THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ĐIỆN TỰ ĐỘNG

T rong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, ngành công nghiệp điện lực giữ một vai trò đặc biệt quan trọng, bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Với sự phát triển mạnh mẽ của các thành phần kinh tế, kéo theo nó là nhu cầu về điện năng ngày một tăng cả về số lượng và chất lượng do đó nó đòi hỏi ngành điện phải có những phương án cung cấp điện tối ưu nhất. Đặc biệt là các khu công nghiệp, các bến cảng, các đài phát thanh, truyền hình, các công trình quân sự…. đòi hỏi phải cung cấp nguồn điện có tính liên tục và ốn định , không để bất cứ sự cố đáng tiếc nào xảy ra. Để có thể đáp ứng được các yêu cầu nói trên cần phải có một “hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động”.

MỤC LỤC L I NÓI UỜ ĐẦ 3 CH NG I: T NG QUAN V CUNG C P I N ƯƠ Ổ Ề Ấ Đ Ệ CHO PH T IỤ Ả .4 1.1. NH NG KH I NI M C B N V QU TRÌNH S N XU T V Ữ Á Ệ Ơ Ả Ề Á Ả Ấ À PH N PH I I N N NGÂ Ố Đ Ệ Ă 4 1.2. Ý NGH A C A VI C THI T K H TH NG C P I N:Ĩ Ủ Ệ Ế Ế Ệ Ố Ấ Đ Ệ .4 1.3. C I M PH T IĐẶ Đ Ể Ụ Ả 5 Ph t i lo i 1:ụ ả ạ .5 Ph t i lo i 2:ụ ả ạ .5 Ph t i lo i 3:ụ ả ạ .5 1.4. YÊU C U C P I N CHO PH T I:Ầ Ấ Đ Ệ Ụ Ả 6 tin c y c p i n c a h th ng:Độ ậ ấ đ ệ ủ ệ ố .6 Ch t lu ng i n:ấ ợ đ ệ 6 An to n khi c p i n:à ấ đ ệ 6 Kinh t :ế . 7 CH NG II: THI T K H TH NG CHUY N I NGU NƯƠ Ế Ế Ệ Ố Ể ĐỔ Ồ I N T NGĐ Ệ Ự ĐỘ 8 2.1. YÊU C U C A T I:Ầ Ủ ĐỀ À 8 2.2. X Y D NG M CH I U KHI NÂ Ự Ạ Đ Ề Ể .9 D a v o yêu c u th i gian:ự à ầ ờ 9 D a v o yêu c u v dòng i nự à ầ ề đ ệ .9 2.3. NGUYÊN LÝ HO T NG C A “ H TH NG CHUY N I Ạ ĐỘ Ủ Ệ Ố Ể ĐỔ NGU N I N (T NG)” .Ồ Đ Ệ Ự ĐỘ 13 2.4. GI I THI U CHUNG V B UBSỚ Ệ Ề Ộ .18 B UBS :ộ 18 Nguyên lý ho t ng: ạ độ .19 2.5. T NH CH N THI T B CHO MÔ HÌNHÍ Ọ Ế Ị .21 Ch n ngu n v o cho mô hìnhọ ồ à .21 Ngu n d phòngồ ự .22 2.6. L A CH N THI T B CHO MÔ HÌNHỰ Ọ Ế Ị 22 01 b UBS :ộ . 22 02 công t c t K1, K2:ắ ơ .22 08 R le trung gian, v i tác d ng nh sau:ơ ớ ụ ư 23 03 R le th i gian : ơ ờ .23 01 Công t c 3 c c:ắ ự 24 02 b nút n th ng óng v th ng m :ộ ấ ườ đ à ườ ở .24 H th ng èn báo tín hi u g m 11 èn:ệ ố đ ệ ồ đ .24 H th ng b o v g m 3 c u chì:ệ ố ả ệ ồ ầ 24 2.7. L P T H TH NGẮ ĐẶ Ệ Ố 24 -1- . 2.8. CH Y TH , NH N XÉT V NG D NGẠ Ử Ậ À Ứ Ụ 31 Ch y th :ạ ử 31 Nh n xét:ậ .31 ng d ng:Ứ ụ . 31 K T LU NẾ Ậ 32 T I LI U THAM KH OÀ Ệ Ả 33 -2- . LỜI NÓI ĐẦU rong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, ngành công nghiệp điện lực giữ một vai trò đặc biệt quan trọng, bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. T Với sự phát triển mạnh mẽ của các thành phần kinh tế, kéo theo nó là nhu cầu về điện năng ngày một tăng cả về số lượng và chất lượng do đó nó đòi hỏi ngành điện phải có những phương án cung cấp điện tối ưu nhất. Đặc biệt là các khu công nghiệp, các bến cảng, các đài phát thanh, truyền hình, các công trình quân sự…. đòi hỏi phải cung cấp nguồn điện có tính liên tục và ốn định , không để bất cứ sự cố đáng tiếc nào xảy ra. Để có thể đáp ứng được các yêu cầu nói trên cần phải có một “hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động”. Được sự định hướng của thầy giáo – kỹ sư Nguyễn Đăng Toàn và sự nỗ lựoc của bản thân chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động” . Mặc dù đồ án được thực hiện trong một thời gian rất ngắn nhưng chúng em đã xây dựng đựơc mạch thực nghiệp với kết quả khá tốt. Tuy vậy, do thời gian và trình độ hạn chế nên đồ án này khó tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để nâng cao kiến thức của mình. Xin cảm ơn bạn bè và những người thân trong gia đình đã luôn động viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như làm đồ án tốt nghiệp. -3- . CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI 1.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (nhiệt cơ, hoá…) dễ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy điện năng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Quá trình sản xuất điện năng là quá trình điện từ. Đặc điểm của quá trình này là xảy ra rất nhanh. Vì vậy để đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, đảm bảo chất lượng điện thì phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như đo lường, thông tin bảo vệ và tự động hoá… Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư. Vì lý do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch điện năng phải đi trước một bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn trong tương lai. 1.2. Ý NGHĨA CỦA VIỆC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN: Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp đều phải tự hoạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh về giá cả sản phẩm. Điện năng đóng một vai trò hết sức to lớn và quan trọng trong hoạt động sản xuất của xí nghiệp. Nếu hệ thống cung cấp điện xảy ra sự cố sẽ dẫn đến việc ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất của doanh nghiệp và gây nhiều thiệt hại về kinh tế. Do đó đảm bảo độ tin cậy khi thiết kế cấp điện và nâng cao chất lượng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế cấp điện. “Hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động” đã đáp ứng được yêu cầu về cung cấp điện liên tục cho phụ tải hạn chế thời gian mất điện cho phụ tải, đảm bảo quá trình làm việc liên tục và ổn định cho xí nghiệp. -4- . 1.3. ĐẶC ĐIỂM PHỤ TẢI Đối với mỗi phụ tải khác nhau thì ta chọn hệ thống cung cấp điện khác nhau. ở đây “hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động” được áp dụng rất rộng rãi cho nhiều loại phụ tải khác nhau. Tuỳ theo mức độ quan trọng mà phân phụ tải tiêu thụ thành ba loại.  Phụ tải loại 1: Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế (như hư hỏng máy móc thiết bị, gây ra hàng loạt phế phẩm) ảnh hưởng đến chính trị quốc phòng. Ví dụ: nhà máy hoá chất, sân bay, bến cảng, văn phòng quốc hội, nhà khách chính phủ, phòng mổ bệnh viện, lò luyện thép, hệ thống ra đa quân sự, trung tâm máy tính. Với phụ tải loại 1, phải được cung cấp ít nhất từ hai nguồn độc lập hoặc phải có nguồn dự phòng.  Phụ tải loại 2: Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây thiêt hại lớn về kinh tế (như hư hỏng một bộ phận của máy móc thiết bị, gây ra phế phẩm, ngừng trệ sản xuất). Một số ví dụ về phụ tải loại 2: Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu… Cung cấp cho hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng. Vấn đề ở đây là phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đưa lại do không bị ngừng cung cấp điện.  Phụ tải loại 3: Là những phụ tải tiêu thụ còn lại như khu dân cư, trường học, phân xưởng phụ, nhà kho của các nhà máy. Thông thường hộ loại 3 được cung cấp từ 1 nguồn. Trong thực tế, việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của phụ tải tiêu thụ được xét đối với các phụ tải tiêu thụ còn lại. Mặt khác trong một nhà máy, một cơ sở sản xuất dịch vụ, khu dân -5- . cư… có nhiều hộ tiêu thụ nằm xen kẽ nhau. Vì vậy hệ thống cung cấp điện phải được nghiên cứu kỹ lưỡng, đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, tin cậy và linh hoạt. 1.4. YÊU CẦU CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI:  Độ tin cậy cấp điện của hệ thống: Mức độ đảm bảo liên tục cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất và yêu cầu của phụ tải. Với những công trình quan trọng như hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, nhà khách chính phủ, sân bay… phải đảm bảo liên tục cấp điện ở mức độ cao nhất, nghĩa là với bất kì tình huống nào cũng không thể mất điện. Những đối tượng như nhà máy, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất tốt nhất là đặt máy phát điện dự phòng, khi mất điện lưới sẽ dùng máy phát cấp cho những phụ tải quan trọng như phân xưởng sản xuất chính.…  Chất luợng điện: Chất lượng điện được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần số và điện áp. Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh. Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn (hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện. Vì vậy người thiết kế cấp điện chỉ phải quan tâm đến đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng. Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị ±5% điện áp định mức. Đối với những phụ tải có yêu câu cao về chất lượng điện áp như nhà máy hoá chất, điện tử, cơ khí chính xác điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng ±2,5%.  An toàn khi cấp điện: Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị. Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý đẻ tránh nhầm lẫn trong vận hành, các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại, đung công suất. -6- .  Kinh tế: Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên đã được đảm bảo. Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu tư. Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán so sanh tỉ mỉ giữa các phương án, từ đó mới có thể đưa ra được phương án tối ưu. -7- . CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ĐIỆN TỰ ĐỘNG 2.1. YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI: Yêu cầu cấp điện cho phụ tải phải liên tục, phụ tải được cấp điện từ 2 nguồn độc lập có thể là một nguồn lưới và một nguồn máy phát hoặc cả 2 là nguồn lưới. Khi phụ tải làm việc thì ưu tiên đưa nguồn điện lưới vào làm việc trước. Nếu có Sự cố xảy ra thì mạch sẽ tự động chuyển nguồn đưa máy phát vào làm việc và khi nguồn lưới có điện trở lại thì hệ thống điều khiển sẽ ra lệnh ngừng máy phát và đưa nguồn điện lưới vào làm việc. Để thuận lợi cho việc khởi động máy phát khi nguồn lưới mất điện thì ta lắp đặt bộ nguồn UBS dùng để trễ nguồn cấp cho mạch điện điều khiển, đảm bảo thời gian trễ nguồn đủ để khởi động máy phát. Mạch điều khiển được xây dựng dựa vào yêu cầu cụ thể sau. Khi có điện lưới hệ thống tải được cấp bởi nguồn điện lưới. Khi mất điện lưới sau 5 giây, hệ thống điều khiển ra lệnh khởi động máy phát. Khi nguồn máy phát đã có điện, sau 5 giây hệ thống điều khiển ra lệnh đóng nguồn máy phát vào tải. Khi có nguồn điện lưới trở lại trễ 5 giây hệ thống ra lệnh đóng nguồn điện lưới vào tải và tắt máy phát. Ngoài các yêu cầu trên thì mạch phải đảm bảo về mặt thời gian. Thời gian mà phụ tải không nhận được nguồn phải là ngắn nhất và cho phép bằng thời gian khởi động máy phát. Thời gian mất điện ở phụ tải chính là thời gian mà máy phát có thể khởi động được. Khi có sự cố xảy ra phải có hệ thống để ngắt nguồn điện ra khỏi tải, đảm bảo cho quá trình sửa chữa được an toàn. Ngoài chế độ điều khiển tự động thì mạch điều khiển phải có chế độ làm việc bằng tay. Để thuận lợi cho quá trình điều khiển khi mạch làm việc ở chế độ bằng tay thì quá trình diễn ra hoàn toàn tương tự như ở chế độ tự động. -8- . 2.2. XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN Xây dựng bộ chuyển đổi nguồn điện tự động dựa vào yêu cầu về thời gian và yêu cầu về dòng điện khi cung cấp cho phụ tải.  Dựa vào yêu cầu thời gian: khi cung cấp điện liên tục cho phụ tải gồm có hai nguồn cung cấp là nguồn điện lưới và nguồn máy phát dự phòng. Khi có nguồn điện lưới thì hệ thống ra lệnh cung cấp điện cho phụ tải bằng nguồn điện lưới. Khi mất nguồn điện sau 5 giây thì hệ thống ra lệnh khởi động máy phát. khi nguồn máy phát đã có điện sau 5 giây, hệ thống điều khiển ra lệnh đóng nguồn máy phát vào tải và tắt máy phát.  Dựa vào yêu cầu về dòng điện - Theo kinh nghiệm vận hành, đa số các sự cố xảy ra cho phụ tải đều là sự cố tạm thời. Chẳng hạn như cách điện bị phá hại không tự hồi phục được gây ra dòng cảm ứng, sét đánh làm đứt đường dây, sử dụng quá tải nguồn điện, sửa chữa khắc phục sự cố trên đường dây. Từ những nguyên nhân trên cho nên việc xây dựng hệ thống chuyển đổi nguồn điện cho phụ tải là một việc làm rất quan trọng và cần thiết. Với hệ thống này phụ tải luôn luôn được duy trì nguồn cấp điện một cách ổn định và tin cậy, bộ chuyển đổi này được xây dựng với sơ đồ đơn giản và đem lại hiệu quả cao. - Các thiết bị dùng để xây dựng hệ thống chuyển đổi dòng điện tự động gồm có : công tắc tơ, rơle thời gian, rơle trung gian, cầu chì, dây dẫn… - Dựa vào đề tài và những yêu cầu trên em đã xây dựng được mạch điều khiển hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động với phụ tải được cung cấp từ 2 nguồn điện là nguồn điện lưới và nguồn máy phát dự phòng: -9- . -10- . Đ 1 Reset Test R 3 9 5 R 7 9 5 T 1 86 T 3 86 OFF MF ON MF R 7 12 8 R 1 1413 R 3 1413 T 1 72 T 3 72 R 5 1413 S 1 R 7 1413 Đ 2 T 2 86 R 2 1413 T 2 72 S 2 R 6 124 R 8 124 R 1 124 R 1 102 1 2 3 4 5 6 Đèn báo nguồn 1(dưới) Trễ nguồn Báo nguồn 1 Kiểm tra sự cố Trễ thời gian để khởi động MF Khởi động MF Đèn báo nguồn 2 Trễ nguồn Báo nguồn 2 (MF) SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN