3/23/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN Bộ môn Thiết bị điện - điện tử THIẾT KẾ KHÍ CỤ ĐIỆN Giảng viên: Đặng Chí Dũng Email: dung.dangchi@hust.edu.vn Điện thoại: 0903178663 PHẦN 1: CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP VÀ CAO ÁP CHƯƠNG 4: CÁC THIẾT BỊ CẤP NGUỒN DỰ PHÒNG 3/23/2015 MỤC ĐÍCH Trang bị kiến thức nguyên lý làm việc, cấu tạo, đặc điểm cấu tạo UPS & ATS Có kiến thức kỹ tính toán, lựa chọn UPS & ATS hệ thống cung cấp điện PHÂN LOẠI MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA PHỤ TẢI ĐIỆN PT loại 1: không cho phép điện điều kiện, ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng, bang giao quốc tế, tính mạng người, thiệt hại lớn kinh tế quốc gia, liệu thu thập xử lý,… PT loại 2: cho phép điện thời gian ngắn, nhiên gây thiệt đáng kể đến kinh tế cho công ty, nhà máy,… PT loại 3: cho phép điện, ảnh hưởng đến tiêu chí 3/23/2015 I UPS – Uninterrupting Power Supply Định nghĩa UPS – Thiết bị cấp nguồn liên tục dùng cho hộ tiêu thụ đặc biệt, cần nguồn liên tục thiết bị cấp cứu ngành ytế, máy tính cá nhân, trung tâm điện toán, hệ thống SCADA, DCS,… Đặc điểm - UPS chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến hàng chục kW, đáp ứng cho nhu cầu công suất phụ tải khác - Nguồn cấp thường xuyên cho phụ tải nguồn lấy từ lưới, nguồn cấp dự phòng lấy từ UPS - Khi có cố nguồn cấp lưới UPS cấp điện cho phụ tải Cấu tạo Ung ~ CL CM TẢI NL AQ UPS off-line Ung ~ NL CL AQ FILTER TẢI UPS on-line 3/23/2015 - Công suất UPS chủ yếu công suất biến đổi dung lượng ắcquy định  điện lâu, sau khoảng thời gian làm việc, bắt buộc phải ngừng UPS - Trong UPS ắcquy đóng vai trò quan trọng thiết bị dễ bị hỏng  cần phải vận hành bảo dưỡng cách - Các nạp cho ắcquy thường vận hành theo kiểu nạp ổn áp hạn chế dòng nạp để tăng tuổi thọ cho ắcquy - Chú ý môi trường làm việc ắcquy thường độc hại, dễ ăn mòn kim loại, dễ phát sinh khí độc cho người  cần phải có biện pháp thông gió, chống ăn mòn kim loại Hình ảnh minh họa thêm UPS 3/23/2015 II ATS – Automatic Transfer Switch) Định nghĩa ATS thiết bị chuyển nguồn tự động, tự động chuyển phụ tải từ nguồn cấp sang nguồn cấp dự phòng có cố nguồn tự động chuyển phụ tải từ nguồn dự phòng trở làm việc nguồn chính, cố nguồn cấp khắc phục xong Đặc điểm Các cố mà ATS xử lý gồm: - Mất nguồn; - Mất pha; - Ngược thứ tự pha; - Thấp áp Cao áp giá trị đặt Phân loại Dựa theo loại nguồn cấp dự phòng loại mà người ta thường phân ATS thành loại sau: - ATS Lưới – Lưới: + Nguồn cấp (M) nguồn lấy từ lưới điện quốc gia; + Nguồn dự phòng (E) nguồn lấy từ lưới điện quốc gia, lưới điện địa phương - ATS Lưới – Máy phát dự phòng diesel: + Nguồn cấp (M) nguồn lấy từ lưới điện quốc gia; + Nguồn dự phòng (E) lấy từ máy phát diesel tự trang bị 3/23/2015 Sơ đồ hoạt động ATS lưới – lưới M E ATS MBA MBA SS1 ApT SS2 Nguồn ApT M M E CM TẢI T1 T2 t Sơ đồ hoạt động ATS lưới – máy phát KĐ M ATS MBA ApT G SS1 SS2 Nguồn ApT M M G CM TẢI T1 T2 T3 T4 t 3/23/2015 3/23/2015 Cấu trúc ATS ATS gồm phận sau: - Khối mạch lực; - Khối điều khiển; - Vỏ tủ kết cấu; A Khối mạch ĐK 3/23/2015 • Các cảm biến điện áp kiểu điện tử liên tục giám sát chất lượng điện áp nguồn cấp dự phòng Các giá trị ngưỡng điện áp đặt (Pick-up) (Drop-out) điều chỉnh • Sau khoảng thời gian trễ xác định, khoá chuyển mạch tự động chuyển phụ tải sang làm việc nguồn cấp dự phòng, chất lượng điện áp đạt ngưỡng đặt (Setpoint) Khoảng thời gian trễ thay đổi điều chỉnh từ (0 – 120) giây • Khoá chuyển mạch tự động chuyển phụ tải trở làm việc nguồn cấp chính, sau khoảng thời gian trễ điều chỉnh từ giây đến 30 phút Nếu máy phát chế độ “dự phòng nóng” khoá chuyển mạch tự động chuyển phụ tải sang làm việc nguồn cấp dự phòng (Isolated-bypass) • Mạch điều khiển cấp tín hiệu cho tổ máy phát dự phòng diesel dừng làm việc sau khoảng thời gian trễ từ (3 – 15) phút, tính từ thời điểm phụ tải chuyển làm việc nguồn lưới • Hệ thống chuyển nguồn tự động ATS thiết kế với hai chế độ vận hành tự động vận hành tay, kiểm tra tình trạng nguồn cấp • Nguồn cấp để vận hành hệ thống khoá chuyển mạch cấp từ nguồn cấp mà phụ tải vận hành • Trên mạch điều khiển ATS có hình hiển thị (hoặc tín hiệu đèn) để thị tình trạng nguồn cấp mà phụ tải cung cấp, (bao gồm tình trạng bước chuyển nguồn thành công lần cuối gần nhất) theo thời gian thực 3/23/2015 • ATS phải cần có hệ thống nạp điện ắcquy khởi động cho máy phát dự phòng từ nguồn cấp lưới nguồn cấp dự phòng, lúc vận hành chế độ chạy định kỳ theo chương trình đặt trước Hệ thống mạch nạp bao gồm có đồng hồ đo thị giá trị dòng nạp có cầu chì bảo vệ phía AC DC • Mạch nạp ắcquy máy phát có đèn thị cố điện áp hai phía nguồn AC DC, tín hiệu thể bảng mạch điều khiển ATS • Mạch điều khiển ATS điều khiển, thay đổi tốc độ chuyển nguồn khoá chuyển mạch • Khi phụ tải làm việc nguồn cấp chính, mạch điều khiển tự động phát tín hiệu khởi động máy phát diesel theo chương trình đặt trước (Exerciser) Thời gian trễ lần khởi động thay đổi từ (0 – 15) giây để tránh gây cố cho khởi động • Hệ thống điều khiển ATS, cho phép định thời gian khởi động máy phát diesel theo chương trình đặt trước (exerciser) tay tự động, máy phát chạy không tải có tải • Mạch điều khiển ATS thường thiết kế theo dạng sau: + Bảng mạch điện tử rời (PCB) + Thiết bị lập trình PLC 10 3/23/2015 • Bảng mạch điện tử rời (PCB – Printed Circuit Boards) + Ưu điểm: giá thành tháp, đơn giản vận hành, không đòi hỏi trình độ người vận hành cao Có thể sửa chữa, thay linh kiện hỏng PCB + Nhược điểm: Việc nâng cấp, thay đổi chương trình chức làm việc ATS khó khăn Thường thiết kế chọn với máy phát hãng sản xuất • Thiết bị lập trình PLC (Programmable Logic Controller) + Ưu điểm: Việc nâng cấp, thay đổi chương trình chức làm việc ATS linh hoạt Có thể sử dụng cho nhiều chủng loại máy phát (phù hợp với tiêu chuẩn lắp lẫn ANSI, NEMA, UL,…) + Nhược điểm: Vận hành, cài đặt chương trình đòi hỏi người phải có trình độ cao Giá thành thiết bị cao B Khối mạch Động Lực Khối mạch lực ATS (hay khoá chuyển mạch Nguồn - Tải) theo yêu cầu phải chịu đựng chế độ đóng cắt, chuyển tải 100% công suất tải định mức, nên cần phải có công suất lớn, khả dập hồ quang cao; thời gian tác động nhanh, đóng cắt dứt khoát, độ tin cậy làm việc cao; tiếp điểm khối chuyển mạch chịu mài mòn chịu va đập, tiếp xúc điện tốt thiết bị gọn nhẹ, dễ dàng kiểm tra bảo dưỡng, thay Hiện nay, thị trường khối mạch lực ATS làm việc theo nguyên lý sau: • Sử dụng côngtắctơ liên động điện khí; • Sử dụng áptômát đấu song song ngược; • Sử dụng máy cắt kiểu “bập bênh”; 11 3/23/2015 • Sử dụng CTT: + Ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ điều khiển + Nhược điểm: Tiêu tốn lượng cho NCĐ đóng công suất ATS bị hạn chế, CTT chế tạo phổ biến đến 800A • Sử dụng ApT (MCCB ACB): + Ưu điểm: không tốn lượng trì đóng; có kết hợp chức bảo vệ ApT, công suất ATS cao (6300A) + Nhược điểm: Cần có thêm thiết bị phụ truyền động (động cần (dây) liên kết khí) 12 3/23/2015 • Sử dụng Máy cắt kiểu “bập bênh”: + Ưu điểm: đơn giản nối dây, điều khiển dễ dàng, đầy đủ dải công suất làm việc có đầy đủ chức bảo vệ + Nhược điểm: giá thành cao 13 3/23/2015 14