Định nghĩa ATS là thiết bị chuyển nguồn tự động, nó sẽ tự động chuyển phụ tải từ nguồn cấp chính sang nguồn cấp dự phòng khi có sự cố trên nguồn chính và tự động chuyển phụ tải từ nguồn
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
Bộ môn Thiết bị điện - điện tử
Giảng viên: Đặng Chí Dũng
Email: dung.dangchi@hust.edu.vn
Điện thoại: 0903178663
THIẾT KẾ KHÍ CỤ ĐIỆN
PHẦN 1:
CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP VÀ CAO ÁP
CHƯƠNG 4:
CÁC THIẾT BỊ CẤP NGUỒN DỰ PHÒNG
Trang 2MỤC ĐÍCH
1 Trang bị kiến thức cơ bản về nguyên lý làm việc, cấu tạo,
đặc điểm cấu tạo UPS & ATS
2 Có kiến thức và kỹ năng tính toán, lựa chọn UPS & ATS
trong hệ thống cung cấp điện
PHÂN LOẠI MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA PHỤ TẢI ĐIỆN
1 PT loại 1: không cho phép mất điện dưới mọi điều kiện,
do ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng, bang giao quốc tế,
tính mạng con người, thiệt hại lớn về kinh tế quốc gia, dữ
liệu thu thập và xử lý,…
2 PT loại 2: có thể cho phép mất điện trong thời gian
ngắn, tuy nhiên khi đó sẽ gây thiệt đáng kể đến kinh tế cho
các công ty, nhà máy,…
3 PT loại 3: cho phép mất điện, do ít ảnh hưởng đến các
tiêu chí trên
Trang 3I UPS – Uninterrupting Power Supply
1 Định nghĩa
UPS – Thiết bị cấp nguồn liên tục dùng cho các hộ tiêu thụ
đặc biệt, cần nguồn liên tục như các thiết bị cấp cứu ngành
ytế, máy tính cá nhân, các trung tâm điện toán, hệ thống
SCADA, DCS,…
2 Đặc điểm
- UPS được chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến
hàng chục kW, đáp ứng cho các nhu cầu công suất phụ tải
khác nhau
- Nguồn cấp thường xuyên cho phụ tải là nguồn lấy từ lưới,
còn nguồn cấp dự phòng lấy từ UPS
- Khi có sự cố về nguồn cấp lưới thì UPS sẽ ngay lập tức cấp
điện cho phụ tải
3 Cấu tạo
CL
NL
AQ
U ng ~
CL
AQ
U ng ~
UPS off-line
UPS on-line
Trang 4- Công suất UPS chủ yếu do công suất của bộ biến đổi và
dung lượng ắcquy quyết định mất điện lâu, thì sau một
khoảng thời gian làm việc, bắt buộc phải ngừng UPS
- Trong UPS thì ắcquy đóng một vai trò rất quan trọng và là
thiết bị dễ bị hỏng nhất cần phải được vận hành và bảo
dưỡng đúng cách
- Các bộ nạp cho ắcquy hiện nay thường vận hành theo kiểu
nạp ổn áp và hạn chế dòng nạp để tăng tuổi thọ cho ắcquy
- Chú ý môi trường làm việc của ắcquy thường độc hại, dễ ăn
mòn kim loại, dễ phát sinh khí độc cho con người cần phải
có các biện pháp thông gió, chống ăn mòn kim loại
Hình ảnh minh họa thêm các bộ UPS
Trang 5II ATS – Automatic Transfer Switch)
1 Định nghĩa
ATS là thiết bị chuyển nguồn tự động, nó sẽ tự động chuyển
phụ tải từ nguồn cấp chính sang nguồn cấp dự phòng khi có
sự cố trên nguồn chính và tự động chuyển phụ tải từ nguồn
dự phòng trở về làm việc trên nguồn chính, khi sự cố trên
nguồn cấp chính đã được khắc phục xong
2 Đặc điểm
Các sự cố mà ATS xử lý gồm:
- Mất nguồn;
- Mất pha;
- Ngược thứ tự pha;
- Thấp áp hoặc Cao áp hơn giá trị đặt
3 Phân loại
Dựa theo loại nguồn cấp dự phòng là loại gì mà người ta
thường phân ATS thành 2 loại chính sau:
- ATS Lưới – Lưới:
+ Nguồn cấp chính (M) là nguồn lấy từ lưới điện quốc
gia;
+ Nguồn dự phòng (E) là nguồn có thể lấy từ lưới điện
quốc gia, lưới điện địa phương
- ATS Lưới – Máy phát dự phòng diesel:
+ Nguồn cấp chính (M) là nguồn lấy từ lưới điện quốc
gia;
+ Nguồn dự phòng (E) là lấy từ máy phát diesel tự
trang bị
Trang 64 Sơ đồ hoạt động của ATS lưới – lưới
M
E
M
Nguồn ApT
CM
ATS
TẢI
ApT
MBA MBA
5 Sơ đồ hoạt động của ATS lưới – máy phát
CM
ATS
TẢI
M
ApT ApT
G
KĐ
MBA
M
G
M Nguồn
Trang 86 Cấu trúc ATS
ATS gồm các bộ phận chính sau:
- Khối mạch lực;
- Khối điều khiển;
- Vỏ tủ và kết cấu;
A Khối mạch ĐK
Trang 9• Các cảm biến điện áp kiểu điện tử sẽ liên tục giám sát chất
lượng điện áp trên cả 2 nguồn cấp chính và dự phòng Các
giá trị ngưỡng điện áp đặt trên (Pick-up) và dưới (Drop-out)
đều có thể điều chỉnh được
• Sau một khoảng thời gian trễ xác định, khoá chuyển mạch sẽ
tự động chuyển phụ tải sang làm việc trên nguồn cấp dự
phòng, khi chất lượng điện áp trên đó đạt ngưỡng đặt
(Set-point) Khoảng thời gian trễ này có thể thay đổi và điều chỉnh
được từ (0 – 120) giây
• Khoá chuyển mạch sẽ tự động chuyển phụ tải trở về làm việc
trên nguồn cấp chính, sau một khoảng thời gian trễ có thể điều
chỉnh được từ 2 giây đến 30 phút Nếu máy phát đang ở chế
độ “dự phòng nóng” thì khoá chuyển mạch sẽ tự động chuyển
ngay lập tức phụ tải sang làm việc ở nguồn cấp dự phòng
(Isolated-bypass)
• Mạch điều khiển sẽ cấp tín hiệu cho tổ máy phát dự phòng
diesel dừng làm việc sau một khoảng thời gian trễ từ (3 – 15)
phút, tính từ thời điểm phụ tải được chuyển về làm việc trên
nguồn lưới chính
• Hệ thống chuyển nguồn tự động ATS sẽ được thiết kế với cả
hai chế độ vận hành tự động và vận hành bằng tay, và kiểm tra
tình trạng nguồn cấp
• Nguồn cấp để vận hành hệ thống khoá chuyển mạch sẽ được
cấp từ nguồn cấp mà hiện phụ tải đang được vận hành trên đó
• Trên mạch điều khiển ATS còn có màn hình hiển thị (hoặc tín
hiệu đèn) để chỉ thị tình trạng nguồn cấp hiện tại mà phụ tải
đang được cung cấp, (bao gồm trong đó là tình trạng của bước
chuyển nguồn thành công lần cuối gần nhất) và theo thời gian
thực
Trang 10• ATS phải cần có hệ thống nạp điện ắcquy khởi động cho máy
phát dự phòng từ nguồn cấp lưới chính hoặc nguồn cấp dự
phòng, lúc đang vận hành ở chế độ chạy định kỳ theo chương
trình đặt trước Hệ thống mạch nạp bao gồm có đồng hồ đo chỉ
thị giá trị dòng nạp và có cầu chì bảo vệ phía AC và DC
• Mạch nạp ắcquy máy phát cũng có thể có đèn chỉ thị các sự
cố về điện áp cả hai phía nguồn AC và DC, và các tín hiệu này
sẽ thể hiện trên bảng mạch điều khiển ATS
• Mạch điều khiển ATS cũng có thể điều khiển, thay đổi tốc độ
chuyển nguồn của khoá chuyển mạch
• Khi phụ tải đang làm việc trên nguồn cấp chính, mạch điều
khiển tự động phát tín hiệu khởi động máy phát diesel theo
chương trình đặt trước (Exerciser) Thời gian trễ giữa các lần
khởi động có thể thay đổi từ (0 – 15) giây để tránh gây ra sự cố
cho bộ khởi động
• Hệ thống điều khiển ATS, có thể cho phép định thời gian khởi
động máy phát diesel theo chương trình đặt trước (exerciser)
bằng tay hoặc tự động, và máy phát chạy không tải hoặc có tải
• Mạch điều khiển ATS thường được thiết kế theo 2 dạng chính
sau:
+ Bảng mạch điện tử rời (PCB)
+ Thiết bị lập trình PLC
Trang 11• Bảng mạch điện tử rời (PCB – Printed Circuit Boards)
+ Ưu điểm: giá thành tháp, đơn giản trong vận hành, không đòi
hỏi trình độ người vận hành cao quá Có thể sửa chữa, thay thế
các linh kiện hỏng trong PCB
+ Nhược điểm: Việc nâng cấp, thay đổi chương trình và chức
năng làm việc của ATS rất khó khăn Thường được thiết kế đi
chọn bộ với máy phát của hãng sản xuất
• Thiết bị lập trình PLC (Programmable Logic Controller)
+ Ưu điểm: Việc nâng cấp, thay đổi chương trình và chức năng
làm việc của ATS là linh hoạt hơn Có thể sử dụng cho nhiều
chủng loại máy phát (phù hợp với tiêu chuẩn lắp lẫn ANSI,
NEMA, UL,…)
+ Nhược điểm: Vận hành, cài đặt chương trình đòi hỏi con
người phải có trình độ cao hơn Giá thành thiết bị cao hơn
B Khối mạch Động Lực
Khối mạch lực của ATS (hay là khoá chuyển mạch
Nguồn - Tải) theo yêu cầu là phải chịu đựng được chế độ đóng
cắt, chuyển tải ở 100% công suất tải định mức, nên cần phải có
công suất lớn, khả năng dập hồ quang cao; thời gian tác động
nhanh, đóng cắt dứt khoát, độ tin cậy làm việc cao; tiếp điểm
khối chuyển mạch chịu mài mòn và chịu va đập, tiếp xúc điện
tốt và thiết bị gọn nhẹ, dễ dàng kiểm tra bảo dưỡng, thay thế
Hiện nay, trên thị trường khối mạch lực ATS làm việc
theo 1 trong 3 nguyên lý sau:
• Sử dụng 2 côngtắctơ liên động điện và cơ khí;
• Sử dụng 2 áptômát đấu song song ngược;
• Sử dụng máy cắt kiểu “bập bênh”;
Trang 12• Sử dụng 2 CTT:
+ Ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ điều khiển
+ Nhược điểm: Tiêu tốn năng lượng cho NCĐ khi đóng
và công suất của bộ ATS bị hạn chế, do CTT được chế tạo phổ
biến đến 800A
• Sử dụng 2 ApT (MCCB hoặc ACB):
+ Ưu điểm: không tốn năng lượng duy trì đóng; có kết hợp
chức năng bảo vệ của ApT, công suất ATS cao hơn (6300A)
+ Nhược điểm: Cần có thêm thiết bị phụ truyền động (động
cơ và cần (dây) liên kết cơ khí)
Trang 13• Sử dụng Máy cắt kiểu “bập bênh”:
+ Ưu điểm: đơn giản nối dây, điều khiển dễ dàng, đầy đủ
dải công suất làm việc và có đầy đủ chức năng bảo vệ
+ Nhược điểm: giá thành cao