ĐỒ án môn học hệ thống điện của siemens building technologies

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hệ thống điện Siemens Building Technologies ÔNG TÙNG DƯƠNG ĐẶNG XUÂN HOÀNG NGUYỄN QUANG HUY HOÀNG VĂN THANH ĐẠI TUẤN HẢI 20165926 20146297 20173959 20164956 20161278 Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Bùi Đăng Thảnh Môn học: Hệ thống quản lý tịa nhà thơng minh Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 8/2021 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN SIEMENS BUILDING TECHNOLOGIES 1.1 Siemens Building Technologies (SBT) 1.2 SBT Solutions Building Comfort Fire Safety Electronic Security 1.3 Sơ đồ khối hệ thống điện SBT CHƯƠNG THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO TÒA NHÀ 2.1 Mơ tả tốn 2.2 Tính tốn phụ tải 2.3 Lựa chọn máy biến áp CHƯƠNG ĐÓNG CẮT HỆ THỐNG ĐIỆN 10 3.1 Tổng quan MCB, MCCB ACB 10 MCB (Minature Circuit Breaker) 10 MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) 10 ACB (Air Circuit Breaker) 10 3.2 Giám sát trạng thái MCB, MCCB ACB 10 Sử dụng PLC S7-1200 10 Sử dụng kết nối Wifi điểm - điểm 11 3.3 Xây dựng, thiết kế hệ thống điện cho IBMS 11 Lựa chọn MCB, MCCB ACB 11 Bản vẽ sơ đồ hệ thống 13 CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐO ĐẾM ĐIỆN NĂNG 14 4.1 Tổng quan hệ thống đo đếm điện 14 Sơ đồ khối hệ thống 14 Chức hệ thống 14 4.2 Lựa chọn thiết bị 14 Chọn thiết bị đo cho hộ tầng 14 Chọn thiết bị đo cho tòa nhà 15 4.3 Giao diện phần mềm đo đếm điện 16 CHƯƠNG MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG VÀ HỆ THỐNG ATS 17 5.1 Máy phát điện dự phòng 17 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 17 Lưu ý sử dụng 17 Lựa chọn máy phát điện 18 5.2 Hệ thống ATS (Automatic Transfer Switch) 18 Chức hệ thống ATS 18 Sơ đồ khối hệ thống ATS 19 Lựa chọn ATS 19 Giao diện phần mềm Sentron ATC 20 CHƯƠNG GIÁM SÁT BỂ CHỨA DẦU CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 21 6.1 Các thành phần hệ thống cấp nhiên liệu 21 6.2 Giám sát bể chứa dầu ngầm 21 Giám sát rò rỉ giám sát nhiệt độ 21 Giám sát mức dầu bể chứa 22 CHƯƠNG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 24 7.1 Tổng quan hệ thống lượng mặt trời 24 7.2 Nguyên lý hoạt động 25 7.3 Lựa chọn thiết bị 25 Lựa chọn pin lượng mặt trời 25 Lựa chọn Inverter 26 Lựa chọn giám sát 26 7.4 Mô hệ thống PVSYST 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một số cơng trình thực tế áp dụng giải pháp SBT Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống điện SBT Hình 2.1 Máy biến áp GEALFOL Neo Siemens Hình 3.1 PLC S7-1200 Siemens 10 Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn mơ hình giám sát MCB, MCCB, ACB 11 Hình 3.3 ACB Siemens 3VA2510-6HL32-0AA0 12 Hình 3.4 MCCB Siemens 3VA2025-5HL32-0AA0 12 Hình 3.5 MCB Siemens 5SY8240-7 13 Hình 3.6 Sơ đồ sợi hệ thống điện tòa nhà 13 Hình 3.7 Sơ đồ sợi hệ thống điện tầng, hộ 13 Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống đo đếm điện 14 Hình 4.2 7KT PAC1200 Siemens 15 Hình 4.3 7KM PAC3200 Siemens 16 Hình 4.4 Giao diện phần mềm đo đếm điện 16 Hình 5.1 Cấu tạo máy phát điện dự phịng 17 Hình 5.2 Máy phát điện Siemens Sigentics M 18 Hình 5.3 Sơ đồ khối hệ thống ATS 19 Hình 5.4 Sentron ATC5300 Siemens 19 Hình 5.5 Giao diện phần mềm Sentron ATC 20 Hình 6.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 21 Hình 6.2 Cảm biến đo mức SITRANS LR 200 Siemens 22 Hình 6.3 Lưu đồ thuật toán giám sát bể chứa dầu 23 Hình 7.1 Các hệ thống lượng mặt trời 25 Hình 7.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lượng mặt trời 25 Hình 7.3 Thông số pin Cananidian CS3W 445MB-AG 25 Hình 7.4 Thơng số Inverter Sunzet 100kW (Zigor) 26 Hình 7.5 Cấu hình mô hệ thống PVSYST 26 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Danh sách phụ tải hộ Bảng 2.2 Danh sách phụ tải khác chung cư Bảng 6.1 Trường hợp sử dụng điện lưới bình thường 22 Bảng 6.2 Trường hợp sử dụng máy phát điện dự phòng 22 CHƯƠNG TỔNG QUAN SIEMENS BUILDING TECHNOLOGIES 1.1 Siemens Building Technologies (SBT) Siemens Building Technologies (SBT) hay cơng nghệ tịa nhà Siemens dịch vụ quan trọng Siemens Automation and Control (Siemens A&C) SBT chiếm 21% tổng doanh số A&C, tức khoảng 4,4 tỷ bảng Anh SBT chuyên cung cấp sản phẩm, công nghệ, giải pháp phục vụ cho hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Management System) giải pháp lượng, tự động hóa điều khiển tịa nhà, hệ thống HVAC (HeatVentilation-Air Conditioner), an tồn cháy nổ hệ thống an ninh Xu hướng thị trường SBT tập trung vào cung ứng dịch vụ cho trung tâm liệu, bệnh viện thông minh, văn phịng thơng minh, khách sạn thơng minh,… Các sản phẩm SBT kể đến hệ thống quản lý tịa nhà Apogee, Desigo, hệ thống an tồn cháy nổ Sinteso, hệ thống quản lý truy cập SiPass, hệ thống tự động hóa tịa nhà Synco hệ thống phát xâm nhập Eyetec Các sản phẩm SBT có khả kết nối truyền thơng đa dạng, ví dụ BACnet (Building Automation Controller network) hay công nghệ khơng dây Một số cơng trình thực tế áp dụng giải pháp cơng nghệ SBT kể đến khách sạn Kim Long Ma Cao hay khu nghỉ dưỡng quốc tế MGM Mirage Las Vegas Hình 1.1 Một số cơng trình thực tế áp dụng giải pháp SBT 1.2 SBT Solutions Building Comfort Building Comfort giải pháp SBT nhằm cung cấp đến khách hàng dịch vụ tạo thoải mái quản lý lượng hiệu Những sản phẩm Building Comfort kể đến điều khiển hệ thống HVAC, giải pháp tự động hóa tịa nhà, điều khiển phòng, điều khiển van cấu chấp hành, dịch vụ lượng giải pháp Ở lĩnh vực Building Comfort, SBT dẫn đầu thị trường Châu Âu, thứ Bắc Mỹ chủ chốt thị trường Châu Á Cơng trình thực tế áp dụng giải pháp Building Comfort SBT kể đến bệnh viện Vorarlberg Áo Fire Safety Fire Safety giải pháp SBT nhằm cung cấp đến khách hàng dịch vụ bảo vệ mạng sống tài sản khỏi cháy nổ Những sản phẩm Fire Safety kể đến hệ thống phát đám cháy, hệ thống xử lý đám cháy, hệ thống hỗ trợ di tản người đồ vật khỏi hỏa hoạn SBT nắm giữ vị số toàn cầu lĩnh vực Fire Safety, số Châu Âu số Mỹ Cơng trình thực tế áp dụng giải pháp Fire Safety SBT kể đến tháp Kim Mậu Thượng Hải, Trung Quốc Electronic Security Electronic Security giải pháp SBT cung cấp dịch vụ an ninh nhằm bảo vệ người, tài sản hoạt động sản xuất Những sản phẩm Electronic Security kể đến hệ thống điều khiển truy cập, hệ thống nhận diện sinh trắc học, hệ thống camera giám sát, hệ thống bảo vệ xâm nhập, trạm giám sát trung tâm SBT nhà cung cấp hàng đầu giới giải pháp Electronic Security với dịch vụ đẳng cấp giới Cơng trình thực tế áp dụng giải pháp Electronic Security SBT kể đến Holland Casinos Hà Lan 1.3 Sơ đồ khối hệ thống điện SBT Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống điện SBT CHƯƠNG THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO TỊA NHÀ 2.1 Mơ tả tốn Tịa nhà chung cư bao gồm 15 tầng, tầng hộ Bảng 2.1 Danh sách phụ tải hộ Tên thiết bị Cơng suất Điều hịa 2,2 kW Bình nóng lạnh 2,8 kW Máy giặt 1,8 kW Tủ lạnh + đèn, quạt, TV,… 2,5 kW Bảng 2.2 Danh sách phụ tải khác chung cư Tên thiết bị Công suất Thang máy (x2) 17 kW Máy bơm (x2) 14 kW Hệ số đồng thời 0,8 Hệ số cos 0,85 2.2 Tính tốn phụ tải Phụ tải tính tốn cho hộ xác định theo cơng thức: PH  kđtH  Pđmi Trong đó: Pđmi – công suất định mức thiết bị điện gia dụng thứ i k đtH – hệ số đồng thời sử dụng thiết bị điện gia dụng hộ PH   2,  2,8  1,8  2,5 0,8  7, 44 kW Phụ tải tính tốn cho tầng xác định theo công thức: PT  kđtT  PHi Trong đó: PHi – phụ tải tính tốn hộ thứ i kđtT – hệ số đồng thời sử dụng điện hộ tầng PT  7, 44.8.0,8  47,616 kW Phụ tải tính tốn cho tất tầng xác định theo công thức: PTT  kđtTT  PTi Trong đó: PTi – phụ tải tính tốn tầng thứ i k đtTT – hệ số đồng thời sử dụng điện tầng PTT  47,616.15.0,8  571,392 kW Phụ tải tính tốn tồn tịa nhà xác định theo công thức: PTN  PTT  PK Trong đó: PTT – phụ tải tính tốn tất tầng PK – phụ tải khác PTN  571,392  17.2  14.2  633,392 kW Cơng suất tịa nhà xác định theo cơng thức: STN  PTN cos  Trong đó: PTN – phụ tải tính tốn tồn tịa nhà cos – hệ số công suất STN  633,392  745,167 kVA 0,85 2.3 Lựa chọn máy biến áp Theo thông số tính tốn trên, ta chọn máy biến áp Siemens GEALFOL Neo Các thông số GEALFOL Neo:   Công suất định mức: 100 kVA – 3,15 MVA Điện áp định mức: 10 kV – 40,5 kV Các đặc điểm GEALFOL Neo:    Trọng lượng thấp, kích thước nhỏ Dùng hầu hết mơi trường Thường ứng dụng tịa nhà thơng minh Hình 2.1 Máy biến áp GEALFOL Neo Siemens CHƯƠNG ĐÓNG CẮT HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1 Tổng quan MCB, MCCB ACB MCB, MCCB, ACB thiết bị đóng cắt, bảo vệ mạng điện nhằm đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng MCB (Minature Circuit Breaker) MCB aptomat loại nhỏ, gồm tép ghép lại Dịng điện khơng vượt q 100A, điện áp 1000V Đây dạng CB (Circuit Breaker) thu gọn, chủ yếu dùng gia đình, mạch điều khiển MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) MCCB aptomat kiểu khối, dạng vỏ đúc hộp Dòng điện lên tới 1000A, điện áp 1000V Đây dạng CB tiêu chuẩn chủ yếu dùng công nghiệp, mạch động lực ACB (Air Circuit Breaker) ACB máy cắt khơng khí Dịng điện lên tới 6300A Đây dạng CB chủ yếu dùng công nghiệp, mạch động lực 3.2 Giám sát trạng thái MCB, MCCB ACB Sử dụng PLC S7-1200 Các thành phần PLC S7-1200 bao gồm:       điều khiển AC, RELAY DC phạm vi rộng mạch tương tự số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp CPU 13 module tín hiệu số tương tự bao gồm module SM SB module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP cổng Ethernet Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC điện áp 24 VDC Hình 3.1 PLC S7-1200 Siemens 10 Hình 3.5 MCB Siemens 5SY8240-7 Bản vẽ sơ đồ hệ thống Hình 3.6 Sơ đồ sợi hệ thống điện tịa nhà Hình 3.7 Sơ đồ sợi hệ thống điện tầng, hộ 13 CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐO ĐẾM ĐIỆN NĂNG 4.1 Tổng quan hệ thống đo đếm điện Sơ đồ khối hệ thống Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống đo đếm điện Chức hệ thống  Thống kê lượng điện tiêu thụ hộ theo ngày/ tuần/ tháng/ năm  Tính tốn chi phi điện  Theo dõi điện tiêu thụ theo hệ thống tiêu thụ điện hệ thống chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ,… hộ  Đối chiếu, phân tích, so sánh điện tiêu thụ  Có máy chủ web ứng dụng giúp theo dõi trực quan giá trị đo giá trị tiêu thụ 4.2 Lựa chọn thiết bị Chọn thiết bị đo cho hộ tầng Theo thơng số tính tốn trên, ta chọn 7KT PAC1200 Siemens: 7KT PAC1200 hệ thống đo dòng điện đa kênh, giải pháp chi phí thấp để thể mức tiêu thụ lượng Các giá trị dòng điện đo cảm biến lắp phía ngắt mạch thu nhỏ Tính 7KT PAC1200     Đo lường đồng hồ cá nhân giúp so sánh trực tiếp thông số Phát tải tránh lượng sử dụng cao Webserver ứng dụng cho phép xem giá trị đo được, giá trị tiêu thụ Khả mở rộng, tăng số lượng điểm đo giúp điều chỉnh kích thước hệ thống phân phối điện  GB nhớ giúp thu thập liệu thời gian dài 14  Giao tiếp RS485 để kết nối cảm biến quản lý liệu  Giao tiếp Ethernet qua cổng RJ45, giao thức Modbus TCP để kết nối quản lý liệu trình duyệt web Thơng số kỹ thuật:  Độ xác đo lường: ± 2%  Tần số đo lường: 50 ± 5% Hz Hình 4.2 7KT PAC1200 Siemens Chọn thiết bị đo cho tòa nhà Theo thơng số tính tốn trên, ta chọn 7KM PAC3200 Siemens: 7KM PAC3200 sử dụng để đo lường hiển thị tất thông số hệ thống có liên quan phân phối điện hạ Chúng sử dụng để đo hai đơn pha đa pha hệ thống cung cấp điện 4-dây dẫn (TN, TT, IT) Chúng ghi lại giá trị lượng cho tủ phân phối tải cá nhân cách xác, đáng tin cậy cung cấp giá trị đo quan trọng để đánh giá tình trạng, chất lượng nguồn điện Tính 7KM PAC3200:       Giao diện Modbus TCP tích hợp truyền thơng qua Ethernet Module giao tiếp tùy chọn có sẵn Đầu vào đầu kỹ thuật số đa chức Cấu hình phần mềm miễn phí powerconfig IP65 cao cho phép sử dụng mơi trường bụi bặm ẩm ướt Có thể kết nối trực tiếp với mạng cung cấp điện lên đến 690 VAC (UL-L) mà không cần biến áp điện áp  Hồn tồn tương thích với TIA Portal Siemens Thơng số kỹ thuật :  Độ xác đo dịng: ± 0.2%  Độ xác đo áp: ± 0.3% 15 Hình 4.3 7KM PAC3200 Siemens 4.3 Giao diện phần mềm đo đếm điện Hình 4.4 Giao diện phần mềm đo đếm điện 16 CHƯƠNG MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG VÀ HỆ THỐNG ATS 5.1 Máy phát điện dự phòng Cấu tạo nguyên lý hoạt động Máy phát điện diesel máy phát điện đồng pha mà roto kéo động chạy dầu diesel Hình 5.1 Cấu tạo máy phát điện dự phòng Hỗn hợp dầu diesel khơng khí trộn theo tỷ lệ định nén áp suất cao nhờ bơm cao áp sau đưa vào buồng đốt dạng “hạt sương” Hỗn hợp tiếp tục bị nén lên áp suất cao chuyển động tịnh tiến pitton chạy xi-lanh phát nổ tạo lượng đẩy pitton chạy, làm quay bánh đà ăn khớp với trục quay máy phát đồng Khi làm việc hệ thống máy phát điện khơng thể tách rời thiết bị phụ: hệ thống làm mát, hệ thống bơi trơn, hệ thống kích từ Hệ thống thiết bị phụ định khả làm việc máy phát điện nên chúng đòi hỏi độ tin cậy cao Lưu ý sử dụng Khi xảy điện lưới pha điện áp lưới giảm xuống mức cho phép phải khởi động máy phát điện dự phòng Khi điện lưới phục hồi ổn định trở lại phải tự động dừng máy phát điện dự phịng Khi có dao động điện áp lưới điện áp lưới chập chờn (có điện lại mất, sau lại có điện) phải có thiết bị ngăn ngừa máy phát điện khởi động nhiều lần để tránh gây hại đến máy phát điện 17 Chỉ khởi động máy phát điện dừng hẳn Vì máy phát điện động diesel kỳ có lắp bánh đà, sau dừng máy phát điện, thường sau khoảng thời gian định dừng hẳn Do thời gian máy phát điện chưa dừng hẳn mà xuất tín hiệu khởi động, ly hợp bánh khởi động lao vào làm vỡ bánh bánh đà, phá hỏng phần khởi động Lựa chọn máy phát điện Theo thơng số tính tốn trên, ta lựa chọn máy phát điện Siemens Sigentics M Thông số kỹ thuật :  Công suất định mức: MVA – 29 MVA  Điện áp định mức: 380 V – 13.8 kV  Air/Air and Air/Water Cooling: IC01, IC31, IC616, IC81W Hình 5.2 Máy phát điện Siemens Sigentics M 5.2 Hệ thống ATS (Automatic Transfer Switch) Chức hệ thống ATS  ATS hệ thống chuyển đổi phụ tải từ lưới điện sang nguồn dự phịng dùng máy phát điện điện lưới  ATS giám sát nguồn điện cung cấp nguồn dự phịng bảo vệ máy phát điện tránh trường hợp lưới điện chập chờn máy phát khởi động nhiều lần làm hỏng máy  ATS có truyền thơng Modbus để gửi liệu đóng/cắt điện thiết bị quản lí  ATS tự động gửi tín hiệu khởi động máy phát khi: điện lưới hoàn toàn, pha, điện lưới có điện áp thấp cao giá trị cho phép, thời gian chuyển nguồn 5-10s  Khi điện lưới phục hồi, ATS chờ khoảng thời gian (10-15s) để xác minh nguồn lưới ổn định chuyển phụ tải sang nguồn lưới Máy phát tự động tắt sau chạy làm mát -2 phút  Việc chuyển đổi hoạt động theo chế độ tự động (Auto) điều khiển tay (Handy - Manual) 18 Sơ đồ khối hệ thống ATS Hình 5.3 Sơ đồ khối hệ thống ATS Lựa chọn ATS Theo thơng số tính tốn trên, ta lựa chọn thiết bị Sentron ATC5300 Siemens: Thông số kỹ thuật          đầu vào đo cho điện pha trung tính Nguồn cấp 12-24-48 VDC, 220-240 VAC hình LED chữ số 22 trạng thái LED thị đo Bàn phím phím Giao tiếp serial RS 232 cho cài đặt, điều khiển từ xa giám sát Giao tiếp RS 485 đầu vào số khả trình đầu relay khả trình (5 NO + NC / NO) Hình 5.4 Sentron ATC5300 Siemens 19 Giao diện phần mềm Sentron ATC Hình 5.5 Giao diện phần mềm Sentron ATC 20 CHƯƠNG GIÁM SÁT BỂ CHỨA DẦU CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 6.1 Các thành phần hệ thống cấp nhiên liệu Bồn dầu ngày máy phát: Dự trữ lượng nhiên liệu cho máy phát điện sử dụng khoảng 8h – 10h vận hành máy Bồn dầu ngầm máy phát: Dự phòng lượng nhiên liệu lớn để sử dụng vận hành máy phát điện thời gian dài Tùy theo nhu cầu mục đích người sử dụng mà bồn dầu tổng đặt vị trí phù hợp đa số hạ ngầm Tủ điều khiển bơm dầu: Điều khiển việc bơm từ thùng dầu sang thùng dầu ngày Bơm nhiên liệu: nhiên liệu chuyển từ bể chứa (lưu trữ nhiên liệu, đặc biệt quan trọng tổ chức thương mại) vào bể chứa ngày Các máy bơm nhiên liệu thông thường hoạt động điện Điều khiển lượng dầu bồn dầu ngày: Sử dụng cảm biến đo mức Khi mức dầu nhỏ nửa gửi tín hiệu đến tủ điều khiển bơm dầu để tủ điều khiển máy bơm bơm dầu lên Việc kết thúc có dầu tràn qua ống dẫn dầu tràn gửi tín hiệu kết thúc bơm Hình 6.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 6.2 Giám sát bể chứa dầu ngầm Giám sát rò rỉ giám sát nhiệt độ Bể dầu ngầm nhiên liệu dự phịng cho trường hợp điện lâu từ 24h đến vài ngày Bể xây lòng đất nên vấn đề cần thiết phải phát bể có rị rỉ hay khơng Để giải vấn đề bể xây hai lớp Bể thường có dạng hình trụ có rị rỉ bể phía nhiêu liệu chảy qua ống, sensor phát có nhiên liệu rị rỉ Bên cạnh ta phải giám sát nhiệt độ bể chứa Ta sử dụng cảm biến đo nhiệt độ Pt100, dải đo từ - 800oC 21 Giám sát mức dầu bể chứa Việc giám sát mức dầu bể phải thực liên tục xác Ta sử dụng cảm biến đo mức SITRANS LR 200 Siemens Thông số cảm biến:  Tần số đo: 6GHz  Dải đo tối đa: 20m dùng cho chất điện mơi thấp, chất lỏng, chất rắn, hóa dầu,…  Ngõ ra: 0-10V  Độ xác: 0.15%  Truyền thơng: Modbus Hình 6.2 Cảm biến đo mức SITRANS LR 200 Siemens Nguyên lý hoạt động cảm biến: cảm biến radar phát tia sóng xuống đối tượng cần đo Sau sóng đến đối tượng phản xạ lại đầu thu cảm biến Bộ phận điện tử phân tích tính tốn khoảng cách đối tượng bồn Tín hiệu truyền điều khiển để kiểm soát hoạt động bồn chứa Đầu cảm biến tín hiệu analog từ 0-10V kết nối với thiết bị quản lí IBMS Các phương án xử lý: Bảng 6.1 Trường hợp sử dụng điện lưới bình thường % Dầu cịn lại IBMS Trung bình (