,25/100 = 3.069.000 đồng Trong đó K% = 6,25% (ứng với cosϕ = 0,8 theo hướng dẫn thông tư 07/2006/TT-BCN ngày 27/10/2006 của Bộ công nghiệp). Vậy số tiền mà khách hàng phải trả hàng tháng là 52.173.000 đồng. Nếu khách hàng đầu tư 3 bộ tụ bù hạ thế công suất 20 kVAr thì hệ số cosϕ sẽ là 0,91. Khi đó khách hàng không phải mua công suất phản kháng. Chi phí cho 3 bộ tụ bù chỉ hơn 3 triệu đồng. Chương 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT - BẢO VỆ TỤ BÙ I. Attomat Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 7 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Attomat là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (1 pha, 3 pha) có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp … của mạch điện. 1. Cấu tạo: Attomat thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc ba tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang). Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính. 2. Nguyên lý hoạt động a. Sơ đồ nguyên lý của Attomat dòng điện cực đại nguån 1 cuén d©y b¶o vÖ qu¸ dßng 2 3 4 5 6 t¶i Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, Attomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm tiếp điểm động. Bật Attomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút. Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của Attomat được mở ra, mạch điện bị ngắt. Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 8 Báo cáo thực tập tốt nghiệp II. Cầu Dao 1. Khái quát và công dụng Cầu dao là một khí cụ diện dùng để đóng cắt mạch điện bằng tay được sử dụng trong các mạch điện có nguồn dưới 500V, dòng điện định mức có thể lên tới vài kA Khi thao tác đóng ngắt mạch điện, cần đảm bảo an toàn cho thiết bị dùng điện. Bên cạnh, cần có biện pháp dập tắt hồ quang điện, tốc độ di chuyển lưỡi dao càng nhanh thì hồ quang kéo dài càng nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn. Vì vậy khi đóng ngắt mạch điện, cầu dao cần phải thực hiện một cách dứt khoát. 2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại a. Cấu tạo Phần chính của cầu dao là lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi được làm bằng hợp kim của đồng, ngoài ra bộ phận nối dây cũng làm bằng hợp kim của đồng. b. Nguyên lý hoạt động của cầu dao cắt nhanh Khi thao tác trên cầu dao, nhờ vào lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi, mạch điện được đóng ngắt. Trong quá trình ngắt mạch, cầu dao thường xảy ra hồ quang điện tại đầu lưỡi dao và điểm tiếp xúc trên hệ thống kẹp lưỡi. Người sử dụng cần phải kéo lưỡi dao ra khỏi kẹp nhanh để dập tắt hồ quang. Do tốc độ kéo bằng tay không thể nhanh được nên người ta làm thêm lưỡi dao phụ. Lúc dận điện thì lưỡi dao phụ cùng lưỡi dao chính được kẹp trong ngàm. Khi ngắt điện tay kéo lưỡi dao chính là trước còn lưỡi dao được kéo căng ra đến một mức nào đó sẽ bật thanh kéo lưỡi dao phụ ra khỏi ngàm một cách nhanh chóng. Do đó, hồ quang bị kéo dài nhanh và hồ quang bị dập tắt trong thời gian ngắn. Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 9 Báo cáo thực tập tốt nghiệp c. Phân loại Phân loại cầu dao dựa vào các yếu tố sau: - Theo kết cấu: cầu dao được chia làm loại một cực, hai cực, ba cực hoặc bốn cực. - Cầu dao có tay nắm ở giữa hay ở bên. Ngoài ra còn có cầu dao một ngả, hai ngả được dùng để đảo nguồn cung cấp cho mạch hay đảo chiều động cơ. - Theo điện áp định mức: 250V, 500V. - Theo dòng điện định mức: dòng điện định mức của cầu dao được cho trước bởi nhà sản xuất (thường là các loại 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 75A, 100A, 150A, 200A, 350A, 600A, 1000A…). - Theo vật liệu cách điện: có loại đế sứ, đế nhựa, đế đá. - Theo điều kiện bảo vệ: loại có nắp, không có nắp (loại không có nắp được đặt trong hộp hay tủ điều khiển). - Theo yêu cầu sử dụng: loại cầu dao có cầu chì bảo vệ ngắn mạch hoặc không có cầu chì. d. Các thông số định mức của cầu dao Chọn cầu dao theo dòng điện định mức và điện áp định mức: Gọi I tt là dòng điện tính toán của mạch điện. U nguồn là điện áp nguồn của lưới điện sử dụng. I đm cầu dao = I tt U đm cầu dao = U nguồn III. Contactor 1. Khái niệm: Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, tạo liên lạc trong mạch điện bằng nút nhấn. Như vậy khi sử dụng Contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải (vị trí điều khiển, trạng thái hoạt động của Contactor rất xa vị trí các tiếp điểm đóng ngắt mạch điện). Nguyễn Công Hoàng – Lớp TĐH Chuyển hệ 12 10