Nghiên cứu, thiết kế thiết bị giám sát điện áp, dòng điện đa năng

CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/2019 
42 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 58 - 04/2019 
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ GIÁM SÁT ĐIỆN ÁP, 
DÒNG ĐIỆN ĐA NĂNG 
RESEARCHING AND DESIGNING MULTI-FUNCTIONAL VOLTAGE AND 
CURRENT MONITORING DEVICE 
ĐOÀN HỮU KHÁNH* 
HOÀNG ĐỨC TUẤN, ĐINH ANH TUẤN 
Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 
*Email liên hệ: khanhvima@gmail.com 
Tóm tắt 
Bài báo này trình bày việc nghiên cứu, thiết kế một thiết bị giám sát dòng điện và điện áp đa 
chức năng. Với thiết bị này, dòng điện và điện áp từ nguồn cấp đến phụ tải sẽ được giám 
sát và kiểm tra liên tục theo thời gian thực. Khi có sự cố xảy ra, chủ yếu các lỗi do chất lượng 
điện năng không đảm bảo như mất pha, điện áp cao, điện áp thấp, tần số cao, tần số thấp, 
thiết bị sẽ phát đi các tín hiệu báo động để báo cho người sử dụng biết. Điều này đảm bảo 
cho các thiết bị sẽ được làm việc với chất lượng điện năng tốt, hạn chế tối đa những ảnh 
hưởng mà chất lượng điện năng kém mang lại như các thiết bị sẽ làm việc với hiệu suất 
thấp, tuổi thọ của thiết bị giảm, 
Từ khóa: Thiết bị giám sát dòng điện và điện áp đa chức năng, chất lượng điện năng. 
Abstract 
This paper presents the research and design of a multi-functional current and voltage 
monitoring device. With this device, the current and voltage from the power supply to the 
loads will be monitored and checked continuously in real time. When problems occur, mainly 
errors due to power quality are not guaranteed such as phase loss, high voltage, low voltage, 
high frequency, low frequency,... the device will broadcast alarm signals to inform the users. 
This ensures that devices will be working with high power quality, minimize the effects that 
poor power quality brings as devices will work with low efficiency, longevity of equipment 
reduced,... 
Keywords: Multi-functional voltage and current monitoring device, power quality. 
1. Đặt vấn đề 
Hiện tượng mất pha, suy giảm điện áp, tần số, là những sự cố thường xuyên xảy ra trong 
công nghiệp cũng như trên tàu thủy. Khi các phụ tải đang hoạt động mà xảy ra sự cố thuộc về chất 
lượng nguồn điện này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc bình thường của thiết bị, giảm 
tuổi thọ,hơn nữa nó còn có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng đến sản phẩm, hàng hóa và 
con người [2]. 
Hiện nay, trên thị trường có tương đối nhiều các thiết bị bảo vệ mất pha và cảnh báo điện áp 
thấp. Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị này chỉ đơn thuần là các thiết bị bảo vệ mất pha hoặc cảnh báo 
điện áp thấp chứ không tích hợp chung vào một thiết bị duy nhất. Nếu có tích hợp vào một thiết bị 
duy nhất thì các tính năng chỉnh định, cài đặt hay báo động bảo vệ cũng rất hạn chế, khó đáp ứng 
được trong các trường hợp đòi hỏi cao. 
Với các nguyên nhân trên, việc nghiên cứu, thiết kế một thiết bị cảnh báo báo động điện áp 
và dòng điện đa chức năng có nhiều cài đặt và có khả năng tùy biến cao có ý nghĩa khoa học và 
thực tiễn. 
2. Giới thiệu chung về các thiết bị giám sát dòng điện và điện áp 
Hình 1, 2 là 2 rơle 
thông dụng điển hình 
trên thị trường hiện 
nay. Hình 3 là sơ đồ 
khối của chúng. 
 Hình 1. Rơle bảo vệ mất pha, quá áp 
600VPR của SELEC 
Hình 2. Rơle bảo vệ mất pha, 
mất cân bằng điện áp PMR-44 
CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/2019 
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 58 - 04/2019 43 
Đầu vào của các thiết bị này là điện áp nguồn cần kiểm tra giám sát. Tín hiệu điện áp sẽ được 
đo và kiểm tra, khi xảy ra mất pha hay điện áp nguồn cao hoặc thấp hơn ngưỡng cài đặt thì sẽ có 
tín hiệu cảnh báo, báo động ra một đầu ra chung. 
Các thiết bị này có các ưu điểm như sau: 
- Kích thước gọn nhẹ, đơn giản; 
- Làm việc ổn định, tin cậy; 
- Giá thành không quá cao. 
Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là: 
- Các thông số chỉ báo, báo động còn ít; 
- Khả năng cài đặt, tinh chỉnh hạn chế. 
Để giải quyết được các nhược điểm nêu trên, đề tài đề xuất thiết kế một thiết bị có cấu trúc 
chung như Hình 4. 
Hình 3. Cấu trúc chung của các thiết bị trên thị 
trường hiện nay 
Hình 4. Cấu trúc chung của thiết bị đề xuất 
Với cấu trúc hệ thống mới đề xuất, ngoài các tính năng như cảnh báo điện áp thấp hoặc cao, 
tần số thấp hoặc cao, báo động mất pha, hệ thống có khả năng đưa ra các cảnh báo như cảnh báo 
mất cân bằng trong các pha, điện áp giữa các pha không đối xứng, Điều này giúp nâng cao chất 
lượng trong việc giám sát, điều khiển các hệ thống trong công nghiệp cũng như dưới tàu thủy. 
3. Xây dựng, thiết kế thiết bị giám sát dòng điện và điện áp đa chức năng 
3.1. Xây dựng cấu trúc của hệ thống 
Hình 5. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 
Hình 5 trên là sơ đồ cầu trúc của hệ thống đề xuất bao gồm các khối chính có chức năng như sau: 
- Nguồn cần giám sát: cấp tín hiệu điện áp nguồn đưa tới tủ điều khiển; 
- Khối biến dòng: lấy tín hiệu dòng điện tải ở các pha đưa về tủ điều khiển [3]; 
Đo và kiểm tra 
điện áp nguồn 
Cảnh báo, 
báo động điện 
áp thấp 
Cảnh báo, 
báo động điện 
áp cao 
Báo động mất 
pha 
UR 
US 
UT 
Đo và kiểm tra 
dòng điện, 
điện áp 
Cảnh báo, 
báo động điện 
áp thấp 
Cảnh báo, 
báo động điện 
áp cao 
Báo động mất 
pha 
UR 
IS 
IT 
US 
UT 
IR 
Cảnh báo các 
pha mất cân 
bằng 
Cảnh báo 
điện áp các 
pha không đối 
xứng 
Nguồn cần 
giám sát 
Khối biến 
dòng 
Mạch 
nguồn 
Đồng hồ 
đa năng 
PLC Khối rơle 
trung gian MODBUS 
RTU 
Các tín hiệu 
cảnh báo, 
báo động, 
bảo vệ 
TỦ ĐIỀU KHIỂN 
CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/2019 
44 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 58 - 04/2019 
- Đồng hồ đa năng: thiết bị này có đầu vào là điện áp và dòng điện 3 pha (hỗ trợ cả hệ thống 
3 pha 3 dây hoặc 3 pha 4 dây). Thiết bị này có một màn hình led hiển thị các thông số giúp người 
dùng có thể quan sát được dòng, áp trong các pha và các thông số khác như hệ số cos phi, tần số. 
Ngoài ra đồng hồ đa năng còn có 1 cổng RS485 hỗ trợ truyền thông MODBUS RTU để kết nối với 
các thiết bị khác tro