4.4.2 Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của hệ thống nâng cao hệ số công suất cosφ bao gồm 3 chế độ:
a) Chế độ OFF:
Tất cả các MCCB (1 – 4) đều ở vị trí OFF, các tụ không được kết nối vào hệ thống.
b) Chế độ MANUAL (Bằng tay):
Các bộ tụ bù có thể được đóng vào hệ thống bằng cách chuyển về chế độ MAN từ bộ điều khiển bù 4 cấp SK QR-X4. Các MCCB (1 – 4) được đóng vào hệ thống. Dung lượng bù được kết nối tuỳ vào số lượng tụ được đóng. Việc đóng tụ bù ở chế độ MAN cũng được thực hiện trên bộ điều khiển bù 4 cấp SK QR-X4.
c) Chế độ AUTO (Tự động):
Chế độ AUTO được kích hoạt từ bộ điều khiển bù 4 cấp SK QR-X4. Tuỳ thuộc vào thông số được cài đặt ở bộ điều khiển này mà các bộ tụ sẽ được đóng cắt theo lệnh của bộ điều khiển. Các MCCB (1 – 4) được đóng vào hệ thống.
Các bộ tụ sẽ được đóng cắt bởi những contactor được điều khiển bởi những cuộn dây được kết nối với nguồn 220V thơng qua bộ điều khiển SK nói trên để sử dụng trong cả hai chế độ Manual và Auto.
49
4.4.3 Tính tốn dung lượng tụ bù
Trong các phần trước, ta đã xác định được các thơng số tính tốn của phụ tải, đây là những điều kiện để tính tốn dung lượng tụ bù. Trong phần này, sử dụng phương pháp cosφ trung bình và cơng suất tính tốn để lựa chọn dung lượng cho hệ thống bù cơng suất phản kháng.
Bảng 4.10 Thơng số tính tốn của tải
S T T Kiểu Công suất Tốc độ Điện áp Δ ⅄ ⁄ Dịng điện Δ ⅄ ⁄ Hiệu suất Hệ số cơng suất Chế độ làm việc kW HP (rpm) (V) (A) η% cosφ 1 3K132S4 5,5 7,5 1445 220/380 19,0/11,0 88,5 0,86 S1 2 3K160S4 11 15 1460 380/660 22,2/12,8 90 0,84 S1 3 3K160M4 15 20 1460 380/660 28,9/16,7 91 0,87 S1 Ta có:
Cơng suất tính tốn của tải: 𝑃𝑡𝑡 = 31,5 (𝑘𝑊) (Theo biểu thức 4.3)
Hệ số công suất của tải là: 𝑐𝑜𝑠𝜑1 = 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑡𝑏 = 0,86 → 𝑡𝑎𝑛𝜑1 = 0,6
Hệ số công suất sau khi bù là: 𝑐𝑜𝑠𝜑2 = 0,95 → 𝑡𝑎𝑛𝜑2 = 0,33
Dung lượng cần bù là:
𝑄𝑏 = 𝑃(𝑡𝑎𝑛𝜑1− 𝑡𝑎𝑛𝜑2) = 31,5(0,6 − 0,33) = 8,51 (𝑘𝑉𝐴𝑟)
Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng Catalogue của hãng Samwha. Chọn tụ có mã RMC – 405025KT.
Bảng 4.11 Thơng số kỹ thuật tụ bù RMC – 405025KT
Loại Dung lượng Dịng điện Kích thước [mm]
(𝜇𝐹) (𝑘𝑉𝐴𝑟) (𝐴) D H
50
Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 4 tụ 2,5 (kVAr). Tổng cơng suất phản kháng là
10 (kVAr).
Hình 4.12 Thông số tụ bù theo Catalogue của hãng Samwha 4.4.4 Tính chọn MCB cho tụ bù.
𝐼đmCB ≥ 𝐼đm tụ ≥ 3,6 (𝐴) 𝑈đmCB≥ 𝑈đmHT
Tra bảng Catalogue MCB hãng LS chọn MCB có mã BKN 3P C4A có thơng số kỹ thuật như sau:
Hình 4.13 Thơng số kỹ thuật MCB LS BKN 3P C4A
Vì hệ thống có 4 tụ cùng loại nên số lượng MCB cũng tương ứng với số lượng của tụ là 4 MCB BKN 3P C4A.
51
4.4.5 Tính chọn contactor cho tụ
Căn cứ các điều kiện, thơng số tính tốn của tụ bù, tra bảng catalogue contactor hãng LS, chọn contactor có mã MC – 6a.
Hình 4.14 Contactor LS MC – 6a
Bảng 4.12 Thông số kỹ thuật contactor LS MC – 6a
Mã sản phẩm: MC – 6a Số cực: 3 Dịng định mức: 6A Cơng suất: 2.5kW Tiếp điểm phụ: 1a Cuộn hút: 220V, 380V,...
Điện áp thử nghiệm xung (Uimp): 6kV
Độ bền cơ học: 2.5 triệu lần đóng cắt
Tiêu chuẩn: IEC 60947
Tương thích relay nhiệt: MT – 12
52
4.5 TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BÙ
Yêu cầu hệ thống:
- Có thể điều khiển Manual – Auto. - Có thể chỉnh được thời gian đóng cắt. - Có thể cài đặt được giá trị cosφ.
- Điều khiển đóng cắt dạng vịng – tuần tự.
4.5.1 Bộ điều khiển tụ bù SK QR – X4
Hình 4.15 Bộ điều khiển tụ bù SK QR – X4
a. Sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển:
53
b. Các đặc tính nổi bật của bộ điều khiển:
- Tự động đổi cực tính máy biến dịng CT.
- Tự động tránh tình trạng đóng cắt lặp lại (nghĩa là khơng cần hệ số C/K). - Cho phép cài đặt riêng thời gian trễ khi đóng và thời gian trễ khi cắt nên dễ
dàng bù cho các phụ tải thay đổi liên tục.
c. Mô tả hoạt động:
Khi được cấp điện, bộ điều khiển sẽ hoạt động ở chế độ tự động. Màn hình sẽ hiển thị trị số cosφ của phụ tải hoặc hiển thị L o C nếu đang không tải.
Bộ điều khiển sẽ so sánh trị số cosφ của phụ tải với các giá trị ngưỡng đóng và ngưỡng cắt được thiết lập để tiến hành đóng hoặc cắt tụ bù.
Đèn Delaying sẽ nhấp nháy khi bộ điều khiển đang tiến hành đóng hoặc cắt tụ bù theo thời gian trễ đóng/cắt đã được thiết lập.
Các cấp tụ bù được đóng/cắt theo thứ tự xoay vịng.
Có thể chuyển sang chế độ đóng cắt bằng tay (để thử contactor, tụ bù…) bằng cách nhấn nút [Mode/Prog.] khoảng 0,5 giây. Đèn Manual sẽ sáng lên, lúc này có thể đóng/cắt tụ bù bằng cách nhấn nút [∆]/[∇]. Trở về chế độ tư động bằng cách
nhấn nút [Mode/Prog.] khoảng 0,5 giây.
d. Thiết lập các thông số:
Nhấn nút [Mode/Prog.] khoảng 2 giây, bộ điều khiển sẽ chuyển vào chế độ lập trình. Màn hình sẽ hiển thị các thơng số A, b, C, d, và các giá trị cài đặt 1, 2, 3, 4 ứng với các thơng số đó. Nhấn nút [Mode/Prog.] để chọn thơng số A, b, C, d.
Nhấn nút [∆]/[∇] để chọn giá trị 1 hoặc 2… cho từng thơng số.
- Ngưỡng đóng A: Thơng số A xác định ngưỡng đóng của bộ điều khiển
Chọn 1 trong 3 giá trị sau:
• A – 1: Ngưỡng đóng cosφ = 0,85 cảm
• A – 2: Ngưỡng đóng cosφ = 0,90 cảm
• A – 3: Ngưỡng đóng cosφ = 0,95 cảm
54 Chọn 1 trong 3 giá trị sau:
• b – 1: Ngưỡng cắt cosφ = 0,95 cảm
• b – 2: Ngưỡng cắt cosφ = 1,00 cảm
• b – 3: Ngưỡng cắt cosφ = 0,95 dung
- Thời gian đóng C: Thơng số C xác định thời gian trễ khi đóng của bộ điều khiển.
Chọn 1 trong 4 giá trị sau:
• C – 1: Thời gian đóng = 5 giây
• C – 2: Thời gian đóng = 10 giây
• C – 3: Thời gian đóng = 20 giây
• C – 3: Thời gian đóng = 40 giây
- Thời gian cắt d: Thông số d xác định thời gian trễ khi cắt của bộ điều khiển.
Chọn 1 trong 4 giá trị sau:
• d – 1: Thời gian cắt = 30 giây
• d – 2: Thời gian cắt = 60 giây
• d – 3: Thời gian cắt = 90 giây
• d – 4: Thời gian cắt = 120 giây
Ngoài 4 thơng số chính kể trên cịn có thêm thơng số E và F.
- Ngưỡng cắt E: Thông số E xác định ngưỡng bảo vệ quá điện áp cho bộ điều khiển.
Chọn 1 trong 4 giá trị sau:
• E – 1: Ngưỡng quá áp = 235V
• E – 2: Ngưỡng quá áp = 240V
• E – 3: Ngưỡng quá áp = 245V
• E – 4: Ngưỡng quá áp = 250V
- Thông số F: Xác định số cấp cho phép mà bộ điều khiển được đóng.
55 • F – 1: 1 cấp
• F – 2: 2 cấp
• F – 3: 3 cấp
• F – 4: 4 cấp
Sau khi đã chọn các giá trị cài đặt, nhấn nút [Mode/Prog.] khoảng 2 giây, bộ điều khiển sẽ thốt khỏi chế độ lập trình và lưu lại các giá trị cài đặt mới vào bộ nhớ. Đây là loại bộ điều khiển nonvolatile memory tức là không bị mất nội dung khi nguồn điện bị ngắt.
e. Các thông số kỹ thuật:
Bảng 4.13 Thông số kỹ thuật bộ điều khiển bù SK QR-X4
Điện áp hoạt động AC220V ±15%, 50/60Hz
Công suất tiêu thụ 5VA
Quy cách cầu chì đề nghị 250V, 2A, có thời gian trễ. Lắp ngồi
Quy cách máy biến dòng Dòng thứ cấp định mức 5A
Khả năng đóng cắt của Relay AC400V/DC120 2A tải trở 120000 lần tác động Thứ tự đóng cắt của tiếp điểm Xoay vịng 1.1.1.1
Độ chính xác 1.0%
Kích thước cắt tủ điện 92x92mm
Dải nhiệt độ/ độ ẩm vận hành -10C ~ 35C, 10% ~ 85%RH
Cấp bảo vệ IP66
4.5.2 Khối đo lường
Sử dụng các đồng hồ đo Volt và Ampe, được thiết kế bằng loại chỉ thị kim. - Volt kế có góc quay 90°, có khoảng dự trữ quá áp bảo vệ thiết bị.
56
Hình 4.17 Sơ đồ kết nối khối đo lường
- Volt kế (Voltmeter) có khả năng đo áp giữa các pha với nhau hoặc từng pha riêng lẻ. Điều chỉnh chế độ đo bằng cơng tắc chuyển mạch 7 vị trí.
Hình 4.18 Cơng tắc chuyển mạch Volt 7 vị trí Volt 7 vị trí
- 0: 0 Volt – OFF
- RN: Đo áp giữa pha R với N
- SN: Đo áp giữa pha S với N
- TN: Đo áp giữa pha T với N
- RS: Đo áp giữa pha R và pha S
- ST: Đo áp giữa pha S và pha T
- RT: Đo áp giữa pha R và pha T
Hình 4.19 Voltmeter 500VAC
Mã sản
phẩm: BE – 96 500VAC Hiển thị: 0 – 500V
Kích thước: 96 x 96mm
Ứng dụng: Đo điện áp mạng điện hạ thế 3 pha 380V
57
- Ampe kế đọc chỉ số dòng điện gián tiếp thơng qua biến dịng CT (Current Tranformer). Dây dẫn điện được xuyên qua tâm của biến dòng CT. Giá trị dòng điện đi qua dây dẫn điện sẽ được hiển thị thông qua đồng hồ Ampe kế.
Hình 4.20 Nguyên lý hoạt động của biến dòng CT
Về nguyên tắc lựa chọn biến dòng, căn cứ vào dòng định mức lớn nhất của tải. Theo bảng 4.1, dòng định mức lớn nhất của tải là IđmĐC3 = 28,9 (A). Vậy, ta chọn biến dịng có tỷ số là 50/5A.
Tra cứu catalogue biến dòng tròn RCT, chọn biến dịng có mã RCT-15-1 50/5A.
Hình 4.21 Biến dòng RCT – 15 – 1 50/5A
Mã sản phẩm: RCT-15-1 50/5A Kích thước lỗ: 35mm
Đầu vào: 0-50A
Đầu ra: 0-5A
Cấp chính xác: class 1
Xuất xứ: Taiwan Meter
Chọn đồng hồ đo dịng điện (Ampe kế) có mã BE-96 50/5A để tương thích tốt với CT kể trên.
58 Hình 4.22 Ampe kế BE – 96 50/5A Mã sản phẩm: BE – 96 50/5A Đầu vào: 0 – 5A Hiển thị: 0 – 50A Kích thước: 96 x 96mm
Ứng dụng: Dùng để đo dòng điện gián tiếp qua biến dòng 50/5A Xuất xứ: Taiwan Meter
Hình 4.23 Cơng tắc chuyển mạch Ampe 4 vị trí mạch Ampe 4 vị trí Mã sản phẩm: 3P4W 4POS 3CT Kích thước: 48x60mm Ứng dụng: Dùng để chuyển pha kết hợp với đồng hồ đo dòng Ampe kế
Xuất xứ: Taiwan Meter
Ngồi ra, cịn có các đèn Led R, Y, B chỉ thị pha tủ điện loại 220VAC AD16 – 30S, được bảo vệ bởi các cầu chì. Chọn loại cầu chì FS-101 – 2A cho bộ hiển thị pha.
59
4.6 TÍNH CHỌN MẠCH DIỀU KHIỂN PHỤ TẢI
Hình 4.25 Sơ đồ điều khiển tải bằng contactor
Mô tả nguyên lý hoạt động:
Mạch điều khiển động cơ 1 chạy theo thời gian đặt trước sau đó dừng lại và chạy động cơ 2. Động cơ 2 cũng sẽ chạy một thời gian, sau đó chuyển sang động cơ 3. Tương tự như vậy và chuyển về lại động cơ 1. Do đó mạch được gọi là mạch điều khiển 3 động cơ chạy luân phiên.
Cơng tắc Mode hai vị trí chọn chế độ điều khiển Man/Auto.
Ở chế độ Manual (Bằng tay), khi đóng cơng tắc Mode thì relay RL tác động, tiếp điểm thường đóng của RL mở ra. Do đó Timer T1, T2 và T3 sẽ không được cấp điện.
Khi nhấn nút ON1, contactor K1 hút động cơ 1 chạy và đồng thời tiếp điểm thường hở K1 đóng lại tự giữ cho nút ON1. Các Timer ở chế độ Man không được cấp điện nên các động cơ sẽ chạy độc lập với nhau.
Khi nhấn nút ON2 thì contactor K2 hút, cấp điện cho động cơ 2 quay. Tương tự với động cơ 3.
60
Nhấn OFF1 động cơ 1 dừng, nhấn nút OFF2 động cơ 2 sẽ dừng. Tương tự với động cơ 3.
Ở chế độ Auto (Tự động), khi công tắc Mode để hở, relay RL không được cấp điện nên tiếp điểm thường đóng RL khơng thay đổi trạng thái. Do đó nút khi nhấn ON thì cuộn hút Timer được cấp điện, mạch chạy chế độ Auto.
Khi nhấn nút ON1 contactor K1 cấp điện cho động cơ 1 quay. Đồng thời Timer 1 được cấp điện sẽ bắt đầu đếm thời gian.
Khi Timer 1 đếm đến thời gian đặt trước, tiếp điểm thường đóng T1 mở ra làm contactor K1 mất điện, động cơ 1 dừng. Đồng thời tiếp điểm thường hở T1 đóng lại, cấp nguồn cho contactor K2 và Timer 2. Lúc này động cơ 2 quay, động cơ 1 dừng và Timer 2 bắt đầu đếm thời gian.
Khi Timer 2 đếm đến thời gian đặt trước, tiếp điểm thường đóng T2 mở ra làm contactor K2 mất điện, động cơ 2 dừng. Đồng thời thường hở của T2 đóng lại cấp nguồn cho contactor K3 và Timer 3. Lúc này động cơ 3 quay, động cơ 2 dừng và Timer 3 bắt đầu đếm thời gian.
Khi Timer 3 đếm hết thời gian đặt trước, tiếp điểm thường đóng T3 mở ra làm contactor K3 mất điện, động cơ 3 dừng. Đồng thời tiếp điểm thường hở của T3 đóng lại kích động cơ 1 chạy lại.
61
62
4.7 KHẢO SÁT, TÍNH TỐN CÁC TRẠNG THÁI ĐÓNG/NGẮT TỤ DỰA VÀO SỰ THAY ĐỔI CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CẦN BÙ
Theo thông số của tải và dung lượng tụ tính chọn được, để đơn giản, có thể hiểu hệ thống gồm hai thành phần chính là phẩn tải, và phần bù công suất phản khảng. Các trạng thái đóng/ngắt tụ sẽ được thực hiện tự động hoặc thủ công theo các chế độ đã được trình bày, dựa theo sự thay đổi về mặt công suất phản kháng cần bù.
Phần hệ thống bù, điều khiển tự động hoặc bằng tay qua bộ điều khiển SK QR-X4 với 4 cấp bù.
Cài đặt các thông số như sau:
- Ngưỡng đóng A tại giá trị A-2: đóng cosφ = 0,9 cảm
- Ngưỡng cắt b tại giá trị b – 1: cắt cosφ = 0,95 cảm.
- Thời gian đóng C tại giá trị C – 1: đóng = 5 giây.
- Thời gian cắt d tại giá trị d – 1: cắt = 30 giây
- Ngưỡng cắt E tại giá trị E – 2: quá áp = 240V
- Số cấp F tạ giá trị F – 4 : 4 cấp bù ứng động
Các trạng thái tải có thể xảy ra là: - Chỉ động cơ 1 chạy; - Chỉ động cơ 2 chạy; - Chỉ động cơ 3 chạy; - Động cơ 1 và 2 cùng chạy; - Động cơ 1 và 3 cùng chạy; - Động cơ 2 và 3 cùng chạy; - Cả ba động cơ cùng chạy.
Xét trường hợp thứ nhất, chỉ có động cơ 1 chạy: Ta có:
63
Hệ số công suất của tải là: 𝑐𝑜𝑠𝜑1 = 0,86 → 𝑡𝑎𝑛𝜑1 = 0,6
Hệ số công suất sau khi bù là: 𝑐𝑜𝑠𝜑2 = 0,95 → 𝑡𝑎𝑛𝜑2 = 0,33
Dung lượng cần bù là:
𝑄𝑏 = 𝑃(𝑡𝑎𝑛𝜑1− 𝑡𝑎𝑛𝜑2) = 5,5(0,6 − 0,33) = 1,49 (𝑘𝑉𝐴𝑟)
Như vậy, hệ thống thực hiện đóng 1 cấp bù, tức là dung lượng được bù vào là 2,5kVAr và sai số bù sẽ là 1,01kVAr.
Thực hiện khảo sát với các trường hợp còn lại. Số liệu ghi chép được tổng hợp trong bảng sau:
Bảng 4.14 Kết quả khảo sát hoạt động đóng cấp bù theo sự thay đổi công suất và hệ số công suất của tải
Các trường hợp hoạt động Chỉ động cơ 1 Chỉ động cơ 2 Chỉ động