4.5.1. Phương thức vận hành.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 67
- Ở chếđộ làm việc bình thường, tải được đóng vào lưới và máy phát và ắc-quy ở trạng thái bình thường.
- Khi sự cố mất lưới thì tải được cắt khỏi lưới và chuyển sang ắc-quy. Đồng thời khởi động máy phát
- Sau khi máy phát khởi động thành công thì cắt tải từ ắc-quy và chuyển sang máy phát.
- Trong bất cứ trường hợp nào khi có điện lưới trở lại thì tải phải chuyển về lưới
b. Phương thức.
Quy ước nguồn chính là nguồn lưới và nguồn dự phòng là máy phát và ắc-quy. Giả sử phụ tải đang được cấp điện từ lưới.
Hình 4.42.Phương thức hoạt động của hệ thống tựđộng chuyển đổi nguồn dự phòng trong trường hợp dự phòng kép.
- Khi lưới mất điện:
+ B1 :sau 1 khoảng thời phát lệnh xác nhận lưới đã mất điện. phát lệnh cắt tải khỏi lưới.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 68
+ B2 : phát lệnh đóng tải vào ắc-quy đồng thời khởi động máy phát. + B3 : Quy trình khởi động máy phát:
+ B4: trong trường hợp máy phát khởi động thành công, phát lệnh cho MF chạy không tải.
+ B5 : phát lệnh cắt tải khỏi ắc-quy.
+ B6 : sau 1 khoảng thời phát lệnh đóng tải vào máy phát. - Khi lưới có điện trở lại:
+ B1: sau 1 thời gian xác nhận lưới đã hoạt động ổn định.
+ B2 : phát lệnh cắt tải khỏi máy phát. Cho MF chạy không tải trong 10s. + B3 : sau đó phát lệnh đóng tải vào lưới.
+ B4 : sau 10s. phát lệnh dừng máy phát.
Nếu sau 3 lần khởi động mà MF vẫn không chạy, phát lệnh báo MF bị sự cố.
4.5.2. Thiết kế phương án. a. Mạch ngoài a. Mạch ngoài KL Load Luoi May Phat A B C N Main MCL Main MF Q3 Q1 Main AQ Q7 KA KF AC QUI DC AC Mach khoi dong máy phát Ngung
may phát MF hong, can mang ra sua AC QUI Nguon Q4 Q5 KA1 KF1 KF2 KL1 KL2 KA2 Hình 4.43.Sơđồđấu nối mạch ngoài trường hợp dự phòng kép. b. Mạch điều khiển.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 69
Hình 4.44.Mạch logic của hệ thống tựđộng chuyển đổinguồn tựđộng trong trường hợp dự phòng kép.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 70
c. Các đầu vào ra:
Hình 4.45.Các đầu vào zen trong trường hợp dự phòng kép.
Trong trường hợp này ta sử dụng 4 đầu vào từ I0 I3 với cách đấu sau: - I0,I1 : Lấy tín hiệu điện áp từ lưới
- I2, I3 : Lấy tín hiệu điện áp từ máy phát.
Trong trường hợp này ta coi nguồn acqui là luôn có điện, không cần lấy tín hiệu của acqui
Bảng 5.Các phần tử và chức năng trong trường hợp dự phòng kép.
Các phần tử trong mạch logic
Khối Ký hiệu Chức năng
Input
I0 Sensor báo có điện lưới
I1 Sensor báo mất điện lưới
I2 Sensor báo có điện MF
I3 Sensor báo mất điện MF
Output
Q0 Báo lưới điện lưới sẵn sàng
Q1 Lệnh đóng tải vào lưới
Q2 Báo điện MF sẵn sàng
Q3 Lệnh đóng tải vào MF
Q4 Lệnh khởi động MF
Q5 Lệnh ngừng MF
Q6 Báo MF bị sự cố
SVTH: Nguyễn T.T Hường 71
Tiếp điểm trung gian
M0 Tiếp điểm trung gian báo có lưới
M1 Tiếp điểm trung gian khởi động MF
M2 Tiếp điểm trung gian MF có điện
Counter C0 Bộ đếm số lần khởi động máy phát không thành công
Timer
T0 Thời gian xác nhận lưới làm việc ổn định
T1 Thời gian xác trễ sau khi lưới có đóng tải vào lưới
T2 Thời gian tự khởi động lại máy phát
T3 Thời gian trễ khởi động máy phát
T4 Thời gian xác nhận máy phát có điện ổn định
T5 Thời gian sau trễ sau khi máy phát có điện đóng tải vào máy
phát
T6 Thời gian chạy không tải trước khi ngừng máy phát
T7 Thời gian trễ sau khi lưới mất tải cắt khỏi máy phát trước
khi đóng vào lưới
Ta Thời gian trễ
Tb Thời gian trễ
Tc Thời gian trễ
d. Thuyết minh:
- Trạng thái làm việc bình thường của lưới.
+ Ở trạng thái bình thường I0 có điện, M0 có điện, Q0 –đèn báo lưới có điện sáng. Q1- đóng tải vào lưới có điện.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 72
Ta thấy tải được đóng vào lưới, các mạch khởi động, máy phát đang ở trạng thái ngừng hoạt động. Đèn Q0, Q1, Q5 sáng, các đèn còn lại tắt.
- Trạng thái khi có sự cố mất trên lưới- lưới mất điện.
+ Khi lưới mất điện ,tiếp điểm I1 nhánh (0) sẽ mất điện làm tiếp điểm trung gian M0 mất điện.
+ Khi đó Timer T0 nhánh (2) bị reset, tiếp điểm T0 nhánh (3) mất điện làm cho Q0 mất điện- Đèn báo lưới có điện tắt.
+ Đồng thời khi đó Timer T1 nhánh (4) bị reset, tiếp điểm T1 nhánh (5) mất điện, ngừng cấp điện cho Q1- Tải được cắt khỏi lưới.
+ Tiếp điểm thường đóng M0 ở nhánh (6) sẽ có điện, cấp điện cho Timer Tb + Sau 1s Tb nhánh (7) sẽ cấp điện cho Timer Ta.
+ Do tiếp điểm Ta ở nhánh (8) là tiếp điểm thưởng mở, đóng nhanh mở chậm và tiếp điểm Tc là tiếp điểm thường đóng (theo mạch (16) Q2 chưa có điện nên Timer Tc chưa có điện) nên Q7 được cấp điện. Gửi tín hiệu đóng tải vào acqui.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 73
Vậy sau khi lưới mất điện, ta cắt tải khỏi lưới, đồng thời sau 1s thì acqui mới được đóng vào tải. Mạch khởi động máy phát được cấp điện. Đèn Q4 và Q7 sáng, các đèn còn lại chưa có điện.
+ Do tiếp điểm M0 báo lưới ở nhánh (9) và M2 báo máy phát có điện là thường đóng nên Timer T2 được khởi động. Timer này có chức năng là bật và tắt sau một khoảng thời gian cho trước. Ta cài đặt là sau 7s.
+ Tiếp điểm T2 và M0 nhánh (10) là tiếp điểm thường đóng, nên ngay lập tức sẽ khởi động Timer T3.
+ Sau 2s T3 nhánh (11) có điện, đồng thời do C0 và M2 là tiếp điểm thường đóng nên Q4 được cấp điện, tuy. Do sau 7s thì Timer T2 bị reset, nên Q4 chỉ được cấp điện trong 5s.
+ Mạch khởi động máy phát được cấp trong 5s rồi dừng lại. Sau khi khởi động xong ta xét 2 trường hợp:
+ Nếu quá trình khởi động thành công, tức là máy phát có điện. Khi đó tiếp điểm I2 nhánh (12) có điện và I3 vẫn là thường đóng nên M2 sẽ được cấp điện liên tục.
+ Khi đó dù cho tiếp điểm T2 nhánh (10) có bật và tắt sau khoảng thời gian liên tục thì Q4- mạch khởi động máy phát cũng sẽ không thể có điện. Tức là khi máy phát có điện thì ngừng cấp điện cho mạch khởi động.
+ Tiếp điểm M2 nhánh (14) có điện nên Timer T4 được khởi động.
+ Sau 3s kiểm tra điện áp máy phát ổn định T4 nhánh (15) đóng lại cấp điện cho Q2- Báo máy phát có điện. Đèn báo máy phát có điện sáng.
+ Tiếp điểm Q2 nhánh (16) cấp điện khởi động Timer T5 và Timer Tc.
+ Sau thời gian là 4s, tiếp điểm thường đóng Tc nhánh (8) sẽ mở ra, ngừng cấp điện cho Q7- Tải sẽđược cắt khỏi acqui.
+ Ta xét nhánh (18) Do lưới đang vẫn đang mất nên tiếp điểm Q0 thường đóng sẽ cấp điện cho Timer T7 khởi động.
+ T7 là tiếp điểm thường mở, đóng nhanh mở chậm. Khi Timer T7 có điện thì ngay lập tức tiếp điểm T7 nhánh (19) sẽđóng vào. Và sau 1s khi Q2 có điện tiếp điểm T5 đóng lại và theo đó cấp điện cho Q3. Khi đó tải được đóng vào máy phát.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 74
Hình 4.48.Tín hiệu và đèn báo sau khi lưới mất điện và máy phát khởi động thành công.
Ta thấy sau khi có tín hiệu tới Q2- máy phát có điện, thì 4s sau tải được cắt khỏi acqui, và 1s sau khi tải được cắt khỏi acqui đóng tải vào máy phát, loại trừ khả năng tải đồng thời đóng vào acqui và máy phát.
+ Nếu quá trình khởi động không thành công, tức là sau khi khởi động trong 5s mà máy phát không có điện, tức là M2 nhánh (12) không có điện.
+ Xét nhánh (11) tiếp điểm thường đóng M2 sẽ vẫn đóng, và khi đó sau 7s, Timer T2 tự reset và lặp lại quá trình khởi động máy phát như cũ.
+ Tuy nhiên nếu khởi động máy phát quá 3 lần mà máy phát không có điện thì ta sẽ dừng khởi động máy phát theo mạch (23) .Bộ couter C0 được đặt giá trị là 4, với đầu vào là xung Q4, tức là đếm số lần khởi động máy phát. Quá 3 lần thì C0 sẽ có điện.
+ Khi đó tiếp điểm thường đóng C0 nhánh (11) sẽ mở ra, ngừng cấp điện cho Q4.
+ Ta chỉđếm số lần khởi động của máy phát Q4 khi khởi động máy phát xong mà không có điện. Nếu có điện thì I2 nhánh (25) có điện, ngay lập tức reset C0 và đếm lại từđầu.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 75
+ Khi bộ couter có điện đó theo mach (24) tiếp điểm thường mở C0 đóng vào cấp điện cho Q6- gửi tín hiệu đi báo máy phát bị sự cố.
+ Đồng thời khi đó tiếp điểm thường mở Q6 nhánh (22) đóng vào, cấp điện cho Q5- gửi tín hiệu ngừng máy phát.
Hình 4.49.Tín hiệu và đèn báo sau khi lưới mất điện và máy phát khởi động không thành công.
Ta thấy khi máy phát không có điện, thì tải vẫn được đóng vào acqui. Đèn Q5, Q6, Q7 sáng, các đèn còn lại tắt.
- Khi lưới có điện trở lại
+ Khi lưới có điện trở lại thì thông qua sensor I0 nhánh (0) M0 được cấp điện liên tục.
+ Ngay sau đó Timer T0 (2) được khởi động.
+ Sau khoảng 3s kiểm tra điện lưới chắc chắn có, thì tiếp điểm thường mở T0 nhánh (3) đóng vào, cấp điện cho Q0- gửi tín hiệu báo đèn có lưới sáng.
+ Khi đó tiếp điểm thường đóng Q0 nhánh (18) mở ra , Timer T7 bị reset.
+ Tiếp điểm T7 nhánh (19) là tiếp điểm thường mở,đóng nhanh mở chậm. đồng thời khi Q0 mất điện thì T7 đã đóng, nên khi Q0 mất điện thì phải 1s
SVTH: Nguyễn T.T Hường 76
sau đó tiếp điểm mới mở ra. Trong lúc này tiếp điểm T5 vẫn đang đóng. Nên 1s sau khi Q0 có điện thì Q3 mới bị mất điện, tức sau 1s khi đèn báo lưới sáng thì tải mới được cắt khỏi máy phát.
+ Đồng thời khi đèn báo có lưới sáng, ngay lập tức Q0 nhánh (4) đóng vào cấp điện cho Timer T1.
+ Sau khoảng 2s tiếp điểm thường mở T1 nhánh (5) đóng vào, cấp điện cho Q1- gửi tín hiệu đóng tải vào lưới.
+ Sau khi tải đóng vào lưới thì tiếp điểm thường mở Q1 nhánh (20) sẽđóng lại cấp điện cho Timer T6.
+ Sau 10s thì tiếp điểm thường mở T6 nhánh (21) đóng lại, cấp điện cho Q5 – gửi tín hiệu ngừng máy phát. Ta cài đặt 10s là để sau khi lưới có trở lại , máy phát cần chạy không tải một khoảng thời gian trước khi ngừng, tránh việc ngừng đột ngột máy phát.
+ Khi đã ngừng máy phát, thì ngay lập tức là máy phát mất điện, sensor I3 nhánh (12) mở ra, khi đó M2 mất điện, theo mạch (14), (15) ngay lập tức Q2 mất điện, tức là đèn báo máy phát có điện phải tắt.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 77
Ta thấy khi đèn báo lưới có điện trở lại, 1s sau thì tải được cắt khỏi máy phát và 2s sau tải mới đóng vào lưới, tránh việc tải đồng thời đóng vào cả lưới và máy phát, đồng thời cũng hạn chế tối đa thời gian mất điện của tải (1s). Đèn Q0, Q1 sáng, các đèn còn lại tắt.
4.5.3. Nhận xét phương án.
a. Ưu điểm:
- Phụ tải được cấp điện liên tục.
- Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo nhờ có 2 nguồn dự phòng. - An toàn cho thiết bị vì có thời gian trễ khi đóng cắt giữa các contactor.
b. Nhược điểm:
- Thiết kế và vận hành phức tạp.
SVTH: Nguyễn T.T Hường 78
Kết luận
Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của điện năng là độ tin cậy cung cấp điện, ngày nay do nhu cầu của xã hội và đời sống con người ngày càng tăng cao, nên tính liên tục của cung cấp điện ngày càng trở nên quan trọng hơn. Hệ thống tự động chuyển đổi nguồn- ATS ngày càng phát triển với những phương thức mới nhằm đáp ứng những nhu cầu đó.
Hệ thống ATS bao gồm rất nhiều phương thức cũng như các nguyên tắc hoạt động khác nhau phụ thuộc vào nhiều đặc điểm : Tính đơn giản tới phức tạp của thiết bị, đặc điểm nguồn dự phòng, các bộ lập trình, yêu cầu phụ tải điện, hay phương thức vận hành khác nhau của lưới điện.
Trong phạm vi đề tài em đã nêu, phân tích, xây dựng và thiết kế 6 phương thức phổ biến như: hệ thống ATS chỉ dùng 1 contactor, hệ thống ATS dùng 2 contactor kết hợp với các rơ le kiểm tra điện áp, hệ thống ATS cho 2 nguồn chuyển đồi không trễ và trễ kết hợp với bộđiều khiển lập trình Zen, hệ thống ATS trong trường hợp nguồn dự phòng nóng, dự phòng kép. Đồng thời em cũng chỉ ra được các ưu, nhược điểm của từng phương thức. Qua đó, ứng với mỗi điều kiện cụ thể ta có thể chọn các phương thức hoạt động khác nhau đảm bảo phù hợp chất lượng điện năng của từng loại, nhóm phụ tải cũng như phù hợp với những điều kiện về cơ sở vật chất trong từng môi trường riêng biệt.
Ngoài ra khi có những phụ tải mới với những yêu cầu khác, em có thể hoàn toàn thiết kế các phương thức khác tương tựđề có thể phù hợp với yêu cầu đó.
Trên đây là những kiến thức mà em đã tích lũy được sau quá trình nghiên cứu đề tài. Dù đã cố gắng nhưng do còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ thầy cô để hoàn thiện thêm vốn kiến thức.