Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế nước nhà, nhu cầu sử dụng
năng lượng ngày càng cao đặc biệt là năng lượng điện. Trách nhiệm đặt ra đối với
ngành điện không chỉ là đáp ứng đủ nhu cầu đó mà còn phải đảm bảo chất lượng hệ
thống cung cấp điện ngày càng được cải thiện. Mặt khác quá trình truyền tải điện từ
nhà máy đến các hộ tiêu thụ có thể xuất hiện rất nhiều rủi ro khiến cho nguồn cung cấp
bị gián đoạn như đứt dây do mưa bão, cây đổ,…
Hiện tượng mất điện do các sự cố đó nếu 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,…sẽ gây ra hậu quả hết sức nghiêm trọng. Chính vì vậy, yêu cầu thiết kế một
hệ thống dự phòng và vận hành tối ưu hệ thống đó đã luôn là một đề tài được quan tâm
từ lâu. Nhờ những tiến bộ trong khoa học – kỹ thuật, ngày nay hệ thống dự phòng đã
có thể vận hành hoàn toàn tự động nhờ hệ thống tự động chuyển đổi nguồn (ATS).
Được sự định hướng của thầy giáo ThS. Phạm Anh Tuân và sự nỗ lực của bản
thân, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài "Thiết kế hệ thống tự động chuyển
đổi nguồn dự phòng (ATS) và lập trình điều khiển bằng phần mềm ZEN". Kết cấu đồ
án gồm bốn chương:
Chương 1: Tổng quan về cung cấp điện cho phụ tải.
Chương 2: Tổng quan về hệ thống ATS.
Chương 3: Thiết kế hệ thống ATS dùng contactor kết hợp với hệ thống rơ le.
Chương 4: Thiết kế hệ thống ATS dùng bộ điều khiển lập trình.
Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đề tài của em không tránh khỏi
những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý bổ sung của các thầy, cô
giáo và các bạn để đồ án của em ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể thầy, cô giáo trong bộ môn
lời cảm ơn chân thành nhất!
Sinh viên thực hiện

Lời cảm ơn
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án này, em đã nhận được sự
hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn. Với lòng kính
trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:
Ban giám hiệu, các thầy cô trong khoa Hệ Thống Điện trường Đại Học Điện
Lực đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình học tập và hoàn thành
đồ án.
Thầy giáo – Thạc sĩ Phạm Anh Tuân đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài
này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm đồ án đã cho em
những đóng góp quý báu để hoàn thiện những hiểu biết của bản thân.
Xin chân thành cảm ơn các bạn trong nhóm làm đồ án và đặc biệt là bạn
Nguyễn Thị Tuyết Hường, người đã cùng em nghiên cứu và hoàn thành đề tài được
giao.
Xin chân thành cảm ơn các anh chị khóa trước đã nhiệt tình chỉ bảo cho em trong
quá trình tìm hiểu đồ án.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn và bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô đã tận
tình giảng dạy và giúp đỡ em trong những năm học vừa qua.





NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……






NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………


Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường

Mục lục

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI 1

1.1.

Những khái niệm cơ bản trong sản xuất và phân phối điện năng. 1

1.2.

Đặc điểm phụ tải. 1

1.2.1.

Phụ tải loại 1 2

1.2.2.


Phụ tải loại 2 2

1.2.3.

Phụ tải loại 3 2

1.3.

Các tiêu chí đánh giá một hệ thống cung cấp điện. 2

1.3.1.

Độ tin cậy cấp điện của hệ thống. 3

1.3.2.

Chất lượng điện. 3

1.3.3.

An toàn khi cấp điện. 3

1.3.4.

Tính kinh tế. 4

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS 6

2.1.


Những khái niệm cơ bản. 6

2.1.1.

Hệ thống ATS là gì? 6

2.1.2.

Cấu tạo. 7

2.1.3.

Chức năng. 13

2.2.

Phân loại hệ thống ATS. 13

2.2.1.

Thiết bị. 14

2.2.2.

Đặc tính làm việc. 14

2.2.3.

Đặc điểm nguồn dự phòng. 15


2.3.

Các phương án thiết kế. 15

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ATS DÙNG CONTACTOR VÀ RƠ LE 16

3.1.

Dùng một contactor 16

3.1.1.

Phương thức vận hành. 16

3.1.2.

Thiết kế phương án 17

3.1.3.

Nhận xét phương án. 17

Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường

3.2.

Dùng hai contactor. 18


3.2.1.

Phương thức vận hành. 18

3.2.2.

Thiết kế phương án. 19

3.2.3.

Nhận xét phương án. 22

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG DÙNG
BỘ ĐIỀU KHIỂN 23

4.1.

Bộ điều khiển lập trình zen của ormon 23

4.1.1.

Tổng quan về Zen. 23

4.1.2.

Đặc tính kỹ thuật 25

4.1.3.

Các vùng nhớ. 27


4.2.

Mạch dùng 2 công tắc tơ và chuyển đổi nguồn không tạo trễ. 32

4.2.1.

Phương thức vận hành. 32

4.2.2.

Thiết kế phương án. 34

4.2.3.

Nhận xét phương án. 46

4.3.

Mạch dùng 2 công tắc tơ và chuyển đổi nguồn có tạo trễ. 46

4.3.1.

Phương thức vận hành. 46

4.3.2.

Thiết kế phương án. 49

4.3.3.


Nhận xét phương án. 59

4.4.

Mạch chuyển đổi nguồn trong trường hợp dự phòng nóng. 60

4.4.1.

Phương thức vận hành. 60

4.4.2.

Thiết kế phương án. 61

4.4.3.

Nhận xét phương án. 66

4.5.

Tự động chuyển đổi nguồn với trường hợp nguồn dự phòng kép. 66

4.5.1.

Phương thức vận hành. 66

4.5.2.

Thiết kế phương án. 68


4.5.3.

Nhận xét phương án. 77


Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường


Danh mục bảng và hình vẽ

Bảng 1.Tổng hợp các đầu vào/ra và bit làm việc có lưu của Zen 27
Bảng 2.Các phần tử và chức năng trong trường hợp dùng bộ điều khiển 37
Bảng 3.Các phần tử và chức năng trong trường hợp dùng bộ điều khiển 51
Bảng 4.Các phần tử và chức năng trong trường hợp dự phòng nóng. 63
Bảng 5.Các phần tử và chức năng trong trường hợp dự phòng kép. 70

Hình 1.1. Quá trìnhsản xuất, phân phối và tiêu thụ điện năng. 1

Hình 1.2.Các tiêu chí đánh giá một hệ thống cung cấp điện 3

Hình 1.3.Nguồn dự phòng là máy phát cấp điện cho phụ tải. 4

Hình 2.1.Nguyên lý hoạt động của hệ hống ATS 6

Hình 2.2.Các phần tử bên trong một tủ ATS dùng bộ điều khiển PLC 8

Hình 2.3.Hình ảnh contactor. 9


Hình 2.4.Hình ảnh một số bộ PLC của các hãng khác nhau. 10

Hình 2.5.Nguyên lý làm việc của bộ UPS. 10

Hình 2.6.Hình ảnh cầu chì hạ thế 11

Hình 2.7.Hình ảnh mặt ngoài tủ ATS 12

Hình 2.8.Phân loại tủ ATS 14

Hình 2.9.Các phương án thiết kế. 15

Hình 3.1.Phương thức hoạt động của hệ thống tự động chuyển đổi 16

Hình 3.2.Sơ đồ thiết kế phương án sử dụng một contactor. 17

Hình 3.3.Phương thức hoạt động của hệ thống tự động chuyển đổi 18

Hình 3.4.Sơ đồ thiết kế phương án sử dụng hai contactor. 20

Hình 4.1.Hình ảnh bộ zen thực tế 23

Hình 4.2.Kích thước bộ zen với các đầu ra tương ứng. 24

Hình 4.3.Sơ đồ đầu vào bộ Zen với nguồn nuôi AC 25

Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường


Hình 4.4.Sơ đồ đầu vào bộ Zen với nguồn nuôi DC 26

Hình 4.5.Sơ đồ chung đầu ra bộ Zen. 26

Hình 4.6.Giản đồ thời gian hoạt động của On delay timer 29

Hình 4.7.Giản đồ thời gian hoạt động của OFF delay timer 29

Hình 4.8.Giản đồ thời gian hoạt động của One-shot pulse timer 30

Hình 4.9.Giản đồ thời gian hoạt động của Flashing pulse timer 30

Hình 4.10.Giản đồ thời gian hoạt động của Holding timer 30

Hình 4.11.Giản đồ thời gian hoạt động của Weekly timer 31

Hình 4.12.Giản đồ thời gian hoạt động của Calendar timer 31

Hình 4.13.Giản đồ nguyên tắc hoạt động của các counter trong bộ Zen 32

Hình 4.14.Phương thức hoạt động của hệ thống tự động chuyển đổi nguồn dự phòng . 33

Hình 4.15.Sơ đồ đấu nối mạch ngoài trường hợp dùng bộ điều khiển không tạo trễ. 35

Hình 4.16.Mạch logic trong trường hợp dùng bộ điều khiển 36

Hình 4.17.Các đầu vào zen trong trường hợp dùng bộ điều khiển 37

Hình 4.18.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ bình thường trong chế độ tự động. 39


Hình 4.19.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ mất điện và khởi động 40

Hình 4.20.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ mất điện và khởi động máy phát 41

Hình 4.21.Tín hiệu và đèn báo khi lưới có điện trở lại ở chế độ tự động. 42

Hình 4.22.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ bình thường trong chế độ bán tự
động. 43

Hình 4.23.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ mất điện và khởi động 44

Hình 4.24.Tín hiệu và đèn báo khi lưới có điện trở lại ở chế độ bán tự động 45

Hình 4.25.Phương thức hoạt động của hệ thống tự động chuyển đổi 47

Hình 4.26.Sơ đồ đấu nối mạch ngoài trường hợp dùng bộ điều khiển tạo trễ. 49

Hình 4.27.Mạch logic trong trường hợp dùng bộ điều khiển và chuyển đổi nguồn tạo
trễ. 50

Hình 4.28.Các đầu vào zen trong trường hợp dùng bộ điều khiển và chuyển nguồn tạo
trễ. 51

Hình 4.29.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ bình thường trong chế độ tự động. 53

Hình 4.30.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ mất điện và khởi động 54

Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp


SVTH: Nguyễn T.T Hường

Hình 4.31.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ mất điện và khởi động máy phát 55

Hình 4.32.Tín hiệu và đèn báo khi lưới có điện trở lại ở chế độ tự động. 56

Hình 4.33.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ bình thường trong chế độ bán tự
động 57

Hình 4.34.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ mất điện và khởi động 58

Hình 4.35.Phương thức hoạt động của hệ thống tự động chuyển đổi nguồn dự phòng . 60

Hình 4.36.Nguyên lý hoạt động của hệ thống tự động chuyển đổi nguồn dự phòng 61

Hình 4.37.Mạch logic của hệ thống tự động chuyển đổi 62

Hình 4.38.Các đầu vào zen của mạch tự động chuyển đổi nguồn trong 62

Hình 4.39.Tín hiệu và đèn báo khi cả 2 máy biến áp hoạt động bình thường. 64

Hình 4.40.Tín hiệu và đèn báo khi máy biến áp bị 1 sự cố. 65

Hình 4.41.Tín hiệu và đèn báo khi máy biến áp 1 có điện trở lại. 66

Hình 4.42.Phương thức hoạt động của hệ thống tự động chuyển đổi nguồn dự phòng . 67

Hình 4.43.Sơ đồ đấu nối mạch ngoài trường hợp dự phòng kép. 68

Hình 4.44.Mạch logic của hệ thống tự động chuyển đổi nguồn tự động 69


Hình 4.45.Các đầu vào zen trong trường hợp dự phòng kép. 70

Hình 4.46.Tín hiệu và đèn báo khi lưới ở chế độ bình thường. 71

Hình 4.47.Tín hiệu và đèn báo ngay sau khi lưới mất điện. 72

Hình 4.48.Tín hiệu và đèn báo sau khi lưới mất điện và máy phát khởi động thành
công. 74

Hình 4.49.Tín hiệu và đèn báo sau khi lưới mất điện và 75

Hình 4.50.Tín hiệu và đèn báo khi tải đang đóng vào máy phát và lưới có điện trở lại. 76

Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường






Đề tài:
Thiết kế hệ thống tự động chuyển đổi
nguồn dự phòng (ATS) và điều khiển lập
trình bằng phần mềm ZEN

Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp


SVTH: Nguyễn T.T Hường


Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI
1.1. Những khái niệm cơ bản trong sản xuất và phân phối điện năng.
Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như dễ dàng chuyển thành
các dạng năng lượng khác (nhiệt, cơ, hóa), dễ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy,
điện năng được sử dụng vô cùng rộng rãi trong mọi lĩnhg vực hoạt động của con
người.

Hình 1.1. Quá trìnhsản xuất, phân phối và tiêu thụ điện năng.
Quá trình sản xuất điện năng là quá trình điện từ. Đặc điểm của quá trình này là
xảy ra rất nhanh. Vì vậy để đảm báo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, đảm
bảo chất lượng điện thì phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như đo lương, thông tin
bảo vệ và tự động hóa.
Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện
quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư. Vì lý do đó, khi lập kế hoạch phát
triển khinh tế xã hội, kế hoạch phát triển nguồn cung cấp điện phải đi trước một bước
nhằm thỏa mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn
trong tương lai.
1.2. Đặc điểm phụ tải.
Đối với mỗi phụ tải khác nhau, ta thiết kế một hệ thống cung cấp điện khác
nhau. Hiện nay, "hệ thống tự động chuyển đổi nguồn dự phòng" được áp dụng khá
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 2


rộng rãi cho nhiều loại phụ tải. Tùy theo mức độ quan trọng mà ta phân phụ tải tiêu thụ
điện thành ba loại.
1.2.1. Phụ tải loại 1.
Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với con
người, gây thiệt hại lớn về kinh tế (như hư hỏng máy móc, thiết bị, gây ra hàng loạt
phế phNm, ), ảnh hưởng đến chính trị - quốc phòng.
Ví dụ: nhà máy hóa chất, sân bay, bến cảng, văn phòng quốc hội, nhà khách
chính phủ, phòng mổ bệnh viện, lò luyện thép, hệ thống ra đa quân sự, trung tâm máy
tính…
Với phụ tải loại 1, nguồn cung cấp điện phải được lấy từ ít nhất hai đường dây
độc lập hoặc phải có nguồn dự phòng.
1.2.2. Phụ tải loại 2.
Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế (như
hư hỏng một bộ phận của máy móc thiết bị, gây ra phế phNm, ngừng trệ sản xuất).
Ví dụ: nhà máy cơ khí, nhà máy thực phNm, khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu.
Hệ thống cung cấp điện cho phụ tải loại hai thường có thêm nguồn dự phòng.
Vấn đề ở đây là phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế
đưa lại nhờ không bị gián đoạn cung cấp điện.
1.2.3. Phụ tải loại 3.
Là những phụ tải tiêu thụ còn lại như khi dân cư, trường học, phân xưởng phụ,
nhà kho của các nhà máy. Thông thường, hộ loại 3 được cung cấp điện từ một nguồn
duy nhất.
Trong thực tế, việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn tùy
thuộc vào tầm quan trọng của phụ tải tiêu thụ được xét đối với các phụ tải tiêu thụ còn
lại. Mặt khác, trong một nhà máy, một cơ sở sản xuất dịch vụ, khu dân cư có thể có
nhiều hộ tiêu thụ nằm xen kẽ nhau. Vì vậy, hệ thống cung cấp điện phải được nghiên
cứu kỹ lưỡng để đảm bảo việc cung cấp điện được an toàn, tin cậy và linh hoạt.
1.3. Các tiêu chí đánh giá một hệ thống cung cấp điện.


Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 3


Hình 1.2.Các tiêu chí đánh giá một hệ thống cung cấp điện
1.3.1. Độ tin cậy cấp điện của hệ thống.
Mức độ đảm bảo liên tục cấp điện tùy thuộc vào tính chất và yêu cầu của phụ
tải. Với những công trình quan trọng như hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước,
nhà khách chính phủ, sân bay,…phải đảm bảo liên tục cấp điện ở mức độ cao nhất,
nghĩa là với bất kỳ tình huống nào cũng không thể mất điện. Những đối tượng như nhà
máy, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất, tốt nhất là đặt máy phát điện dự phòng, khi mất điện
lưới sẽ dùng máy phát cấp cho những phụ tải quan trọng như phân xưởng sản xuất
chính.
1.3.2. Chất lượng điện.
Chất lượng cung cấp điện được đánh giá qua hai tiêu chí tần số và điện áp. Chỉ
tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia quyết định. Chỉ có những hộ
tiêu thụ lớn (hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình
sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện.
Vì vậy, người thiết kế cấp điện chỉ phải quan tâm đến đảm bảo chất lượng điện
áp cho khách hàng.
Nói chung, điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị
±5% điện áp định mức. Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp
như nhà máy hóa chất, điện tử, cơ khí chính xác, điện áp chỉ cho phép dao động trong
khoảng ±2,5%.
1.3.3. An toàn khi cấp điện.
Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị.
Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý để
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp


SVTH: Nguyễn T.T Hường 4

Hình 1.3.Nguồn dự phòng là máy phát
cấp điện cho phụ tải.
tránh nhầm lẫn trong vận hành. Các thiệt bị điện phải được chọn đúng chủng loại,
đúng công suất.
1.3.4. Tính kinh tế.
Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét
đến khi các yếu tố kỹ thuật nêu trên đã được đảm bảo. Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá
thông qua tổng vốn đầu tư, chi phí vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu tư.
Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh tỉ mỉ giữa các
phương án. Từ đó mới có thể lựa chọn được phương án tối ưu.
1.4. Tầm quan trọng của nguồn dự phòng trong hệ thống cung cấp điện.
Trong mọi lĩnh vực đời sống, từ quốc
phòng, sinh hoạt đến sản xuất,…Việc gián
đoạn cung cấp điện có thể gây ra nhiều bức
xúc cho đến những hậu quả và thiệt hại to lớn
cho người sử dụng. Chính vì cậy, việc xây
dựng nguồn dự phòng và các biện pháp tự
động chuyển đổi nguồn dự phòng đã luôn
luôn và ngày càng được quan tâm nhiều hơn
khi tính toán thiết kế một hệ thống cung cấp
điện.
Nguồn dự phòng thường chỉ được sử
dụng cho các loại phụ tải thực sự có tầm quan
trọng, yêu cầu không thể mất nguồn điện cung
cấp vì bất cứ lý do nào. Nguồn điện máy phát
dự phòng cung cấp cho phụ tải tại chỗ có sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, nhưng có
nhược điểm lớn là không kinh tế khi so với nguồn điện lưới. Do vậy, nguồn điện lưới
luôn được ưu tiên sử dụng như nguồn cung cấp điện chính.

Trong thực tế, hệ thống cung cấp truyền tải điện năng cho phụ tải có thể chọn
nguồn cung cấp cho phụ tải bằng nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu hay tầm
quan trọng của phụ tải tiêu thụ. Ta có thể chọn nguồn điện cung cấp cho phụ tải bằng
hai nguồn điện lưới song song hoặc dùng một nguồn điện lưới, một nguồn máy phát,
hay dùng ba nguồn điện lưới. Đối với những phụ tải có mức độ quan trọng mang tầm
quốc gia thì phải được cung cấp từ hai nguồn lưới độc lập và nguồn máy phát dự
phòng. Với các công ty, xí nghiệp nên sử dụng nguồn dự phòng bằng máy phát để duy
trì hoạt động của dây chuyền sản xuất.
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 5

Khi đã xây dựng được hệ thống nguồn dự phòng phù hợp, một vấn đề quan
trọng khác cần lưu tâm là các phương thức chuyển đổi giữa nguồn chính và nguồn dự
phòng khi nguồn chính bị mất điện. Việc chuyển nguồn cung cấp điện cho phụ tải có
thể thực hiện bằng nhiều cách. Đơn giản nhất là thực hiện bằng tay dưới sự thao tác
của con người, song phương thức này có nhiều hạn chế là tốn nhân công và kém hiệu
quả. Ngày nay, việc chuyện đổi giữa nguồn dự phòng và nguồn chính đã có thể được
thực hiện hoàn toàn tự động bằng hệ thống ATS hay còn gọi là tủ ATS.
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 6

Hình 2.1.Nguyên lý hoạt động của
hệ hống ATS

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS
2.1. Những khái niệm cơ bản.
2.1.1. Hệ thống ATS là gì?
Hệ thống tự động chuyển đổi nguồn– ATS (Automatic Transfer Switch for

Suppliers) là cầu nối quan trọng trong 1 hệ thống cung cấp điện cho phép lựa chọn
nguồn cung cấp điện thay thế một cách tự động trong trường hợp nguồn đang cấp bị sự
cố hoặc chuyển nguồn có chủ định.
Thiết bị này rất thích hợp với các phụ tải đòi
hỏi yêu cầu cao về cấp nguồn liên tục như: cơ sở y tế,
các mạng dữ liệu, viễn thông, các hệ thống an toàn và
ở các cơ sở sử dụng điện quan trọng khác.
ATS tiến hành giám sát nguồn cung cấp chính
(điện lưới). Khi nguồn cung không đạt tiêu chuNn yêu
cầu (thiếu pha, thấp áp hoặc mất điện hoàn toàn), ATS
sẽ kiểm tra chất lượng của nguồn dự phòng và nếu
thỏa mãn, ATS sẽ tác động để chuyển tải sang sử
dụng ở nguồn dự phòng. Sau đó ATS sẽ giám sát việc
quay trở lại sử dụng nguồn chính (lưới), đến khi bảo
đảm rằng nguồn điện lưới đã được khôi phục bình
thường, ATS vận hành để chuyển tải trở lại dùng điện
lưới.
Tất cả các động tác này được thực hiện hoàn toàn tự động, không đòi hỏi sự can
thiệp tại chỗ của người vận hành.
ATS có thể được dùng để chuyển nguồn cung cấp qua lại giữa các nguồn sau:
- Lưới 1- lưới 2.
- Lưới-máy phát điện.
- Máy phát điện 1- máy phát điện 2…
Điều khiển ATS (Automatic Transfer Switch for Suppliers) có chức năng giám
sát và điều khiển chuyển đổi nguồn tự động giữa điện lưới và máy phát, hoặc giữa một
nguồn lưới chính và một nguồn dự phòng.
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 7


Ngoài ra tủ ATS còn có các chức năng khác như bảo vệ quá áp, bảo vệ pha, bảo
vệ tần số, on/off delay timer…
Với sự tích hợp các chức năng giám sát nguồn điện và điều khiển tự động, giúp
cho việc chế tạo tủ ATS dễ dàng, gọn nhẹ, đơn giản, đạt độ tin cậy cao hơn và giá
thành hạ.
2.1.2. Cấu tạo.
Một thiết bị ATS tiêu chuNn bao gồm bộ đóng cắt (chuyển mạch lực), và bộ
điều khiển. Ngoài ra còn có thể có các thiết bị giám sát và bảo vệ khác tùy thuộc yêu
cầu riêng của phụ tải. Do có rất nhiều phương thức vận hành nên có rất nhiều loại tủ
ATS, tuy nhiên để xét cấu tạo về mặt chung nhât, sau đây ta sẽ tìm hiểu phần cấu tạo
của tủ ATS có chức năng tự động chuyển đổi nguồn dự phòng (máy phát) khi nguồn
chính (lưới)mất điện.
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 8


Hình 2.2.Các phần tử bên trong một tủ ATS dùng bộ điều khiển PLC
a. Contactor
- Contactor trong tủ điện điều khiển là một
khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp
điểm, tạo liên lạc trong mạch điện bằng
nút nhấn. Như vậy khi sử dụng Contactor
ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có
phụ tải với điện áp đến 500V và dòng là
600A (vị trí điều khiển, trạng thái hoạt
động của Contactor rất xa vị trí các tiếp
điểm đóng ngắt trong tủ điện điều khiển).
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp


SVTH: Nguyễn T.T Hường 9

Hình 2.3.Hình ảnh contactor.
- Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: Cơ cấu điện từ (nam châm điện),
hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm
(tiếp điểm chính và phụ).
- Khi cấp nguồn trong tủ điện điều khiển bằng giá trị điện áp định mức của
Contactor vào hai đầu của cuộn dây quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo
ra hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ lớn hơn phản lực của
lò xo), Contactor ở trạng thái hoạt động. Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về
cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điẻm làm cho tiếp điểm chính của
Contactor trong tủ điện đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường
đóng sẽ mở ra, thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp
nguồn cho cuộn dây thì Contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng
thái ban đầu.
b. Bộ lập trình PLC.
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình
được (khả trình) cho phép thực linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một
ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự
kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động
vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kì hay các sự kiện được
đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo
phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào
thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PlC có thể là Ladder hay State
Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Mitsubishi, Omron,
schneider….Chúng có nhiều ưu điểm như sau:
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ đọc.
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn.Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các

môi Modul mở rộng.
- Giá cả phải hợp lý.
Một số loại PLC của các hãng:
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 10


.
Hình 2.4.Hình ảnh một số bộ PLC của các hãng khác nhau.
c. UPS.
UPS (Uninterruptible Power Supply) hay bộ lưu điện là thiết bị có thể cung cấp
điện năng trong một khoảng thời gian tương ứng với công suất thiết kế nhằm duy trì
hoạt động của máy tính hoặc thiết bị điện khi điện lưới gặp sự cố.

Hình 2.5.Nguyên lý làm việc của bộ UPS.
Nguyên tắc hoạt động của UPS dựa trên việc biến đổi điện áp một chiều từ ắc
quy sang dòng điện xoay chiều phù hợp với yêu cầu của máy tính. Ngoài chức năng
chính là bộ lưu điện dự phòng thì một số UPS còn được bổ sung những chức năng
khác như tự động ổn áp, ổn tần, chống xung, lọc nhiễu hoặc chống sét lan truyền.
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 11

Hình 2.6.Hình ảnh cầu chì hạ thế
Ngoài ra tủ ATS còn có thể có một số thiết bị khác như cầu chì, relay trung gian
hay chốt liên động. Các thiết bị này có hay không còn phụ thuộc vào phương thức vận
hành cũng như ứng dụng của chúng trong các trường hợp khác nhau.
d. Rơ le trung gian.
- Rơ le trung gian là một loại rơ le phụ được sử dụng khi cần đóng, cắt đồng thời

nhiều mạch điện độc lập hoặc khi cần đến các rơ le có tiếp điểm công suất đủ
lớn để đóng cắt mạch có dòng điện lớn.
- Rơle trung gian có nhiều cặp ( NC, NO) tiếp điểm hơn để khống chế và truyền
được nhiều tín hiệu qua nó cho các thiết bị khác.
- Trong tủ ATS chủ yếu rơ le nhận tín hiệu từ các PLC rồi đưa tín hiệu đóng cắt
các contactor.
e. Cầu chì.
- Cầu chì là một thiết bị bảo vệ được sử dụng nhằm
phòng tránh các hiện tưởng quá tải hay sự cố ở
đường dây tải điện nhằm bảo vệ các thiết bị tránh
khỏi sự cố.
- Cầu chì thực hiện theo nguyên lý tự chảy hoặc
uốn cong để tách ra khỏi mạch điện khi cường độ
dòng điện trong mạch tăng đột biến. Để làm được
điều này, điện trở của chất liệu làm dây cầu chì
cần có nhiệt độ nóng chảy , kích thước và thành
phần thích hợp.
- Thành phần không thể thiếu trong một cầu chì là một dây chì mắc nối tiếp với
hai dầu dây dẫn trong mạch điện. Các thành phần
còn lại bao gồm: hộp giữ cầu chì, các chấu mắc,
nắp cầu chì, v.v được thay đổi tùy thuộc vào loại cầu chì cũng như mục đích
thNm mỹ.
- Vị trí lắp đặt cầu chì là ở sau nguồn điện tổng và trước các bộ phận của mạch
điện, mạng điện cần được bảo vệ như các thiết bị điện,
- Có rất nhiều loại cầu chì như : cầu chì cao áp, cầu chì hạ áp, cầu chì tự rơi, cầu
chì ống, Đối với cầu chì trong tủ ATS thì là loại cầu chì hạ áp chủ yếu bảo
đảm tránh sự cố ở nguồn vào tủ ATS.
Ngoài ra trên tủ còn có một số bộ phận khác như liên động, cầu đấu, nguồn
chạy thử, tùy theo loại khác nhau mà có thêm các bộ phận khác.
f. Mặt ngoài.

Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 12


Hình 2.7.Hình ảnh mặt ngoài tủ ATS
- Đèn báo lưới báo hiệu Điện Lưới nằm trong phạm vi cho phép.
- Đèn báo Mains On Load sáng báo hiệu Điện Lưới đang cung cấp ra cho phụ tải.
- Đèn báo Generator Available sáng báo hiệu Điện Máy có giá trị cho phép.
- Đèn báo Generator On Load sáng báo hiệu Điện Máy đang cung cấp ra cho phụ
tải.
- Hoãn khởi động máy phát (Delay Start), thời gian này tuỳ chỉnh.
- Công tắc chuyển chế độ. Có 2 chế độ là vận hành bằng tay và tự động.
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 13

- Vôn kế - đo điện áp của ngồn chính và điện áp của máy phát.
- CMV khóa chuyển mạch để chuyển Vôn kế sang lưới hoặc máy phát.
2.1.3. Chức năng.
Giám sát nguồn điện: Tự khởi động máy nổ khi mất điện lưới và tự động ngắt
máy nổ khi có điện lưới trở lại.
- Thời gian trễ đóng điện máy nổ kể từ khi máy nổ bắt đầu hoạt động, hoặc thời
gian đóng điện lưới từ khi có điện lưới trở lại có thể thay đổi được dễ dàng. (75-
100ms).Chống dao động điện: Khi nguồn điện không ổn định, hệ thống sẽ ngắt
điện đến tải để bảo vệ tải. Khi nguồn điện ổn định trở lại sau một khoảng thời
gian nhất định thì mới đóng điện đến tải.
- Chức năng bảo vệ: Hệ thống có chức năng chống quá/thấp áp, mất pha điện
lưới: Khi mạng điện lưới bị mất một trong ba pha, hoặc khi mạng điện lưới ba
pha xảy ra hiện tượng tăng áp hoặc thấp áp vượt ra ngoài dải đã đặt, thì hệ

thống tự động ngắt tải ra khỏi mạng điện lưới và khởi động máy phát điện để
cấp điện cho tải.Khi mạng điện lưới thực sự ổn định trở lại sau khoảng thời gian
đặt trước tuỳ ý (từ 01 đến 10 phút), thì hệ thống sẽ tự động tắt máy phát điện và
đóng điện lưới đến tải.
- Chức năng chỉ thị: Có đèn tín hiệu chỉ thị trạng thái hoạt động : điện lưới/máy
phát.
- Chức năng cảnh báo: Cảnh báo tại chỗ và truyền tín hiệu cảnh báo về trung tâm
đối với các sự kiện (tuỳ ý đặt).
- Các thông số hoạt động cho hệ thống được cài đặt dễ dàng tuỳ ý người vận
hành.
2.2. Phân loại hệ thống ATS.
Có khá nhiều cách phân loại hệ thống ATS, có thế chia theo đặc điểm nguồn dự
phòng, đặc tính làm việc, thiết bị …
Đại Học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn T.T Hường 14


Hình 2.8.Phân loại tủ ATS
2.2.1. Thiết bị.
Ta phân thành 2 loại như sau:
a. Không dùng bộ điều khiển.
Ta sử dụng hai contactor và thiết bị bên ngoài tạo thành mạch điện có khả năng
tự động chuyển đổi sang nguồn dự phòng khi nguồn chính mất điện và ngược lại.
b. Dùng bộ điều khiển.
Hiện nay, người thiết kế có rất nhiều phương án để xây dựng mạch điều khiển
của hệ thống chuyển đổi nguồn dự phòng: bằng vi xử lý, mạch IC số hoặc dùng các bộ
điều khiển logic và lập trình PLC.
2.2.2. Đặc tính làm việc.
Trong hệ thống cung cấp điện cho phụ tải, dòng điện chạy trong các tiếp điểm

có thể rất lớn, gây ma sát khi đóng hoặc mở. Việc đóng cắt không triệt để có thể gây ra
tình trạng ngắn mạch hoặc phát sinh tia lửa điện làm hư hại các thiết bị. Vì vậy, khi
đóng cắt phải tính toán thêm thời gian trễ giữa các tiếp điểm. Dựa vào đặc điểm này, ta
phân các phương án thiết kế thành hai loại:
- Đóng/cắt giữa nguồn chính/nguồn dự phòng xảy ra đồng thời.
- Có tạo trễ khi đóng/cắt giữa nguồn chính/nguồn dự phòng và ngược lại.