Thiết kế và thi công mô hình tủ ATS
Ngày nay, đi cùng với sự phát triển của ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử, trong đó điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như: Khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa,… đòi hỏi chúng ta phải nắm bắt và vận dụng có hiệu quả góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật trên thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng.
Trong tình hình hệ thống điện nước ta hiện nay hay bị mất điện, điện áp không ổn định, mất pha, chập chờn, ngược pha, lệch pha… đòi hỏi chúng ta phải có hệ thống điều khiển để cho nguồn điện được ổn định bằng cách cung cấp điện từ máy phát thay cho lưới điện khi bị sự cố thông qua hệ thống ATS - nguồn điện dự phòng góp phần đảm bảo công việc không bị gián đoạn. Xuất phát từ thực tế này, hai em Phan Trung Thảo và Phan Thanh Bình - Sinh viên trường Đại học Thủ Dầu Một, Bình Dương đã nghiên cứu “Thiết kế và thi công mô hình tủ ATS”, với mong muốn góp phần hoàn thiện mô hình tủ điện tự động chuyển nguồn (ATS) lưới - máy phát, đáp ứng nhu cầu sử dụng của người dân và doanh nghiệp.
Tủ điện là nơi dùng để chứa các thiết bị điện như công tắc, cầu giao, biến thế, biến áp... ở các công trình, nhà cửa, nhà máy... Chúng thường có hình chữ nhật hoặc vuông, tùy theo vị trí và mục đích sử dụng của người dùng. Đây là một bộ phận không thể thiếu trong bất kỳ công trình công nghiệp hay dân dụng nào, từ nhà máy điện đến các trạm biến áp, hệ thống truyền tải phân phối đến các hộ tiêu thụ điện. Nó được dùng làm nơi để lắp đặt và bảo vệ cho các thiết bị đóng cắt điện và thiết bị điều khiển và là nơi đấu nối, phân phối điện cho công trình, đảm bảo cách ly những thiết bị mang điện với người sử dụng điện trong quá trình vận hành.
Tủ điện được chế tạo từ thép mạ kẽm và được sơn tĩnh điện. Các thiết bị bên trong được thiết kế phù hợp với từng nhu cầu của khách hàng từ dạng tủ điện. Tuy nhiên, đối với tủ điện dùng để phân phối điện cho các phụ tải công suất lớn được thiết kế theo kiểu modul đặt cạnh nhau tạo thành hệ thống phân phối điện bao gồm ngăn lộ vào, ngăn phân đoạn và ngăn phân phối.
Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS lưới - máy phát được cấu tạo gồm có hai phần riêng biệt đó là phần mạch động lực và phần mạch điều khiển. Phần mạch điều khiển gồm có bộ phận đo lường và bộ phận điều khiển đối tượng chấp hành. Cơ cấu chấp hành chính là các cơ cấu chuyển mạch. Đây là hệ thống chuyển nguồn tự động, có tác dụng khi nguồn chính bị mất thì ATS sẽ khởi động và chuyển sang nguồn dự phòng.
Tủ điện chuyển mạch ATS (Automatic Transfer Switches) được sử dụng ở những nơi có phụ tải, đòi hỏi phải cấp điện liên tục để cấp điện cho tải khi có sự cố phía nguồn lưới. Tủ có điện áp định mức từ 220V/380V và thời gian chuyển mạch từ 05 ~ 10s.
Ảnh minh họa (Tủ điện chuyển mạch - ATS)
Nguyên lý hoạt động: Khi lưới điện bị một trong các sự cố (mất pha, mất trung tính,…) thì tủ ATS gửi tín hiệu về cho máy phát điện thực hiện việc khởi động. Khi máy đã vận hành ổn định và điện máy phát ra đạt giá trị cho phép thì tủ ATS tiếp tục trì hoãn thêm một thời gian để làm nóng máy - Warm Up Timer (Thời gian này tùy chỉnh theo yêu cầu từng loại máy, mặc định là 10 giây). Lúc thời gian này kết thúc thì tủ ATS tự động đóng nguồn điện máy cung cấp ra phụ tải.
Đối với những trường hợp cần thiết, người sử dụng có thể cài đặt hệ thống vận hành theo nhu cầu thông qua công tắc MODE SWITCH ở các vị trí AUTO (cài đặt hệ thống vận hành ở chế độ tự động); vị trí MAIN (chọn đóng nguồn lưới điện cấp ra phụ tải theo chế độ bằng tay) và vị trí OFF (cài đặt hệ thống ở chế độ dừng cung cấp điện ra phụ tải).
Ngoài ra, tủ ATS còn được trang bị các đèn báo trạng thái vận hành của hệ thống. Cụ thể gồm: Đèn MAINS AVAILABLE có tác dụng báo nguồn lưới điện có giá trị cho phép; đèn LOAD có tác dụng báo nguồn lưới điện đang cấp cho phụ tải và đèn GENSET AVAILABLE có tác dụng báo nguồn Điện máy có giá trị cho phép.
Dựa trên những đặc tính của tủ cũng như phương thức vận hành và điều khiển hoạt động, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu hệ thống chuyển nguồn tự động sử dụng LPC để tiến hành xây dựng mô hình và mô phỏng bộ chuyển nguồn tự động. Kết quả, nhóm đã thành công trong việc tìm hiểu về PLC s7-1200 (AC/DC/RLY) và nguyên lý hoạt động của tủ ATS; nguyên lý hoạt động của Contactor và các thiết bị đóng ngắt; thiết kế mạch và viết chương trình cho PLC, đảm bảo mạch điều khiển hoạt động tốt… Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế như: chúng chỉ sử dụng cho tải công suất nhỏ, chỉ ở mức mô hình; chỉ có thể hiển thị trên máy tính thông thường và chưa giám sát được trên web hay màn hình HMI.
Tài liệu tham khảo:
1. http://luanvantotnghiep.com.vn/tin-tuc/ats-bo-chuyen-doi-nguon-tu-dong.html
2. Đề tài “Thiết kế và thi công mô hình tủ ATS” do Sinh viên Lê Trung Thảo - Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Thủ Dầu Một, 2018
3. http://ktdien.com/nguyen-ly-bao-ve-qua-dong-dien/
Minh Thanh