Bài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATS

Bài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATSBài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATSBài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATSBài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATSBài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATSBài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATSBài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATSBài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATS

Bài thực hành 5: Tìm hiểu về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử

dụng bộ chuyển đổi nguồn ATS

1 Tổng quan về hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dung bổ chuyển đổi nguồn ATS

1.1 Một số hình ảnh tủ ATS trong thực tế

1.1.1 Tủ ATS 1000A OSUNG

Hình 1 Tủ ATS 1000A OSUNG

Thông số kỹ thuật Tủ ATS-3P-1000A OSUNG:

+ Điện áp làm việc: 230/380VAC, 3 Pha, 4 dây

+ Dòng điện định mức: 1000A

+ Chức năng cài đặt thời gian chuyển nguồn: 0-30S

+ Tín hiệu khởi động và tắt máy phát điện: Có

+ Khóa liên động cơ khí và liên động điện: Có

9 Thanh cái Trung Tính, Tiếp

Tủ điện ATS hay còn gọi là tủ chuyển nguồn điện tự động ATS (AutomaticTransfer Switches), là một hệ thống thìết bị điện đảm bảo cho toàn bộ hệ thốngđiện được hoạt động liên tục, ổn định ngay cả khi có sự cố mất điện xảy ra Mỗidoanh nghiệp, nhà máy sản xuất, chung cư, bệnh viện đều được trang bị loại tủđiện này nhằm đảm bảo luôn có đủ nguồn điện phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt Một trong các biện pháp để nâng cao độ tin cây cung cấp điện là đặt cácphân tử dự trữ trong hệ thống điện Để đưa các phân tử dự trữ vào làm việc nhanhchóng và an toàn người ta thường sử dụng các thìết bị tự đông đóng dự trữ, haycòn gọi là bộ đổi nguồn tự đông (ATS: Automatic transfer switch) Bộ đổi nguồn

tự động sử dụng phụ tải điện phòng khi xảy ra sự mất điện Bộ đổi nguồn tự đôngđược nối giữa 2 nguồn mạch lưới chính và mạch điện dự phòng Khi xảy ra mấtđiện nguồn lưới chính, khác chuyển đổi sẽ chuyển phụ tải từ nguồn dự phòng hay

là nguồn thứ hai Chuyển đổi là tự đông nếu khoá kiểu tự đông hoặc phải thao tácbằng tay nếu khoá là kiểu bằng tay hoặc kiểu không tự đông Tải có thể đượcchuyển về nguồn cấp chính 1 cách tự đông hoặc bằng tay khi điện áp lưới chínhđược phục hồi

Thìết bị tự đông đóng dự trữ đem lại những hiệu quả sau: Tăng đô tin câycung cấp điện, làm giảm sơ đồ cung cấp điện, giảm được các máy biến áp hoặcđường dây phải làm việc song song Và cũng nhờ việc giảm các phần tử làm việcsong song nên hạn chế được dòng điện ngắn mạch, làm cho mạch rơ le bảo vê đỡphức tạp và giảm bớt số nhân viên phải trực nhât, vận hành ở các trạm

1.2.2 Chức năng, ứng dụng của ATS

Chức năng của ATS có chức năng chuyển đổi nguồn tự động hoặc bằng tay

từ nguồn điện chính sang nguồn điện dự phòng khi nguồn điện chính gặp sự cốnhư:

- Tủ ATS có nguyên lý hoạt động cơ bản là theo dõi các nguồn điện vàchuyển tín hiệu khởi động đến máy phát điện nếu nguồn điện xảy ra sự cố

Thời gian chuyển nguồn dự phòng có thể đặt được trong khoảng 5 ÷ 10s, khiđiện lưới phục hồi, tủ ATS chờ một khoảng thời gian 10 ÷ 30s để xác định

sự ổn định của nguồn lưới

- Tủ điện ATS sẽ theo dõi tình trạng hoạt động của nguồn điện chính và cungcấp điện dự phòng khi nguồn điện chính bị một số lỗi như : mất pha, sụt áp,mất trung tính, mất điện hoàn toàn, tần số trễn dưới mức cho phép

- Bảo vệ thấp áp và quá áp (được thực hiện ở phía nguồn lưới điện chính) đểxác định sự cố này thì dùng các khí cụ điện sau: OV Relay, UV relay, Ondelay timer, off delay timer

- Bảo vệ quá dòng : ngừng cung cấp điện vào phụ tải từ bất cứ nguồn điện nàođang liên kết với hệ thống ATS (khí cụ bảo vệ rơle nhiệt)

- Bảo vệ mất pha (phía nguồn điện chính) khí cụ điện bảo vệ là các modulerelay bảo vệ mất pha

- Tủ điện ATS được ứng dụng rộng rãi trong những địa điểm cần cung cấpnguồn điện liên tục như: khu công nghiệp, nhà máy, xưởng sản xuất, trungtâm thương mại, chung cư, sân bay, bến xe, cảng…

1.3 Phân loại các hệ thống ATS

Hiện nay trên thì trường có rất nhiều loại ATS như hệ thống một pha, hai pha,

hệ thống dùng ACB, Contactor, ATS hợp bộ Để dễ dang lựa chọn thì chúng ta có

3 cách lựa chọn hệ thống ATS như sau:

- Phân loại theo cấu tạo: ATS dùng ACB, ATS dùng Contactor, ATS hợp bộ(ATS Osung, ATS Kyungdong, ATS Socomec, ATS Viztek)

- Phân loại theo trạng thái: loại ON-ON, hoặc ON-OFF-ON

- Phân loại theo số pha ATS 2 pha, ATS 3 pha…

1.3.1 Phân loại theo cấu tạo sự dụng

 Hệ thống ATS dùng Contactor

Như ta đã biết contactor là một công tắc điều khiển điện được sử dụng đểchuyển đổi một mạch điện, tương tự như relay Nhưng nó khác relay ở chỗ là sửdụng dòng điện cao hơn Contactor được điều khiển bởi một mạch điện trong đómang năng lượng thấp hơn nhiều so với mạch điện mà nó đóng cắt.

Khi sử dụng thìết bị đóng cắt contactor thì nó cần phải được cung cấp 1 nguồnđiện điều khiển liên tục để có thể nuôi được cuộn hút contactor (có công suất từ 5 –10W) Nhưng trong trường hợp nếu cuộn hút bị hỏng thì contactor cũng sẽ khônglàm việc, lúc này phụ tải sẽ không được kết nối với nguồn cấp

Ưu điểm của ATS dùng contactor là giá thành rẻ hơn so với các loại khác,lắp đặt khá dễ dàng

Nhược điểm: Bởi vì contactor luôn cần phải nguồn nuôi để hút cuộn coil nên

sẽ tốn chi phí nguồn điện, và vì luôn cần nguồn điện để giữ cuộn coil nên mộtthời gian sẽ bị hỏng, nguồn cấp cho tải sẽ bị gián đoạn

 Hệ thống ATS dùng ACB

Với những hệ thống cần công suất cao, hệ thống ATS sử dụng máy cắt ACBphát huy vai trò và tỏ ra hiệu quả, được rất nhiều doanh nghiệp tin dùng Đối vớicác ứng dụng lớn, phức tạp có 2 hoặc nhiều hơn nguồn lưới

+ Nguồn dự phòng, phương án tối ưu là sử dụng MCCB & ACB có động cơđóng cắt

+ Bộ điều khiển tủ ats của các hãng Phổ biến trễn thị trường việt nam là sảnphẩm của các nhà sản xuất (ABB, Merlin Gerin, Siemens…), các MCCB &ACBđược nối liên động điện cơ với nhau để thực hiện chức năng chuyển mạch tự động

Ưu điểm: Khả năng tùy biến cao, chọn được nhiều chế độ hoạt động, thông số

kỹ thuật cao… dễ dàng thay thế khi gặp sự cố và bảo dưỡng (đối với loạiwithdrawble) Dễ dàng kết nối với các hệ thống quản lý cấp cao hơn

Nhược điểm: Giá thành cao, tốn diện tích… thích hợp với những ứng dụng cóyêu cầu cao

 Hệ thống ATS hợp bộ

Là thìết bị chuyên dụng nên các loại công suất sử dụng đa dạng, thường có các

bộ điều khiển của hãng đồng bộ đi kèm, hoạt động ổn định và có độ bền cao, chiphí đầu tư vừa phải, kích thước nhỏ gon, nhược điểm của loại này là thìết bị có dảidòng cách xa nhau khi chọn thìết bị không được linh hoạt, không có chức năng bảo

vệ quá tải và là thìết bị tích hợp nên khi kéo cáp vào hệ thống cáp điện thường bị

đè lên nhau

1.3.2 Phân loại theo số pha ATS

Ngoài cách phân loại theo cấu tạo thì còn có cách phân loại theo số nguồn và sốcực như sau:

- Tủ điện ATS 1 nguồn điện lưới, 1 nguồn máy phát điện dự phòng Loại này sửdụng nhiều trong các chung cư cao ốc, nhà máy sản xuất

Tủ điện ATS 2 nguồn điện lưới chính, 1 nguồn máy phát điện dự phòng Loại này thường được lắp đặt và sử dụng trong các khu công nghiệp

lớn Hệ thống điện lưới luôn có hai nguồn độc lập luân pHiện nhau để bảo trì

- Tủ điện ATS 1 nguồn điện lưới, 2 nguồn máy phát điện dự phòng

- Theo dòng điện định mức

- Theo số cực: 2 cực, 3 cực, 4 cực

2 Sơ đồ đấu nối hệ thống

Hình 2 Sơ đồ đấu nối hệ thống cung cấp mặt trới nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATS

Sơ đồ đấu nối hệ thống cung cấp mặt trời nối lưới sử dụng bộ chuyển đổi nguồn ATS được hiển thị bên dưới Bộ chuyển đổi nguồn ATS hoạt động như một công tắc chuyển đổi tự động giữa nguồn điện lưới và nguồn điện mặt trời Khi lưới điện

bị mất, bộ chuyển đổi nguồn ATS sẽ chuyển sang nguồn điện mặt trời để đảm bảo nguồn điện liên tục cho tải

Sơ đồ đấu nối bao gồm các thành phần sau:

 Mô-đun quang điện: Đây là các thành phần chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng

 Bộ biến tần: Đây là các thành phần chuyển đổi điện DC từ mô-đun quang điện thành điện AC có thể sử dụng được trong nhà

 Bộ chuyển đổi nguồn ATS: Đây là thành phần chuyển đổi tự động giữa nguồn điện lưới và nguồn điện mặt trời

 Tải: Đây là các thiết bị sử dụng điện

Để đấu nối hệ thống, hãy thực hiện các bước sau:

1 Kết nối các mô-đun quang điện với bộ biến tần

2 Kết nối bộ biến tần với bộ chuyển đổi nguồn ATS

3 Kết nối bộ chuyển đổi nguồn ATS với lưới điện và tải

Khi lưới điện bị mất, bộ chuyển đổi nguồn ATS sẽ tự động chuyển sang nguồn điện mặt trời Điều này đảm bảo rằng tải sẽ tiếp tục nhận được nguồn điện ngay cả khi lưới điện bị mất

Dưới đây là một số lưu ý khi đấu nối hệ thống:

 Đảm bảo rằng tất cả các kết nối được thực hiện an toàn và đúng cách

 Sử dụng dây dẫn có kích thước phù hợp với tải điện

 Cài đặt bộ bảo vệ quá tải và ngắn mạch trên tất cả các mạch

Tuân theo các hướng dẫn của nhà sản xuất khi đấu nối hệ thống.

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị

3.1 cấu tạo

3.1.1 Cấu tạo của hệ thống ATS

Cấu tạo của tủ ATS bao gồm các thành phần như sau:

- Vỏ tủ điện: Được làm từ thép mã kẽm, bên ngoài được trang bị một lớpsơn tĩnh điện Vỏ tủ điện có kích thước to – nhỏ sẽ tùy thuộc vào nhu cầu

sử dụng, công suất

- Bộ điều khiển tủ điện ATS: Có chức năng điều khiển thìết bị chuyểnmạch theo thời gian

 Chuyển mạch MAIN – AUTO – GEN (chế độ của ATS)

 MAIN: đóng điện lưới cho tải không 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 của máy phát)

 TEST: chạy máy phát bất kể điện lưới thế nào

 AUTO: chạy tự động hoàn toàn

 OFF: tắt máy phát hoàn toàn

Hình 3.Bộ điều khiển tủ điện ATS

Hình 4 Công tắc chuyển đổi mạch ATS

- Các phần khác: như khoá liên động cơ khí MI, liên động điện EI, nguồnUPS, Bộ bảo vệ O/UV, OC/EF…giám sát bảo vệ, hệ thống thanh cái đồng,đèn báo nút nhấn, truyền thông xa…

3.1.2 Thông số cơ bản của hệ thống

Bảng 3.1: Bảng thông số hệ thống tủ ATS cơ bản

Điện áp định mức đầu vào 220/380/400, 1 pha, 3 pha

Điện áp định mức đầu ra 1 pha 220VAC, 3 pha 380 VAC

Dòng định mức 25-6300A (Theo nhu cầu thìết bị)

Tiêu chuẩn lắp ráp IEC 60439-1

Giám sát trạng thái từ xa Có/ không

Cài đặt nhiệt độ và hiện thị nhiệt độ

làm việc bên trong tủ điện Có/ Không

3.2 Nguyên lý hoạt động

3.2.1 Nguyên lý làm việc của tủ ATS

Nguyên lý hoạt động cơ bản của tủ ATS là theo dõi các nguồn điện và chuyển tínhiệu khởi động đến máy phát điện nếu nguồn điện xảy ra sự cố…

- ATS theo dõi tình trạng hoạt động của nguồn điện chính và cung cấp điện dựphòng khi nguồn điện chính bị một số lỗi như: mất pha, thấp áp, tần số trễndưới mức cho phép, mất trung tính, mất điện hoàn toàn

Hình 5 Nguyên lý hoạt động tủ ATS

Hệ thống điều khiển sẽ đưa ra lệnh hoạt động tự động:

- Ngưng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải

- Đóng nguồn điện cung cấp từ acquy hoặc hệ thống pin năng lượng mặt trời vàophụ tải

- Khi nguồn điện chính được phục hồi hệ thống điều khiển sẽ tự động:

- Ngắt nguồn cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải

- Đóng lại nguồn điện lưới vào tải

- Ngắt kết nối cung cấp nguồn điện dự phòng từ acquy hoặc hệ thống pin nănglương mặt trời

3.2.2 Nguồn cấp điện không gián đoạn UPS

Nguyên lý cơ bản của nguồn UPS (Uninterruplible Power Supply) là môtthìết bị có nguồn đầu vào nối với lưới điện, đầu ra nối với các thìết bị, bên trongUPS có môt bô Accquy khô Khi mất điện bất thường UPS lấy điện từ Accquycung cấp cho thìết bị, đảm bảo cho thìết bị tiêu thụ điện được cung cấp môt cáchliên tục

Về tính năng và công dụng, Hiện nay các nhà kỹ thuật phân chia UPS thànhhai loại:

+ Standby UPS + Online UPS

Standby UPS: là nguồn làm việc ở chế đô chờ, có nghĩa là: Khi có điện áplưới cung cấp cho tải thì UPS làm nhiệm vụ tích trữ năng lượng Khi mất điện lướithì năng lượng tích luỹ trước đó được thông qua mạch chuyển cung cấp cho tải

Online UPS: là nguồn làm việc thường xuyên, nghĩa điện áp của lưới đượcđưa qua môt bô xử lý trung gian rồi mới được đưa ra tải Trong trường hợp bước

xử lý trung gian này luôn hoạt đông để cung cấp năng lượng cho tải

Đối với nguồn Online UPS thì tốc đô chuyển mạch nhanh, đô tin cây cao,chất lương điện áp ra ổn định Đối với nguồn Standby UPS thì đô chuyển mạchchâm ảnh hưởng đến điện áp ra

Có thể biểu diên môt sơ đồ cấu trúc môt UPS như sau:

Hình 6 Sơ đồ cấu trúc môt UPS

- Chức năng của các khối:

Biến áp vào: Hạ áp từ điện áp lưới 220V xuống điện áp 24 - 48V dùng đểnạp cho ắc quy Cách ly giaa hệ thống lưới và chống ngắn mạch nguồn

Chỉnh lưu: Tạo điện áp môt chiều dùng cho việc nạp ắc quy và đưa tới bônghịch lưu

Lọc chỉnh lưu: San phẳng điện áp ra từ bô chỉnh lưu để đưa đến bô nghịchlưu nhằm nâng cao chất lượng điện áp ra ở đầu ra nghịch lưu

Nghịch lưu: Biến áp điện áp môt chiều lấy từ đầu ra của nghịch lưu thànhđiện áp xoay chiều tần số f =50 Hz cấp cho tải

Biến áp ra: Tăng điện áp từ 24 - 48V lên 220V phù hợp theo yêu cầu

của tải

Mạch nạp ắc quy: Dùng để điều khiển việc nạp ắc quy Khi có điện ắc quy lànơi tích trữ năng lượng Khi đó dưới sự điều khiển của mạch điều khiển nạp thì ắcquy được nạp Khi điện áp trễn ắc quy tăng đến môt mức nào đó thì mạch điềukhiển sẽ cắt việc nạp ắc quy

Accquy: là nơi tích trữ năng lượng khi có điẹn áp nguồn 220V và là nơi cungcấp năng lượng cho các phụ tải khi lưới điện bị mất Thời gian duy trì điện củaUPS phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng của ắc quy

Điều khiển chỉnh lưu: Điều khiển góc mở của các thyristor trong mạch chỉnhlưu sao cho điện áp ra sau chỉn lưu ổn định theo yêu cầu.

Điều khiển nghịch lưu: Điều khiển thời gian dẫn của các van hợp lý sao chođiện áp cung cấp cho tải là không đổi hoặc thay đổi rất nhỏ Mạch điều khiển nàyđóng vai trò quan trọng như một bộ ổn áp hoạt động song song với bộ nghịch lưu Nguồn: Dùng để cung cấp các mức điện áp khác nhau cho hai bộ điều khiểnchỉnh lưu và nghịch lưu

3.2.3 ATS lưới - lưới

Hình 7 Sơ đồ cấu trúc của ATS lưới – lưới

Trong đó:

I, II: Nguồn cung cấp

MBA: Máy biến áp

AP1, AP2: Áp tô mát bảo vê mạch lực

SS1, SS2: Khối so sánh

CM: Bộ chuyển mạch

Trong trường hợp phụ tải được cấp điện từ lưới và nguồn dự phòng cũngđược lấy từ lưới qua 1 máy biến áp vận hành song song như hình số 1.5 thì nguyên

lý làm việc của bô tự đông chuyển nguồn sẽ như sau:

Hoạt đông của ATS so với 2 nguồn cấp được duy trì ở 2 chế đô đó là nếuATS đưa nguồn lưới chính vào làm việc thì nó sẽ cắt nguồn dự phòng ra và ngượclại, tức là nó làm việc theo nguyên tắc “cần bập bênh” không bao giờ có hiệntượng đóng cả 2 nguồn cấp tới tải cùng môt lúc hoặc là cắt cả 2 nguồn cấp tới tải

Hình 8 Sơ đồ nguyên lí của ATS lưới - lưới

Giải thích hoạt đông của sơ đồ: Giả sử ban đầu tải được cấp điện bởi nguồnlưới một qua máy biến áp như hình 1.6

+ Đến thời điểm A, do xẩy ra sự cố trễn lưới cấp ở nguồn 1 (như mất điện

áp, mất pha) thì ngay lập tức ATS sẽ nhận được tín hiệu “sự cố “gửi sang từ bênnguồn cấp Đồng thời ở thời điểm này ATS cũng đang nhận và xử lý tín hiệu “Cóđiện” ở bên nguồn cấp 2, nguồn dự phòng

+ Nếu điện áp bến ngoài cấp dự phòng hoàn toàn đảm bảo chất lượng điệnnăng theo yêu cầu (đủ U,f) thì ATS sẽ tạo tín hiệu trễ tAB = (0 -5)s để khẳng địnhchắc chắn mất nguồn chính, rồi mới được tạo ra tín hiệu đến cơ cấu chấp hành, tácđông chuyến tải làm việc ở nguồn cấp dự phòng

+ Khi tải đang làm việc trễn nguồn dự phòng mà nguồn lưới chính đượcphục hồi lại thì bô phân xử lý tín hiệu “có điện” của ATS sẽ nhân tín hiệu và đưa

ra tín hiệu trễ thời gian tCD = (3 - 30) phút để khẳng định chắc chắn nguồn cấpchính đã ổn định có thể đưa vào vận hành.

+ Khi đã khẳng định chắc chắn rằng nguồn cấp chính đã ổn định, bộ phậnđiều khiển của ATS, sẽ gửi ngay tín hiệu tới cơ cấu chấp hành, cắt nguồn dựphòng ra, đóng tải vào nguồn lưới chính

Lúc này bô phân nhân tín hiệu của ATS vẫn tiếp tục làm việc ở cả 2 nguồn cấp,giám sát môt cách liên tục điện áp và thứ tự pha của cả 2

+ nguồn cấp để sẵn sàng phục vụ cho lần chuyển tải tiếp sau, nếu có xảy ra sự cố

ATS Ỉưới - lưới thực hiện bằng máy cắt phân đoạn

- Sau đây ta sẽ xét môt ví dụ cụ thể về việc sử dụng đóng cắt MC phân đoạntrong công việc đưa nguồn dự phòng vào làm việc

Thông thường ở trong mỗi nhà máy sản xuất thường có 2 máy biến áp vậnhành song song, phía thanh cái hạ áp thường để hở, MC phân đoạn dùng để nốihai thanh cái phía hạ áp đó, mục đích là để giảm nhẹ việc chọn các thìết bị hạ ápdẫn đến giảm giá thành xây dựng

Hình vẽ thể hiện sơ đồ đóng cắt như sau:

Hình 9 Sơ đồ đóng cắt ATS lưới – lưới