Sự liên tục và chất lượng nguồn cung cấp

  • Nhiễu trên nguồn cung cấp có thể ảnh hưởng tới: 
    • An toàn tính mạng con người 
    • An toàn của tài sản 
    • Hiệu năng kinh tế của công ty hoặc quá trình sản xuất. 
  • Vì vậy, cần phải loại trừ nhiều trên nguồn cấp điện.
  • Có nhiều giải pháp kỹ thuật với các mức độ hiệu quả khác nhau để giải quyết vấn đề này. Nhưng giải pháp này có thể so sánh với nhau dựa trên hai tiêu chí cơ bản:
    • Sự liên tục của nguồn cung cấp
    • Chất lượng nguồn cung cấp
  • Sự liên tục của nguồn cấp có thể xem là thời gian (tính trong năm) mà nguồn được cung cấp đến đầu cực của tải. Sự liên tục của nguồn cấp chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi việc cắt điện do sự cố lưới điện.
  • Một số các giải pháp để khắc phục vấn đề này: 
    • Phân chia cung cấp điện cho tải để chúng có thể sử dụng nhiều nguồn cấp khác nhau thay vì chỉ sử dụng một nguồn cấp
    • Ngoài ra, phân loại mạch được cấp điện thành mạch ưu tiên và không ưu tiên, trong đó mạch ưu tiên, nếu cần thiết, có thể lấy từ nguồn cáp khả dụng khác
    • Sa thải bớt phụ tải khi có yêu cầu, như vậy có thể tiết kiệm một lượng công suất lắp đặt dùng làm nguồn dự phòng. 
    • Lựa chọn hệ thống nối đất thích hợp với mục tiêu cấp điện liên tục, ví dụ: hệ thống nối đất kiểu IT, 
    • Thiết bị bảo vệ tác động có chọn lọc nhằm giới hạn hậu quả của sự cố chỉ trong một khu vực nào đó của hệ thống cung cấp điện.
  • Cần lưu ý là cách duy nhất để đảm bảo tính liên tục của nguồn cấp trong trường hợp có sự cố trên lưới điện là sử dụng, thêm vào các giải pháp đã đề cập ở trên, một nguồn xoay chiều dự phòng, ít nhất là cho các tải ưu tiên (xem hình).

hệ thống nguồn cấp điện

  • Nguồn dự phòng này sẽ cung cấp cho hệ thống khi lưới điện có sự cố, tuy nhiên, cần chú ý đến hai yếu tố sau: 
    • Thời gian chuyển nguồn (thời gian cần thiết để chuyển mạch cung cấp từ nguồn lưới sang nguồn dự phòng, phải chấp nhận được đối với tải
    • Thời gian làm việc mà trong khoảng đó nguồn dự phòng có thể cung cấp cho tải.
  • Chất lượng của nguồn cấp được xác định bởi việc loại trừ nhiễu tại đầu cực tải. Nguồn dự phòng là phương tiện đảm bảo tính liên tục của nguồn cấp tới đầu cực tải, tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, điều này không có nghĩa là chất lượng nguồn cấp cũng được đảm bảo.
  • Ngày nay, nhiều tải điện tử nhạy nhiễu đòi hỏi nguồn cấp điện phải thực sự sạch nhiễu với yêu cầu về chất lượng điện cung cấp nghiêm ngặt hơn tiêu chuẩn thông thường của lưới điện.
  • Đây là trường hợp của các ứng dụng như trung tâm máy tính, tổng đài điện thoại và rất nhiều các quá trình công nghiệp như các hệ thống điều khiển hoặc giám sát. Các ứng dụng này đòi hỏi đảm bảo nguồn cấp điện phải đồng thời tiên tục và chất lượng.

Giải pháp dùng bộ lưu điện

  • Giải pháp cấp điện cho các ứng dụng nhạy với nhiều nguôn là sử dụng “lộ”” giao tiếp công suất giữa nguồn lưới và tải nhạy nhiễu, cung cấp điện áp có tính chất:
    • Không bị ảnh hưởng bởi tất cả các nhiễu trên nguồn lưới và đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng nguồn của tải. 
    • Liên tục ngay cả khi nguồn lưới mất điện, trong một giới hạn cho phép. 
  • Các bộ lưu điện (Uninterruptible Power Supplies – UPS) đáp ứng các yêu cầu về tính liên tục và chất lượng nguồn qua việc: 
    • Cung cấp cho tải với điện áp thoả các yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng, bằng cách sử dụng bộ nghịch lưu (inverter) 
    • Cung cấp nguồn dự phòng độc lập, bằng cách sử dụng ắc quy 
    • Thời gian chuyển mạch để thay thế nguồn lưới hầu như không có, nghĩa là nguồn cung cấp cho tải không hề bị gián đoạn, bằng cách sử dụng các khóa bán dẫn công suất.
  • Những đặc tính này khiến bộ lưu điện trở thành nguồn cung cấp lý tưởng cho các tải nhạy với nhiều nguồn, vì chúng bảo đảm chất lượng và tính liên tục của nguồn. cáp. bất chấp trạng thái của lưới điện.
  • Một bộ lưu điện bao gồm các thành phần chính sau: 
    • Bộ chỉnh lưu/nạp điện dùng để tạo ra nguồn DC nạp điện cho ắc quy và cung cấp cho bộ nghịch lưu
    • Bộ nghịch lưu dùng để cung cấp nguồn điện chất lượng cao, nghĩa là:
    • Không bị ảnh hưởng bởi nhiều từ nguồn lưới, đặc biệt là các sự cố mất điện. thoáng qua 
    • Có độ ổn định tương hợp với các yêu cầu về chất lượng nguồn của tải nhạy nhiễu. (ví dụ với bộ Galaxy, độ ổn định biên độ điện áp là t 0.5% và tần số là + 1%, so với độ ổn định + 10% về điện áp và + 5% về tần số của nguồn lưới, tương cải thiện chất lượng 20 lần về điện áp và 5 lần về tần số)
    • Bộ ắc quy, cung cấp đủ thời gian chạy nguồn dự phòng cần thiết (8 phút đến 1 giờ hoặc hơn nữa) nhằm đảm bảo an toàn về người và tài sản theo yêu cầu
    • Bộ khóa chuyển mạch bằng bán dẫn, để chuyển nguồn cung cho tải từ nguồn lưới sang nguồn dự phòng hoặc ngược lại mà không có bất cứ sự gián đoạn nào.

Các loại bộ UPS bán dẫn

  • Sự phân loại các bộ lưu điện bán dẫn dựa trên tiêu chuẩn IEC 62040,
  • Theo tiêu chuẩn này, có ba cấu hình làm việc: 
    • Dự phòng thụ động (còn gọi là ngoại tuyến) 
    • Tương tác với lưới 
    • Biến đổi kép (còn gọi là trực tuyến)
  • Những cấu hình làm việc như trên liên quan đến việc vận hành chuyên đổi giữa bộ lưu điện và nguồn cấp (kể cả mạng phân phối phía trên bộ UPS)
  • Tiêu chuẩn IEC 62040 định nghĩa các thuật ngữ sau:
    • Nguồn sơ cấp: nguồn điện khả dụng liên tục thường được cung cấp bởi công ty điện lực, nhưng đôi khi cũng có thể là nguồn máy phát của người sử dụng 
    • Nguồn dự phòng: nguồn để thay thế cho nguồn sơ cấp trong trường hợp nguồn sơ cấp gặp sự cố. 
    • Nguồn nhánh rẽ: nguồn cung cấp qua nhanh nối vòng. 
  • Trong thực tế, bộ UPS được trang bị 2 ngõ vào AC, được gọi là ngõ vào AC nhánh rẽ trong tài liệu này. 
    • Ngõ vào AC thường trực, ký hiệu trên hình là nguồn vào 1, quy nguồn sơ cấp, nghĩa là được nối bằng cáp tới lộ cấp điện từ “goo . thống phân phối điện tư nhân. 
    • Ngõ vào AC nhánh rẽ, ký hiệu trên hình là nguồn vào 2, thường được vào nguồn dự phòng, nghĩa là được nối bằng cáp tới một lộ cấp điện từ nguồn dự trữ khác (ví dụ từ nguồn máy phát hay nguồn UPS khác,…) 
  • Khi không có nguồn dự phòng, ngõ vào AC nhánh rẽ được cung cấp từ nguồn sơ cấp (đường cáp thứ hai song song với đường cáp nối tới ngữ vào AC thường trực). Ngõ vào AC nhánh rẽ được dùng để cung cấp cho nhánh rẽ của bộ UPS, nêu nhánh này hiện hữu. Khi đó, nhánh rẽ được cung cấp từ nguồn sơ cấp hoặc nguồn dự phòng (nếu có nguồn dự phòng).

Bộ nguồn liên tục hoạt động theo cấu hình dự phòng thụ động

Nguyên lý hoạt động

  • Bộ nghịch lưu được nối song song với ngõ vào AC và ở trong trạng thái dự phòng (xem hình).  
    • Chế độ bình thường: Tải được nối với nguồn lưới qua một bộ lọc để hạn chế nhiễu và ổn định điện áp mức độ nào đó (theo tiêu chuẩn “các thiết bị phụ trợ… nhằm điều hoà công suất”). Bộ nghịch lưu làm việc trong chế độ dự phòng thụ động. 
    • Chế độ cấp điện dự phòng từ ắc quy: Khi nguồn vào AC thay đổi ngoài mức cho phép của bộ UPS hoặc khi mất nguồn lưới, bộ nghịch lưu và ắc quy được đóng vào nhằm đảm bảo liên tục cấp điện cho tải với thời gian chuyển nguồn rất ngắn (<10 ms). Bộ UPS tiếp tục làm việc với công suất cung cấp láy từ bộ ắc quy cho đến cuối thời gian lưu điện của ắc quy, hoặc nguồn lưới trở lại bình thường sẽ kích hoạt việc chuyển nguồn cáp cho tải trở lại ngõ vào AC (chế độ bình thường).

bộ UPS

Sử dụng

  • Cấu hình này thực tế là sự thoả hiệp giữa giá thành và việc bảo vệ tải tránh các nhiều nguồn đến một mức độ chấp nhận được nào đó. Biện pháp này chỉ sử dụng trong trường hợp công suất thấp (< 2 kVA).
  • Hệ thống này không có công tắc bản dẫn để đóng cắt nguồn, do đó cần một khoảng thời gian nhất định để có thể chuyển nguồn cáp cho tải từ nguồn lưới sang bộ nghịch lưu. Thời gian chuyển này có thể chấp nhận được với một số ứng dụng cá nhân, nhưng không thích hợp đòi với yêu cầu đáp ứng trong ứng dụng là hệ thống phức tạp và nhạy nhiễu (trung tâm máy tính lớn, tổng đài điện thoại,…).
  • Thêm vào đó, tần số không được ổn định và hệ thống không có nhánh nối vòng.
  • Lưu ý: Trong chế độ bình thường, công suất cung cấp cho tải không đi qua bộ nghịch lưu, điều này giải thích tại sao chế độ hoạt động này đôi khi còn gọi là chế độ “ngoại tuyến”. Thuật ngữ này đôi khi dẫn tới hiểu lầm, vì có thể được hiểu là “không cung cấp từ nguồn lưới”, trong khi tải thực tế được nối với nguồn lưới trong chế độ hoạt động bình thường. Đó là lý do tại sao tiêu chuẩn IEC 62040 đề nghị sử dụng thuật ngữ “dự phòng thụ động”.

Bộ UPS làm việc với cấu hình tương tác với lưới

Nguyên lý hoạt động

  • Trong cấu hình này bộ nghịch lưu nối song song với ngõ vào AC và ở chế độ dự phòng, nhưng cũng đồng thời nạp điện cho bộ ắc quy. Như vậy, bộ nghịch lưu tương tác với nguồn lưới (chuyển đổi AC/DC) (xem hình).  

bỘ UPS

    • Chế độ bình thường.
      • Tải được cung cấp với nguồn được ổn định bằng cách đấu song song ngõ vào AC với bộ nghịch lưu. Bộ nghịch lưu hoạt động để ổn định điện áp cung cấp cho tải và/hoặc nạp điện cho ắc quy. Tần số ngõ ra bộ nghịch lưu phụ thuộc tần số của ngõ vào AC
    • Chế độ cấp điện dự phòng từ ắc quy
      • Khi điện áp ngõ vào AC ở ngoài giới hạn cho phép của bộ lưu điện hoặc nguồn vào AC mất, bộ nghịch lưu và ắc quy dự phòng sẽ đóng vào để đảm bảo cấp nguồn liên tục cho tải. Việc chuyển nguồn không xảy ra gián đoạn nguồn cấp nhờ việc sử dụng contact bản dẫn cắt nguồn lưới ra khỏi tải để ngăn không cho công suất cung cấp từ bộ lưu điện không chảy ngược về phía nguồn lưới. Bộ UPS tiếp tục hoạt động cho đến khi hết thời gian lưu điện của ắc quy hoặc khi nguồn lưới trở lại bình thường, sẽ kích hoạt việc chuyển tải trở lại cung cấp từ nguồn lưới (chế độ bình thường). 
    • Chế độ nối vòng
      • Bộ UPS hoạt động trong cấu hình này có thể trang bị thêm nhánh nối vòng. Nếu một trong các chức năng của bộ UPS có sự cố, tải sẽ được chuyển sang cung cấp bằng ngõ vào AC nhảnh nối vòng (ngõ này cung cấp từ nguồn lưới hoặc nguồn dự phòng, tùy cấu hình lắp đặt). 
  • Sử dụng
    • Cấu hình này không hoàn toàn thích hợp để ổn định nguồn cấp cho các cho các tải nhạy nhiễu có công suất trung bình và lớn vì việc ổn định tần số là không thể thực hiện được. Vì vậy nó thường chỉ được dùng cho các tải có công suất nhỏ.

Bộ UPS với cấu hình biến đổi kép

Nguyên lý hoạt động

  • Bộ nghịch lưu giữa ngõ vào AC và tải. 
    • Chế độ bình thường Trong chế độ bình thường, dòng cung cấp cho tải đi qua bộ chính lưu và bộ nghịch lưu của bộ UPS, thực hiện biến đổi kép (AC-DC-AC), và tên gọi cấu hình cũng xuất phát từ đây.
    • Chế độ cấp điện dự phòng từ ắc quy Khi điện áp ngõ vào AC biến đổi ngoài phạm vi cho phép của bộ UPS, hoặc nguồn lưới có sự cố, bộ nghịch lưu sử dụng công suất cung cấp từ nguồn ắc quy để đảm bảo cấp điện liên tục cho tải. Bộ lưu điện tiếp tục làm việc cho đến khi hết thời gian lưu điện của ác quy, hoặc khi nguồn lưới trở lại bình thường, kích hoạt việc chuyển công suất cung cấp cho tải lúc này sang phía nguồn lưới (chế độ bình thường).
    • Chế độ rẽ nhánh Bộ UPS hoạt động trong cấu hình này thường có trang bị công tác bán dẫ nối vòng (xem hình).

bộ lưu điện

  • Tải có thể được chuyển sang cung cấp bằng nguồn nhánh rẽ (cung cấp từ nguồn lưới hoặc nguồn dự phòng, tùy theo cách lắp đặt) trong những trường hợp sau đây
    • Bộ UPS hư hỏng 
    • Dòng tải tăng vọt (dòng khởi động thiết bị hoặc dòng sự cố) 
    • Tải đạt công suất đình
  • Tuy nhiên, sự hiện diện của nhánh rẽ có nghĩa là tần số ngõ vào và ngó nhánh rẽ là như nhau, và nếu mức điện áp ngõ vào và ngõ rà nhánh rẽ là lý cần lắp thêm biến áp trên nhánh rẽ.
  • Với một số loại tải, tần số của bộ lưu điện phải đồng bộ với tần số nguồn ở ngõ vào nhánh rẽ để đảm bảo việc cấp điện liên tục cho tải. Hơn nữa, khi bộ lưu g” hoạt động trong chế độ rẽ nhánh, nhiều phía nguồn AC ngõ vào có thể ảnh hưởng trực tiếp lên tải vì bộ nghịch lưu lúc này không hoạt động.
  • Lưu ý: Một nhánh rẽ khác, thường gọi là nhánh rẽ để dưỡng hệ thống. Nhánh này thường được đóng cắt bằng tay
  • Sử dụng
    • Trong cấu hình này, thời gian cần thiết để chuyển mạch tải sang phía bộ nghịch lưu là không đáng kể do cấu hình sử dụng các khoá bán dẫn.
    • Ngoài ra, điện áp và tần số ngõ ra không phụ thuộc vào điều kiện của điện áp ngõ vào, nghĩa là bộ UPS khi thiết kế cho mục đích này có thể hoạt động với tần số bộ biến đổi. 
  • Trong thực tế, đây là cấu hình chính được sử dụng cho công suốt trung bình và cao (từ 10kVA trở lên).
  • Lưu ý: cấu hình bộ lưu điện kiểu này thường được gọi là cấu hình “trực tuyến”, có nghĩa là tải liên tục được cung cấp từ bố nghịch lưu, bất kể điều kiện của nguồn AC ngõ vào. Thuật ngữ này có thể gây ra hiểu lầm là tải được cung cấp trực tiếp từ lưới” trong khi thực chất tải được cung cấp công suất từ hệ thống chỉnh lưu/ nghịch lưu của bộ UPS. Đó là lý do tiêu chuẩn IEC 62040 đề nghị thuật ngữ “biến đổi kép”.

Ắc quy

Lựa chọn loại ắc quy

  • Một bộ ắc quy bao gồm sự liên kết của nhiều ngăn nhỏ, thuộc loại thông hơi hoặc loại tái hợp.
  • Có hai họ ắc quy chính:
    • Ắc quy Nickel-cadmium 
    • Ắc quy chì – acid
    • Ngăn ắc quy loại thông hơi (ắc quy chì-antimon): Có lỗ để 
      • Thoát ra ngoài không khí xung quanh lượng oxygen và hydrogen tạo ra trong các phản ứng hoá học trong ngăn ắc quy 
      • Bổ sung nước cất hoặc nước khử khoáng vào dung dịch điện phân trong ắc quy 
    • Ngăn ắc quy loại tái hợp (ắc quy chì, ắc quy chì tinh khiết, ắc quy chì-thiếc):
      • Các khi sinh ra trong quá trình điện hoá sẽ tái hợp với mức độ ít nhất là 95% và vì vậy, ắc quy loại này không cần chăm thêm nước trong suốt thời gian làm việc
      • Ắc quy loại tái hợp cũng thường được gọi là “ắc quy loại kín”.
      • Các loại ắc quy chính thường sử dụng với bộ lưu điện là: 
        • Ắc quy chì-acid loại kín, chiếm khoảng 95% lắp đặt do dễ bảo trì và không cần chỗ đặc biệt để lắp đặt. 
        • Ắc quy chi-acid loại thông hơi 
        • Ác quy nickel-cadmium loại thông hơi
      • Cả ba loại ắc quy kể trên đều có thể sử dụng, tùy theo các chỉ tiêu về kinh tế, yêu cầu lắp đặt và tuổi thọ sử dụng. 
  • Dung lượng và thời gian lưu điện có thể thay đổi để thích hợp với nhu cầu của người sử dụng.
  • Các loại ắc quy do các nhà chế tạo ắc quy hàng đầu thực hiện cho các ứng dụng bộ lưu điện cũng rất thích hợp để sử dụng.

Lựa chọn thời gian lưu điện

  • Sự lựa chọn này phụ thuộc vào:
    • Khoảng thời gian trung bình xảy ra sự cố mất nguồn
    • Khoảng thời gian cần thiết để đưa nguồn dự phòng vào lưới (hệ thống động cơ nổ máy phát,…)
    • Loại ứng dụng
  • Thời gian lưu điện thường được đề nghị là:
    • Theo tiêu chuẩn 10, 15 hoặc 30 phút
    • Theo yêu cầu của người sử dụng
  • Các quy tắc sau thường được áp dụng:
    • Cho ứng dụng máy tính: Thời gian lưu điện cần đủ để thực hiện lưu giữ các tập tin và tắt hệ thống máy tính theo đúng quy trình. Một cách tổng quát, bộ phận quản lý máy tính sẽ xác định thời gian lưu điện cần thiết tùy thuộc vào các yêu cầu đặc biệt của họ.
    • Cho các quá trình công nghiệp: Việc tính toán thời gian lưu điện cần thiết cần tính vào cả chi phí kinh tế do việc dừng quá trình sản xuất và thời gian cần thiết để khởi động lại quá trình.

Bảng tính chọn

  • Hình dưới tổng kết một số đặc tính chính của các loại ác quy

so sánh

  • Ắc quy loại kín dường như ngày càng được thị trường ưa chuộng vì các lý do sau:
    • Không cần bảo dưỡng
    • Dễ lắp đặt
    • Có thể lắp đặt tại bất kỳ chỗ nào (phòng máy tính, phòng kỹ thuật, là những nơi không dành riêng để lắp ác quy)
  • Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ắc quy loại thông hơi thích hợp hơn, đặc biệt là cho các ứng dụng yêu cầu:
    • Tuổi thọ cao
    • Thời gian lưu điện dài
    • Công suất cao
  • Ắc quy loại thông hơi đòi hỏi phải lắp trong phòng đặc biệt, với quy trình chính xác và yêu cầu bảo trì thích đáng.

Phương pháp lắp đặt

  • Phụ thuộc vào dải công suất của bộ UPS, dung lượng và thời gian lưu điện, bộ ắc quy có các cấu hình: 
    • Loại kín và lắp trong cùng vẻ với bộ UPS 
    • Loại kín và lắp trong một đến ba tủ riêng 
    • Loại thông hơi hoặc loại kín và lắp trên giá đỡ. Trong trường hợp này phương pháp lắp đặt có thể là: 
      • Lắp trên kệ (xem hình dưới): Phương pháp lắp đặt này có thể dùng cho ắc quy loại kín hoặc loại thông hơi và không cần bảo trì, nghĩa là loại ắc quy không cần chân dung dịch điện hoá vào ắc quy.

lắp trên kệ

      • Lắp trên bệ dạng bậc thang (xem hình dưới): Phương pháp lắp đặt này thích hợp cho mọi loại ắc quy, và đặc biệt là cho loại ắc quy thông hơi, vì dễ kiểm tra và chân dung dịch. 

lắp trên bệ

      • Lắp trong tủ (xem hình dưới): Phương pháp lắp đặt này thích hợp với ắc quy loại kín, vì dễ lắp đặt và có độ an toàn tối đa.

lắp trong tủ

Hệ thống nối đất với các lắp đặt có sử dụng UPS

  • Việc áp dụng các hệ thống bảo vệ, theo quy định của các tiêu chuẩn, trong việc lắp đặt UPS đòi hỏi một số lưu ý do các lý do sau: 
    • Bộ UPS đóng hai vai trò: 
      • Là tải của hệ thống điện phía trên 
      • Là nguồn cung cấp cho hệ thống phía dưới 
    • Khi không có ắc quy lắp trong tủ điện, sự hư hỏng cách điện trong hệ thống điện DC có thể dẫn đến việc xuất hiện dòng rò một chiều.
  • Dòng rò này có thể gây nhiễu lên hoạt động của các thiết bị bảo vệ, nhất là các RCD sử dụng để bảo vệ chạm điện cho người.

Bảo vệ chống chạm điện trực tiếp (xem hình)

so sánh

  • Tất cả các cách lắp đặt thoả các tiêu chuẩn quy định đều sử dụng được vì các thiết bị UPS được lắp trong tủ điện đạt độ kín cấp IP20. Điều này cũng đúng với xe quy trong trường hợp ắc quy được lắp trong tủ điện.
  • Khi ắc quy không lắp trong tủ điện, nghĩa là được đặt ở một chỗ nào đó các biên. pháp bảo vệ đề cập trong phần cuối của chương này cần được áp dụng.
  • Lưu ý: hệ thống TN (với các kiểu áp dụng là TN-C hoặc TN-S) là hệ thống thường được đề nghị sử dụng với hệ thống cấp nguồn cho máy tính.

Những điểm quan trọng cần kiểm tra với bộ nguồn UPS

  • Hình dưới chỉ ra các điểm cần nối với nhau cũng như các thiết bị cần thiết phải được lắp đặt để đảm bảo việc lắp đặt tương thích với các tiêu chuẩn an toàn.

những điểm quan trọng

Lựa chọn các sơ đồ bảo vệ

  • Các CB đóng vai trò quan trọng trong việc lắp đặt, tuy nhiên tầm quan trọng của chúng thường chỉ thể hiện khi có sự cố, mà điều này (sự cố) lại ít khi xảy ra. Hiệu quả của việc lựa chọn tốt nhất cỡ công suất của bộ UPS và cấu hình hệ thống có thể bị giảm đi đáng kể chỉ bởi việc chọn sai một câu dao tự động trong hệ thống.

Lựa chọn cầu dao tự động

  • Hình sau cho thấy cách chọn cầu dao tự động

các CB được kiểm tra

Dòng định mức

  • Dòng định mức của cầu dao tự động được chọn cần lớn hơn so với dòng định mức của cấp điện cần bảo vệ ở mạch phía dưới cầu dao.

Khả năng cắt ngắn mạch

  • Khả năng cắt ngắn mạch của cầu dao tự động cần lớn hơn dòng ngắn mạch có thể xảy ra tại vị trí lắp đặt.

Ngưỡng dòng Ir và Im

  • Bảng dưới đây chỉ ra cách xác định ngưỡng dòng Ir (dòng quá tải; bảo vệ nhiệt hoặc tác động với thời gian dài) và Im (dòng ngắn mạch; bảo vệ từ hoặc tác động tức thời) để đảm bảo bảo vệ có chọn lọc, phụ thuộc vào bộ tác động (trip unit) lắp ở mạch phía trên hoặc phía dưới.

Nhận xét (xem hình)

  • Việc đặt thời gian cắt chọn lọc cho bộ tác động phải được thực hiện bởi người Có đủ trình độ và thời gian trễ trước khi cắt sẻ gây nên ứng suất nhiệt (12t) cho mạch phía dưới (cấp điện, linh kiện bán dẫn,…). cần thận trọng nếu tác động cắt của CB2 được làm trễ bằng cách sử dụng ngưỡng cắt trễ Im 
  • Sự chọn lọc cắt theo năng lượng không phụ thuộc vào bộ tác động mà chỉ phụ thuộc

ngưỡng dòng

Trường hợp đặc biệt khi ngắn mạch máy phát

  • Hình sau cho thấy đáp ứng của máy phát khi xảy ra ngắn mạch

đáp ứng của máy phát

  • Để tránh việc đáp ứng máy phát khác nhau tùy theo kiểu kích từ ảnh hưởng lên việc cắt bảo vệ, ta đặt tác động cắt của cầu dao tương ứng với đỉnh đầu tiên của dòng ngắn mạch (từ 3 đến 5 In tương ứng với X”d) bằng cách đặt giá trị dong cắt từ tức thời (không có trễ) Im thích hợp.

Lắp đặt, kết nối và chọn kích cỡ cấp điện

Bộ nguồn UPS tích hợp sẵn

  • Các bộ UPS công suất nhỏ, ví dụ loại sử dụng cho các hệ thống máy vi tính, là thiết bị nhỏ gọn và tích hợp sẵn. Đấu dây bên trong bộ lưu điện được thực hiện bởi nhà sản xuất và phù hợp với các linh kiện của bộ UPS.

Bộ nguồn UPS không tích hợp sẵn

  • Với các loại bộ UPS khác, dây nối tới nguồn lưới tới ắc quy và tới tải không số sẵn. Việc lựa chọn cáp và kết nối tùy thuộc vào độ lớn của dòng điện như chi ra trong hình.

dòng điện cần tính

Tính toán dòng 11, lu I

  • Dòng vào là từ nguồn lựởi bằng với dòng tải 
    • Dòng vào 11 của bộ nạp điện/chỉnh lưu phụ thuộc vào: 
      • Dung lượng của bộ ắc quy (C10) và chế độ nạp (lb) 
      • Đặc tính của bộ nạp điện 
      • Hiệu suất của bộ nghịch lưu  
    • Dòng lb là dòng trên dây nối của bộ ắc quy 
  • Giá trị các dòng điện này cho bởi nhà sản xuất. 

Độ tăng nhiệt và sụt áp trên cáp

  • Tiết diện dây dẫn phụ thuộc vào: 
    • Độ tăng nhiệt cho phép 
    • Sụt áp cho phép 
  • Với một tải cho trước, ứng với mỗi thông số nói trên sẽ chọn được tiết diện cáp cho phép nhỏ nhất. Giá trị lớn nhất của hai tiết diện này là giá trị được chọn. Khi đi dây, cần lưu ý đến việc đảm bảo khoảng cách cần thiết giữa mạch điều khiển và mạch động lực nhằm tránh nhiễu gây ra bởi dòng điện có tần số cao.

Độ tăng nhiệt

  • Độ tăng nhiệt cho phép giới hạn bởi khả năng chịu đựng của cách điện của cách điện của cáp. Sự tăng nhiệt của các phụ thuộc vào: 
    • Loại vật liệu của lõi cáp (đồng hoặc nhôm) 
    • Phương pháp lắp đặt (đi dây). 
    • Số lượng các cáp đặt gần nhau 
  • Có các tiêu chuẩn quy định giá trị dòng cho phép lớn nhất với mỗi loại cáp.

Sụt áp

  • Sụt áp cho phép lớn nhất là:
    • 3% với mạch xoay chiều (50 hoặc 60Hz)
    • 1% với mạch 1 chiều

Bảng tính chọn

  • Hình sau trình bày độ sụt áp tính bằng % cho trên cáp với độ dài 100m. Để tính độ sụt áp trên cáp với chiều dài L, nhân giá trị cho trong bảng với L/100
    • Sph: Tiết diện dây dẫn (lỗi cáp)
    • In: Dòng định mức của thiết bị bảo vệ trên mạch cáp

sự sụt áp

  • Mạch 3 pha: Nếu sụt áp lớn hơn 3% (50-60Hz), chọn tăng tiết diện của dây dẫn.
  • Mạch DC: Nếu sụt áp lớn hơn 1%, chọn tăng tiết diện dây dẫn

Trường hợp đặc biệt cho dây trung tính

  • Trong hệ thống 3 pha, dòng hài bậc 3 (và bội của chúng) trên dây trung tính là tổng các hài này trên từng pha.
  • Vì lý do này, áp dụng quy tắc sau đây khi chọn dây trung tính: tiết diện dây trung tính = 1,5 X tiết diện dây pha.
  • Ví dụ: Xét dây cáp 3 pha 400V, dài 70m, lõi đồng với dòng định mức 600A. Tiêu chuẩn IEC 60364 xác định, tùy thuộc vào cách lắp đặt cáp và tải, tiết diện tối thiểu cần chọn cho cáp. Giả thiết cáp được chọn có tiết diện tối thiểu là 95 mm2.
    • Trước tiên, cần kiểm tra sụt áp trên cáp không vượt quá 3%.
    • Theo bảng tính cho mạch cáp 3 pha ở trên cáp, với dòng 600A chạy qua cáp đồng tiết diện 300 mm2, sụt áp là 3% trên 100 m chiều dài cáp, nghĩa là với cáp dài 70 mét, độ sụt áp là: 3 x 70/100 = 2,1%
    • Như vậy sụt áp nhỏ hơn 3%
    • Tính toán tương tự cũng áp dụng cho mạch cáp tải dòng DC 1000 A. Với chiều dài 100 mét cáp 240 mm2, độ sụt áp là 5,3%, nghĩa là với đoạn cáp dài 10m, độ sụt áp sẽ là: 5.3 x 10/100 = 0.53 %
    • Như vậy sụt áp nhỏ hơn 3%

Bộ nguồn UPS và hệ thống

  • Bộ UPS có thể giao tiếp với mạng điện và máy tính trong hệ thống. Bộ UP nhận một số dữ liệu và cung cấp thông tin về hoạt động của chúng nhằm mục đích. 
    • Tối ưu hoả việc bảo vệ: Ví dụ, bộ UPS cung cấp cho hệ thống máy tính các thông tin quan trọng về trạng thải hoạt động của nó (dòng tải qua bộ nghịch lưu, dòng tải qua công tác bán dẫn nhánh rẽ, dòng tải của bộ ắc quy, báo động ắc quy yếu) 
    • Để điều khiển từ xa: Bộ UPS cung cấp các thông số đo và trạng thái hoạt động của nó, và cho phép người vận hành có thể tiến hành những can thiệp đặc biệt 
    • Để kiểm soát hệ thống được lắp đặt
      • Người vận hành có một hệ thống quản lý năng lượng cho phép nhận và lưu giữ các thông tin từ các bộ UPS, để có thể báo động, nhận dạng sự cố và tiến hành các biện pháp can thiệp
      • Sự phát triển theo hướng tương thích giữa hệ thống máy tính và bộ UPS đưa đến việc các chức năng mới được tích hợp trong bộ UPS

Những thiết bị phụ trợ khác

Biến áp

  • Một biến áp 2 cuộn dây đặt ở phía trước của contactor bán dẫn trong mạch 2 cho phép:
    • Thay đổi cấp điện áp khi điện áp lưới khác với điện áp của tải 
    • Thay đổi kiểu hệ thống nối đất giữa hai mạng điện 
  • Hơn nữa, một biến áp như vậy sẽ giúp: 
    • Giảm dòng ngắn mạch phía thứ cấp, nghĩa là phía tải, so với dòng ngắn mạch phía nguồn lưới 
    • Ngăn dòng hài bậc ba và bội của bậc ba phía tải đi vào nguồn lưới, với điều kiện phía sơ cấp biến áp đấu tam giác.

Bộ lọc sóng hài

  • Hệ thống UPS thường bao gồm bộ nạp điện cho ắc quy điều khiển bởi thyristor hoặc transistor. Kết quả là dòng điện ngõ vào bộ UPS sẽ thường xuyên được đóng cắt, làm phát sinh các thành phần sóng hài trong lưới cung cấp.
  • Các sóng hài này thường được lọc bằng bộ lọc tại ngõ vào của bộ chỉnh lưu, và trong hầu hết các trường hợp, bộ lọc này giúp giảm các sóng hài đến mức độ có thể chấp nhận được trong thực tế.
  • Tuy nhiên, trong một số các trường hợp, đặc biệt là khi công suất lắp đặt rất lớn, một bộ lọc nữa có thể được sử dụng nếu cần thiết. Ví dụ, trong trường hợp: 
    • Công suất định mức của bộ UPS đủ lớn so với công suất của biến áp trung áp/ hạ áp cung cấp cho bộ UPS. 
    • Tải được cung cấp phía thanh cái hạ áp đặc biệt nhạy với sóng hài
    • Máy phát diesel (hoặc turbine khi,…) cung cấp nguồn dự phòng 
  • Trong những trường hợp như vậy, cần tư vấn từ phía nhà chế tạo UPS

Các thiết bị giao tiếp

  • Giao tiếp với các thiết bị kết nối với máy tính có thể đòi hỏi những tiện ích thích hợp có trang bị trong hệ thống UPS. Những tiện ích như vậy có thể tích hợp sẵn trong thiết kế nguyên thủy (xem Hình a), hoặc thêm vào hệ thống hiện hữu theo yêu cầu (xem hình Hình b).

hình a

hình b

Trích: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC – Bản chính sửa 2019

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !