MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................... i
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. i
2. Mục đích của đề tài ......................................................................................... i
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu................................................................... i
4. Phƣơng pháp nghiên cứu khoa học ................................................................. i
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................... ii
CHƢƠNG 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG
PHÒNG THÍ NGHIỆM ........................................................................................ 1
1.1. BÀI TOÁN GIÁM SÁT ............................................................................. 1
1.1.1. Nêu bài toán cần giải quyết................................................................... 1
1.1.2. Các giải pháp giám sát mạng điện. ....................................................... 3
1.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN ........ 8
CHƢƠNG 2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ........... 10
2.1. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT ......................... 10
2.1.1. Lựa chọn thiết bị cho mô hình thí nghiệm .......................................... 10
2.1.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình ............................................ 14
2.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐI DÂY CHO MÔ HÌNH ......................................... 15
2.2.1. Sơ đô đi dây chung cho mô hình ........................................................ 15
2.2.2. Sơ đồ đi dây riêng cho chƣơng trình chuyển nguồn tự động dùng
LOGO! 12/24RC ........................................................................................... 17
2.3. CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LOGO! CHO MÔ HÌNH .................. 18
2.3.1. Giới thiệu về bộ điều khiển logic khả trình LOGO! ........................... 19
2.3.2. Lập trình bằng tay cho LOGO! ........................................................... 20
i


2.4. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐO ĐIỆN NĂNG ............... 21
2.4.1. Lựa chọn thiết bị ................................................................................. 21
2.4.2. Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình. .......................................... 25
2.4.3. Thiết kế sơ đồ đi dây cho mô hình...................................................... 27

nguồn điện và khả năng hoạt động của tải là rất cần thiết. Với các thông số thu
đƣợc từ mạng điện sẽ giúp đƣa ra các phƣơng án cải thiện làm tăng chất lƣợng
điện và không ảnh hƣởng tới quy trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp.
2. Mục đích của đề tài
Thiết kế hệ thống giám sát điện năng trong phòng thí nghiệm. Cài đặt và
vận hành hệ thống đo để đƣa ra kết quả đo thông số mạng điện trong phòng thí
nghiệm.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Mạng điện trong phòng thí nghiệm là nguồn lƣới điện 3 pha 4 dây. Đối
tƣợng và phạm vi nghiên cứu là bộ tự động chuyển nguồn lƣới điện chính –
nguồn lƣới điện dự phòng và hệ thống đo thông số mạng điện trong phòng thí
nghiệm.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu khoa học
i


Dựa vào cơ sở lý thuyết từ các môn học khí cụ điện, cung cấp điện để tính
toán, thiết kế cấu trúc hệ thống, lựa chọn thiết bị và đi dây cho mô hình hệ
thống.
Dựa vào tài liệu cài đặt và vận hành đồng hồ đo đa năng của hãng Selec
để thực hiện cài đặt, đo và hiển thị kết quả đo thông số mạng điện trong phòng
thí nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc thực hiện đề tài giúp em củng cố kiến thức đã học trong các môn học
cung cấp điện, khí cụ điện. Đồng thời việc thiết kế và xây dựng mô hình hệ
thống giúp em hiểu biết nhiều hơn về mô hình thực tế.

Hải Phòng , Ngày tháng năm 2016
Sinh viên


việc nào.
- Khả năng đáp ứng nhanh với bất kỳ sự cố điện nào thông qua các cảnh
báo, giảm đƣợc thời gian dừng máy.
1


- Giảm thời gian xử lý sự cố do dữ liệu đƣợc thu thập đầy đủ, chụp đƣợc
dạng sóng của nguồn điện khi sự cố xảy ra.
- Ngăn ngừa khả năng bị điện lực phạt do cosφ thấp nhờ các báo động.
- Theo dõi toàn tải của nhà xƣởng theo thời gian thực, hữu ích cho việc
lên kế hoạch tiết kiệm.
- Có khả năng tạo các báo cáo về điện năng tiêu thụ ở dạng bảng, dạng
đồ thị, xuất ra file Excell.
- Kiểm tra hóa đơn điện lực thông qua báo cáo về năng lƣợng sử dụng.
- Xác định các nhiễu, sóng hài là do nguồn điện lực xông vào hay do các
thiết bị của nhà máy gây ra. Giảm thời gian xác định nguyên nhân.
- Xác định loại nhiễu nào: Tăng/ giảm điện áp, sóng hài, xung điện áp…
- Duy trì mức tải cho thiết bị hợp lý, tránh trƣờng hợp non hay quá tải.
- Đƣa ra quyết định đầu tƣ cho các thết bị cấp nguồn chính xác khi cần
mở rộng nhà máy.
+ Yêu cầu kĩ thuật của việc giám sát điện năng:
- Dòng điện năng phải có tính liên tục, khộng bị gián đoạn.
- Các thiết bị giám sát điện năng đặt tại cấp trƣờng phải đảm bảo chịu
đƣợc môi trƣờng công nghiệp nhƣ: bụi bẩn, rung lắc, nhiệt độ không quá cao
cũng không quá thấp, độ ẩm, hay nhiệt độ cao…vv.
- Các thiết bị xử lí tín hiệu ở cấp trƣờng là các bộ điều khiển cần đƣợc
lập trình cũng nhƣ cài đặt chuản xác, cùng với đó là có tốc độ xử lí nhanh và ít
chịu ảnh hƣởng bởi nhiễu.
- Có các phần mềm giám sát chuyên dụng để có thể giám sát một cách an
toàn và hiệu quả nhất.

sóng, số liệu cũ đƣợc lƣu dƣới dạng file excel”.

Hình 1.2. Phần mềm EN-VIEW
“Phần mềm EN-VIEW là phần mềm hỗ trợ trên máy tính để thiết lập cho
đồng hồ cũng nhƣ lấy số liệu từ đồng hồ về máy tính để giám sát. Phần mềm có
các tính năng: hiển thị số liệu từ đồng hồ về máy tính và cập nhật số liệu liên
tục, mô phỏng giao diện đồng hồ đồng hồ trên máy tính, hỗ trợ vẽ biểu đồ dạng
sóng, số liệu cũ đƣợc lƣu dƣới dạng file excel”.

Hình 1.3. Các số liệu hiển thị trên máy tính
Do phần mềm có nhiều tính năng mà giá thành của nó trở nên đắt đỏ. Vì
vậy mà phƣơng án này không khả thi khi mà kinh phí đầu tƣ quá lớn cho công

4


việc mô phỏng giám sát trong phòng thí nghiệm và cần phải tìm ra phƣơng án
khác có thể thay thế nó.
+ Giải pháp 2: Dùng hệ thống giám sát và quản lí điện năng scada [3]

Hình 1.4. Cấu trúc chung giám sát điện năng bằng ATSCADA
Đặt vấn đề:
“Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, điện năng là yếu tố vô cùng quan
trọng và càng quan trọng hơn trong sản xuất và kinh doanh của doanh nghiệp.
Bài toán đặt ra cho các nhà quản lý là làm sao quản lý tòa nhà, nhà máy,
xí nghiệp hiệu quả nhất để giảm chi phí, tiết kiệm năng lƣợng ở mức tối đa, tạo
thuận lợi cho doanh nghiệp trong những hoạt động kinh doanh. Phƣơng án tối
ƣu hiện nay là thiết lập hệ thống tự động hóa quản lý và giám sát SCADA.
SCADA là hệ thống tự động hóa, với chức năng quản lý và giám sát toàn bộ hệ
thống điện của tòa nhà hay khu công nghiệp giúp nâng cao hiệu quả công trình,

những cảnh báo, biểu đồ diễn biến qúa trình của các tín hiệu dòng điện, điện áp,
hệ số công suất, công suất điện, điện năng tiêu thụ của các nhánh phân phối điện
trong nhà máy. Phần mềm SCADA có hỗ trợ các tính năng nhƣ là kết nối với
trạm ở xa qua đƣờng Telephone, Internet, cáp quang hay vô tuyến để có thể
truyền dữ liệu đi những nơi cần thiết. Điều này giúp cho việc theo dõi và giám
sát số liệu một cách dễ dàng, không phụ thuộc vào khoảng cách, khắc phục sự
cố nhanh chóng và hiệu quả.
Qua các giao diện HMI (Human Machine Interface) hiển thị trên máy
tính, ngƣời vận hành sẽ quan sát đƣợc trực quan hệ thống đang làm việc nhƣ thế
nào, biểu đồ phụ tải của mỗi cụm phụ tải, in ấn, gửi báo cáo, theo dõi tiến trình,
xu hƣớng gia tăng phụ tải, từ đó đề ra phƣơng án vận hành tối ƣu, linh hoạt hệ
thống trong từng thời điểm thích hợp, giảm tổn thất điện năng cho mạng lƣới
điện, giảm tổn hao các dạng năng lƣợng khác.
Giám sát tình trạng làm việc của tất cả các thiết bị máy cắt, Aptomat bao
gồm dòng điện (A), điện áp (V), hệ số công suất (cos  ), tần số (f), công suất
điện (Kw) và điện năng tiệu thụ (Kwh) tại các điểm đầu của một cụm tải.
Cung cấp các thông tin, cảnh báo (phát Alarm khi giá trị của mỗi đại
lƣợng bất kỳ vƣợt quá mức cài đặt) để có các biện pháp phòng ngừa kịp thời.
Phân cấp giám sát và vận hành, chỉ có những ngƣời có thẩm
quyền mới đƣợc phép thay đổi các tham số của hệ thống.
Cho phép cài ngƣỡng bảo vệ (dòng điện, điện áp, lƣu lƣợng giới hạn) cho
từng cụm tải, khi vƣợt ra khỏi tầm hoạt động, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo.
7


Máy in sử dụng để in ấn các báo cáo, biểu đồ hoạt động của tải. Tất cả dữ liệu
liên quan đến hệ thống sẽ đƣợc lƣu trữ dài hạn. Phần mềm SCADA thu thập
toàn bộ các giá trị dòng điện (A), điện áp (V), hệ số công suất (cos  ), công suất
điện (Pđm), điện năng tiêu thụ (KWh), lƣu lƣợng nhiên liệu tức thời từ các bộ
RTU về Server & biểu diễn trên màn hình theo đúng sơ đồ công nghệ của hệ

nguồn tự động sẽ cảm nhận đƣợc sự mất điện từ nguồn lƣới chính và sau một
thời gian ngắn khối này sẽ cho nguồn dự phòng cấp điện cho phụ tải.
Khối thiết bị đo là 4 biến dòng đƣợc mắc ở phía động lực đƣợc dùng để
lấy tín hiệu điện đƣa vào khối đo thông số là đồng hồ đo, đồng hồ đo thực hiện
nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ lƣới để xử lí thông số đƣa tín hiệu về khối máy
tính giám sát, khối máy tính giám sát có nhiệm vụ hiển thị các thông số mạch đo
mà đồng hồ đo đƣợc để báo cáo với các kỹ sƣ quan sát trực tiếp tại màn hình
máy tính” .
”

9


CHƢƠNG 2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
2.1. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT
2.1.1. Lựa chọn thiết bị cho mô hình thí nghiệm
Thiết bị đƣợc lựa chọn cho mô hình bao gồm:
+ 2 Aptomat 3 pha:
“Aptomat là khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện khi có sự cố: quá
tải, ngắn mạch, sụt áp,…. Thƣờng gọi là aptomat không khí vì hồ quang đƣợc
dập tắt trong không khí (ACB). Yêu cầu đối với aptomat:
Chế độ làm việc định mức của aptomat phải là chế độ dài hạn, nghĩa là trị
số dòng điện định mức chạy qua aptomat lâu bao nhiêu cũng đƣợc. Mặt khác,
mạch vòng dẫn điện của aptomat phải chịu đƣợc dòng ngắn mạch lớn lúc các
tiếp điểm của nó đã đóng hoặc đang đóng.
Aptomat phải cắt đƣợc trị số dòng ngắn mạch lớn có thể lên đến hàng
chục kA. Sau khi cắt vẫn phải đảm bảo làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức.
Để nâng cao tính ổn định nhiệt và tính ổn định điện động của các thiết bị,
hạn chế sự phá hoại của dòng ngắn mạch, aptomat phải có thời gian cắt nhỏ.
Muốn vậy phải kết hợp giữa lực thao tác cơ học và thiết bị dập hồ quang bên

+ 1 thiết bị bù
+ 4 biến dòng 50/5
+ 3 bộ tụ bù
+ Một bảng tủ điện kích thƣớc 120 x 80
+ Máng điện dài 120cm = 2x30 +40+20.
+ Cầu đấu : loại nhỏ cho mạch điều khiển 1 chiếc 12.2 chân, loại lớn cho
mạch động lực 3 chiếc 4.2 chân.
+ Rơle trung gian:
“Rơle là một loại khí cụ điện tự động mà đặc tính “vào – ra” có tính chất
nhƣ sau: Tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác
định.
Đại lƣợng cần để rơle hoạt động đƣợc gọi là đại lƣợng tác dụng. Các đại
lƣợng tác dụng đƣợc đặt vào các đầu vào khác nhau của rơle, chúng có thể là
11


một hoặc nhiều đại lƣợng khác nhau. Rơle có đại lƣợng tác dụng là đại lƣợng
điện (dòng điện, điện áp, công suất,…) đƣợc gọi là rơle điện” [1].
Trong bộ thiết bị tự động chuyển nguồn của phòng thí nghiệm sử dụng 4
rơle điện từ do hãng OMRON sản xuất.
- 2 rơle OMRON 220VAC:
+ Mã hiệu: NY4NJ
+ Điện áp định mức: 240VAC
+ Dòng điện định mức: 5A
- 2 rơle OMRON 24VDC:
+ Mã hiệu: NY2NJ
+ Điện áp định mức: 28VDC
+ Dòng điện định mức: 5A
+ Đèn báo : 3 đèn báo pha,
+ 1 đồng hồ đo đa năng MFM384-C:

- Dòng thứ cấp chọn đƣợc 1A hoặc 5A.
- Điện áp sơ cấp chọn đƣợc từ 100  500kV.
- Điện áp thứ cấp chọn đƣợc từ 100  500VAC (L – L).
- Công suất tiêu thụ: nhỏ hơn 8VA.
- Xung đầu ra:
+ Điện áp cho phép: giá trị lớn nhất là 24VDC.
+ Dòng điện cho phép: giá trị lớn nhất là 100mA.
+ Độ rộng xung: 100ms  5ms.
13


- Điều kiện môi trƣờng xung quanh cho phép:
+ Sử dụng trong nhà.
+ Độ cao cho phép lên đến 2000m.
+ Ô nhiễm môi trƣờng mức độ 2.
+ Nhiệt độ cho phép hoạt động: -10 oC  55 oC .
+ Nhiệt độ cho phép bảo quản: -20 oC  75 oC .
+ Độ ẩm cho phép: lên đến 85%.
+ Cáp động lực CADIVI 4m loại 35mm2
2.1.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình

Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thiết bị của mô hình
14


Mô hình thí nghiệm đƣợc xây dựng trên một bảng điện có kích thƣớc 120
x 80 bao gồm các aptomat, contactor, đồng hồ, tải, thiết bị bù đƣợc bố trí một
cách hợp lí nhƣ trên.
Chức năng của các thiết bị nhƣ sau:
- Aptomat 1,2 là 2 aptomat dùng để cấp nguồn từ hai nguồn lƣới là lƣới

Ð1 Ð2 Ð3

L
L+

M

I1

I2

I3

I4
N
GND

AT1

AT2

CTT1

LOGO 12/24RC

CTT2

AT3

AT4 AT5

L

_

+

_

+

Pulse O/P

I1
S1

I2
S2

S1

N

L

RS485

Dong ho do

Thiet bi bu


L1

K2

L4

L2

L5

L3

L6

N

N

R1

R2

Tai 3 pha

220VAC

AT

R3


I1

K2

I3

K1

I4

LOGO! 12/24RC
Q2

Q1

OUTPUT

1

R3

2

1

2

R4

Hình 2.5. Sơ đồ mạch động lực của hệ thống tự động chuyển nguồn.

- Các ngõ vào của logo ký hiệu từ I1 đến I6.
- Các ngõ ra của logo ký hiệu từ Q1 đến Q4.
- Các đầu nối có thể sử dụng trong Menu Co là:
+ Ngõ vào ( Inputs): I1 – I2 – I3 – I4 – I5 – I6 – I7 – I8.
+ Ngõ ra (Outputs): Q1 – Q2 – Q3 – Q4.
+ Mức thấp: lo („0‟ hay OFF)
+ Mức cao: hi ( „1‟ hay ON)
+ Ngõ không nối: „ X‟

19


Khi ngõ vào của một khối luôn ở mức thấp thì chọn „lo‟, nếu luôn ở mức
cao thì chọn „hi‟, nếu ngõ đó không cần sử dụng thì chọn „X‟ [2].
2.3.2. Lập trình bằng tay cho LOGO!
* Chƣơng trình:
I1
I3
x

I2
I4
x

&
>1
Q1

x
x

2.4. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐO ĐIỆN NĂNG
2.4.1. Lựa chọn thiết bị
Thiết bị đƣợc lựa chọn cho mô hình bao gồm:
* Một aptomat 3 pha do hãng LS sản xuất tại Hàn Quốc
+ Mã hiệu: ABN53c – 3P- 40A- 18KA
+ Số cực: 3 pha
+ Điện áp định mức: 400 VAC
+ Tần số định mức: 50/60 Hz
+ Dòng cắt định mức: 40 A
+ Dòng cắt Icu: 18 KA
* Một công tơ điện 1 pha EMIC

Hình 2.9. Công tơ điện 1 pha EMIC.
- Đặc điểm:
21