Đồ án Nghiên cứu thiết kế bộ chuyển nguồn tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ

BỘ CHUYỂN NGUỒN TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

HẢI PHÒNG - 2018

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

----------------o0o-----------------

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2008

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ

BỘ CHUYỂN NGUỒN TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Sinh viên : Hoàng Văn Quý – MSV : 1412102083

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Lớp : ĐC1801- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp

Tên đề tài : Nghiên cứu thiết kế bộ chuyển nguồn tự động

Sinh viên:Hoàng Văn Quý

Người hướng dẫn: Th.S Đinh Thế Nam

HẢI PHÒNG - 2018

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

----------------o0o-----------------

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên

Lớp

Tên đề tài : NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN NGUỒN TỰ

ĐỘNG

: Hoàng Văn Quý – MSV : 1412102083

: ĐC1801 - Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (

về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).

.............................................................................................................................

2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán

.............................................................................................................................

3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp..........................................................................:

CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ và tên

:

Đinh Thế Nam

Học hàm, học vị

Cơ quan công tác

Nội dung hướng dẫn :

:

Thạc sꢀ

Trường Đại học dân lập Hải Phòng

Toàn bộ đề tài

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ và tên

:

Học hàm, học vị

Cơ quan công tác

:

Nội dung hướng dẫn :

Đề tài tốt nghiệp được giao ngày

tháng năm 2018.

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày......tháng.......năm 2018

Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N

Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N

Sinh viên

Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N

Hoàng Văn Quý

Th.S Đinh Thế Nam

Hải Phòng, ngày........tháng........năm 2018

HIỆU TRƯỞNG

GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1.Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.

..........................................................................................................................

2. Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong

nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất

lượng các bản vẽ..)

..........................................................................................................................

3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn

( Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày……tháng…….năm 2018

Cán bộ hướng dẫn chính

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1. Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu

ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết

minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.

..........................................................................................................................

2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện

( Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày……tháng…….năm 2018

Người chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

L Ờ I M Ở ĐẦ U ......................................................................................................1

C HƯƠNG I: N GUYÊN LÝ LÀM VIỆ C C Ủ A A.T.S .........................................2

VÀ C ÁC PHƯƠNG ÁNĐẶ T V ẤN ĐỀ ..............................................................2

I/N guyên lý làm việ c c ủ a a.t.s ..............................................................................7

1,Ngu ồ n c ấp điên không gián đoạ n U.P.S(Uninterruplible Power Supply )..........7

2,A.T.S lướ i-lướ i ..................................................................................................9

3,ATS cho 2 ngu ổ n: M ộ t ngu ổn lưới chính - m ộ t ngu ổn máy phát dự phòng ....1 3

4,Nguyên lý hoạt độ ng c ủ a b ộ A.T.S..................................................................1 5

Chương II : Ngu ồn máy phát điện điêzen dự phòng ............................................2 1

1- Máy phát Diezen :........................................................................................... 21

2.Nh ững yêu cầ u khi th ực hiên tự động hoá nguồn Điezen :............................... 23

Chương III : Tính toán chọ n m ạ ch điề u khi ển ,tín hiệ u b ả o v ệ ........................... 25

I- Khái quát vể khôi mạch điể u khi ể n ATS. .......................................................2 5

l.Sơ đổ kh ố i c ủ a m ạch điề u khi ể n A.T.S: ........................................................... 25

2,Nhiêm vụ c ủ a t ừ ng kh ố i: .................................................................................2 5

II.Các phương pháp chọ n thi ế t b ị linh kiên đẻ phát hiên sự c ố trên lướ i ............2 6

1.B ảo vê điên áp cao - th ấ p: ............................................................................... 26

3.Phương án thu tín hiệu điện áp từ lưới và máy phát ........................................3 5

5.M ạch báo tín hiệu ngượ c th ứ t ự ph a ................................................................ 40

III. các bộ t ạ o th ờ i gian...................................................................................... 41

Chương IV Tính toán mạch độ ng l ự c .................................................................6 5

I,Đại cương về m ạch độ ng l ự c c ủ a ats................................................................ 65

Kết luận ...............................................................Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆ U THAM KH Ả O .................................................................................. 73

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, điện năng được chuyển tải từ các nhà máy phát điện

đến các phụ tải thì cần phải qua các trạm biến áp. Việc chuyển tải điện từ lưới đến

các hộ dùng điện có thể xảy ra sự cố trên đường dây cung cấp như: Mất pha do đứt

dây hoặc bị ngược pha, hoặc điện áp và dòng điện khác trị số danh định do bị quá

tải hoặc bị ngắn mạch. Các sự cố này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như hỏng

đường dây cung cấp do thời tiết mưa bão, đổ cây vào đường dây, cũng có thể xảy ra

sự cố ở các trạm biến áp. Hiện tượng mất điện do các sự cố đó không thể xảy ra đối

với các phụ tải đặc biệt, yêu cầu cấp điện liên tục 24/24 giờ như: Bệnh viện, văn

phòng chính phủ, hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán, khách sạn

cao cấp... Do vậy, cần phải có nguồn dự phòng để khi xảy ra sự cố nguồn đang

được sử dụng thì ta đưa nguồn dự phòng vào phụ tải và cắt nguồn dự phòng ra khỏi

lưới. Nhưng để giảm thời gian mất điện của phụ tải tránh những hâu quả đáng tiếc

xảy ra, nguồn điện dự phòng nhất thiết phải đi kèm với thiết bị tự động đổi nguồn

A.T.S( Automatic Transfer Switch). Với đồ án tốt nghiệp “NGHIÊN CỨU THIẾT

KẾ BỘ CHUYỂN NGUỒN TỰ ĐỘNG”

Toàn bộ phần thuyết minh của bản thiế kế này được chia làm 4 chương:

Chương I : Nguyên lý làm việc của A.T.S và các phương án

Chương II: Nguồn máy phát dự phòng diezen

Chương III: Thiết kế mạch điều khiển và bảo vệ

Chương IV: Tính toán mạch động lực

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Đinh Thế Nam đã nhiệt tình

hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp này.

Sinh viên

Hoàng Văn Quý

1

CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA A.T.S

VÀCÁC PHƯƠNG ÁN

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân

được nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu điên năng trong các lĩnh vực công nghiệp,

nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng.

Công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện năng lớn nhất. Trong tình hình

kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các tổ hợp sản xuất đều phải tự

hạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt và chất lượng và giá cả sản

phẩm. Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của xí nghiệp.

Nếu 1 tháng xảy ra mất điện 1-2 ngày xí nghiệp sẽ có thể không có lãi, nếu mất

lâu hơn xí nghiệp sẽ thua lỗ. Chất lượng điện xấu (Chủ yếu là điện áp thấp) ảnh

hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, gây thứ phẩm, phế phẩm, giảm hiệu suất lao

động. Chất lượng điện áp đặc biệt quan trọng với xí nghiệp may, xí nghiệp hoá

chất, xí nghiệp chế tạo lắp đặt cơ khí điện tử chính xác. Vì thế đảm bảo độ tin cây

cung cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng là mối quan tâm hàng đầu của đề

án thiết kế cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp.

Thương mại, dịch vụ chiếm tỷ lệ ngày càng quan trọng trong nền kinh tế

quốc dân và đã thực sự trở thành khách hàng quan trọng của ngành điện lực. Các

khách sạn quốc doanh, liên doanh, tư nhân ngày càng nhiều, ngày càng cao tầng,

kèm với các thiết bị nội thất ngày càng cao cấp, sang trọng. Mức sống tăng nhanh

khách trong nước đến khách sạn tăng theo. Đặc biệt với chính sách mở cửa các

khách sạn ngày càng thu hút nhiều khách quốc tế đến tham quan, du lịch, công tác

tại Việt nam. Khu vực khách hàng này không thể để mất điện.

Tóm lại mức điện dảm bảo liên tục cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất và yêu

cầu của phụ tải. Đối với những công trình quan trọng cấp quốc gia như Hội trường

Quốc hội, Nhà khách chính phủ, Ngân hàng Nhà nước, Đại sứ quán, khu quân sự,

sân bay, hải cảng, khách sạn cao cấp... phải đảm bảo được cấp điện ở mức độ cao

nhất, nghĩa là với bất kỳ tình huống nào cũng không được để mất điện. Những đối

tượng kinh tế như nhà máy, xí nghiệp tổ hợp sản xuất tốt nhất là đặt thêm máy

phát dự phòng, khi mất điện lưới sẽ dùng máy điện cấp điện cho những phụ tải

quan trọng như lò, phân xưởng sản xuất chính,...

Một trong các biện pháp để nâng cao độ tin cây cung cấp điện là đặt các

phân tử dự trữ trong hệ thống điện. Để đưa các phân tử dự trữ vào làm việc nhanh

chóng và an toàn người ta thường sử dụng các thiết bị tự đông đóng dự trữ, hay

2

còn gọi là bô đổi nguồn tự đông (ATS: Automatic transfer switch). Bô đổi nguồn

tự đông sử dụng phụ tải điên phòng khi xảy ra sự mất điên. Bô đổi nguồn tự đông

được nối giữa 2 nguồn mạch lưới chính và mạch điên dự phòng. Khi xảy ra mất

điên nguồn lưới chính, khác chuyển đổi sẽ chuyển phụ tải từ nguồn dự phòng hay

là nguồn thứ hai. Chuyển đổi là tự đông nếu khoá kiểu tự đông hoặc phải thao tác

bằng tay nếu khoá là kiểu bằng tay hoặc kiểu không tự đông. Tải có thể được

chuyển về nguồn cấp chính 1 cách tự đông hoặc bằng tay khi điên áp lưới chính

được phục hồi.

Thiết bị tự đông đóng dự trữ đem lại những hiệu quả sau: Tăng đô tin cây

cung cấp điên, làm giảm sơ đồ cung cấp điên, giảm được các máy biến áp hoặc

đường dây phải làm viêc song song. Và cũng nhờ viêc giảm các phần tử làm viêc

song song nên hạn chế được dòng điên ngắn mạch, làm cho mạch rơ le bảo vê đỡ

phức tạp và giảm bớt số nhân viên phải trực nhât, vân hành ở các trạm.Một số

hình ảnh tủ ats trong thực tế

Tủ ATS 1000A OSUNG

3

Bộ tủ chuyển đổi nguồn tự động ATS 4/600A-Sameco

4

Một số hình ảnh về tủ ATS do công ty Phương Lai thi công

5

6

I/Nguyên lý làm việc của A.T.S

Thiết bị tự động chuyển nguồn, còn gọi là A.T.S(Automatic Transfer

Switch) dùng để tự động chuyển tải nguồn chính sang nguồn dự phòng khi nguồn

chính có sự cố.

Khái niệm nguồn bị sự cố bao gồm: Mất nguồn, mất pha,ngược thứ tự pha,

điên áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết.

Tuỳ thuôc vào nguồn cấp dự phòng người ta phân A.T.S ra làm 3 loại sau:

-A.T.S cho 2 nguồn: 1 nguồn lưới chính -1 nguồn Acquy(nguyên lý bô

U.P.S).

-A.T.S cho 2 nguồn: 1 nguồn lưới chính -môt nguồn lưới dự phòng.

- A.T.S cho 2 nguồn: 1 nguồn lưới chính - 1 nguồn là máy phát dự phòng.

Và đối với loại nguồn cấp khác nhau thì A.T.S lại có từng chế đô vân hành khác

nhau.

1,Nguồn cấp điên không gián đoạn U.P.S(Uninterruplible Power

Supply)

Nguyên lý cơ bản của nguồn U.P.S là môt thiết bị có nguồn đầu vào nối với

lưới điên, đầu ra nối với các thiết bị, bên trong U.P.S có môt bô Accquy khô. Khi

mất điên bất thường U.P.S lấy điên từ Accquy cung cấp cho thiết bị, đảm bảo cho

thiết bị tiêu thụ điên được cung cấp môt cách liên tục.

Về tính năng và công dụng, hiên nay các nhà kỹ thuật phân chia U.P.S thành

hai loại:

+ Standby U.P.S + Online U.P.S

Standby U.P.S: là nguồn làm viêc ở chế đô chờ, có nghĩa là: Khi có điên áp

lưới cung cấp cho tải thì U.P.S làm nhiên vụ tích trữ năng lượng. Khi mất điên

lưới thì năng lượng tích luỹ trước đó được thông qua mạch chuyển cung cấp cho

tải.

Online U.P.S: là nguồn làm viêc thường xuyên, nghĩa điên áp của lưới được

đưa qua môt bô xử lý trung gian rồi mới được đưa ra tải. Trong trường hợp bước

xử lý trung gian này luôn hoạt đông để cung cấp năng lượng cho tải.

Đối với nguồn Online U.P.S thi tốc đô chuyển mạch nhanh, đô tin cây cao,

chất lương điên áp ra ổn định. Đối với nguồn Standby U.P.S thi đô chuyển mạch

châm ảnh hưởng đến điên áp ra.

Có thể biểu diên môt sơ đồ cấu trúc môt U.P.S như sau:

7

- Chức năng của các khối:

.Biến áp vào: Hạ áp từ điên áp lưới 220v xuống điên áp 24 — 48v dùng để

nạp cho ắc quy. Cách ly giaa hê thống lưới và chống ngắn mạch nguồn.

.Chỉnh lưu: Tạo điên áp môt chiều dùng cho viêc nạp ắc quy và đưa tới bô

nghịch lưu.

.Lọc chỉnh lưu: San phẳng điên áp ra từ bô chỉnh lưu để đưa đến bô nghịch lưu

nhằm nâng cao chất lượng điên áp ra ở đầu ra nghịch lưu.

.Nghịch lưu: Biến áp điên áp môt chiều lấy từ đầu ra của nghịch lưu thành điên

áp xoay chiều tần số f =50hz cấp cho tải.

.Biến áp ra: Tăng điên áp từ 24- 48v lên 220v phù hợp theo yêu cầu của

tải.

.Mạch nạp ắc quy: Dùng để điều khiển viêc nạp ắc quy. Khi có điên ắc quy là

nơi tích trữ năng lượng. Khi đó dưới sự điều khiển của mạch điều khiển nạp thi ắc

quy được nạp. Khi điên áp trên ắc quy tăng đến môt mức nào đó thi mạch điều khiển

sẽ cắt viêc nạp ắc quy.

.Accquy: là nơi tích trữ năng lượng khi có điẹn áp nguồn 220v và là nơi cung

cấp năng lượng cho các phụ tải khi lưới điên bị mất. Thời gian duy trì điên của U.P.S

phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng của ắc quy.

.Điều khiển chỉnh lưu: Điều khiển góc mở của các thyristor trong mạch chỉnh

lưu sao cho điên áp ra sau chỉn lưu ổn định theo yêu cầu.

.Điều khiển nghịch lưu: Điều khiển thời gian dẫn của các van hợp lý sao cho

điên áp cung cấp cho tải là không đổi hoặc thay đổi rất nhỏ. Mạch điều khiển này

đóng vai trò quan trọng như một bộ ổn áp hoạt động song song với bộ nghịch lưu.

.Nguồn: Dùng để cung cấp các mức điên áp khác nhau cho hai bộ điều khiển

chỉnh lưu và nghịch lưu.

8

2,A.T.S lưới-lưới.

Sơ đồ cấu trúc của A.T.S lưới - lưới

Tới tải

Trong đó:

I,

II : nguồn cung cấp

MBA- máy biến áp

AP1, AP2- áp tô mát bảo vê mạch lực

SS1, SS2- khối so sánh

CM : bộ chuyển mạch

Trong trường hợp phụ tải được cấp điên từ lưới và nguồn dự phòng cũng được

lấy từ lưới qua 1 máy biến áp vân hành song song như hình số 1 thì nguyên lý làm

việc của bô tự đông chuyển nguồn sẽ như sau:

Hoạt đông của ATS so với 2 nguồn cấp được duy trì ở 2 chế đô đó là nếu ATS

đưa nguồn lưới chính vào làm việc thì nó sẽ cắt nguồn dự phòng ra và ngược lại, tức

là nó làm việc theo nguyên tắc “cần bập bênh” không bao giờ có hiện tượng đóng cả

2 nguồn cấp tới tải cùng môt lúc hoặc là cắt cả 2 nguồn cấp tới tải.

9

Hình 1.1

Giải thích hoạt đông của sơ đồ: Giả sử ban đầu tải được cấp điện bởi nguồn

lưới 1 qua máy biến áp như hình số 1.1

+ Đến thời điểm A, do xẩy ra sự cố trên lưới cấp ở nguồn 1 (như mất điện áp,

mất pha) thì ngay lập tức ATS sẽ nhận được tín hiệu “sự cố “ gửi sang từ bên nguồn

cấp. Đồng thời ở thời điểm này ATS cũng đang nhận và xử lý tín hiệu “ Có điện” ở

bên nguồn cấp 2, nguồn dự phòng.

+ Nếu điện áp bến ngoài cấp dự phòng hoàn toàn đảm bảo chất lượng điện

năng theo yêu cầu (đủ U,f) thì ATS sẽ tạo tín hiệu trễ tAB = (ỏ - 5)s để khẳng định

chắcchắn mất nguồn chính, rồi mới được tạo ra tín hiêu đến cơ cấu chấp hành, tác

đông chuyến tải làm viêc ở nguồn cấp dự phòng.

+ Khi tải đang làm viêc trên nguồn dự phòng mà nguồn lưới chính được phục

hồi lại thi bô phân xử lý tín hiêu “có điên” của ATS sẽ nhân tín hiêu và đưa ra tín

hiêu trê thời gian tCD = (3 - 30) phút để khẳng định chắc chắn nguồn cấp chính đã ổn

định có thể đưa vào vân hành.

+ Khi đã khẳng định chắc chắn rằng nguồn cấp chính đã ổn định, bô phân điều

khiển của ATS, sẽ gửi ngay tín hiêu tới cơ cấu chấp hành, cắt nguồn dự phòng ra,

đóng tải vào nguồn lưới chính.

+ Lúc này bô phân nhân tín hiêu của ATS vẫn tiếp tục làm viêc ở cả 2 nguồn

cấp, giám sát môt cách liên tục điên áp và thứ tự pha của cả 2 nguồn cấp để sẵn sàng

phục vụ cho lần chuyển tải tiếp sau, nếu có xảy ra sự cố.

. A.T.S Ỉưới-lưới thực hiện bằng máy cắt phân đoạn

- Sau đây ta sẽ xét môt ví dụ cụ thể về viêc sử dụng đóng cắt MC phân đoạn

trong công viêc đưa nguồn dự phòng vào làm viêc.

Thông thường ở trong mỗi nhà máy sản xuất thường có 2 máy biến áp vân hành

song song, phía thanh cái hạ áp thường để hở, MC phân đoạn dùng để nối hai thanh

cái phía hạ áp đó, mục đích là để giảm nhẹ viêc chọn các thiết bị hạ áp dẫn đến giảm

giá thành xây dựng.

10