Trong các hệ thống yêu cầu cao về tính ổn định và liên tục của nguồn điện như trung tâm dữ liệu, bệnh viện, trường học… tủ ATS là hệ tủ không thể thiếu để cung cấp giải pháp dự phòng cho trường hợp lưới điện gặp sự cố. Chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chức năng của tủ ATS, bạn có thể tìm hiểu trong bài viết sau của chúng tôi.
Tủ ATS là gì?
Tủ ATS (Automatic Transfer Switches Cabinet) là tủ điện chuyển đổi nguồn tự động, đảm nhận nhiệm vụ tự động chuyển đổi giữa nguồn chính (điện lưới) và nguồn phụ (máy phát điện) trong trường hợp nguồn chính gặp sự cố như mất điện, sụt áp, chập chờn... Mục tiêu của hệ tủ ATS là đảm bảo các thiết bị, máy móc quan trọng trong sản xuất, kinh doanh luôn duy trì được hoạt động bình thường ngay cả khi nguồn điện chính bị gián đoạn.
Chức năng chính của tủ ATS được thể hiện ở các khía cạnh như sau:
- Tự động chuyển đổi từ nguồn điện chính sang nguồn dự phòng khi xảy ra mất điện trên lưới.
- Tự động chuyển đổi lại nguồn chính và tắt nguồn dự phòng khi lưới điện được khôi phục.
- Bảo vệ phụ tải khi nguồn điện mất pha, sụt áp, quá áp,…
Tủ điện ATS thường hỗ trợ 2 cơ chế vận hành là tự động hoặc thủ công. Vì vậy trên mặt tủ được trang bị các nút nhấn, màn hình LCD và hệ thống đèn chỉ thị để phục vụ công tác điều chỉnh, theo dõi chế độ hoạt động, thời gian chuyển mạch của tủ.
Trung bình, thời gian chuyển sang nguồn dự phòng của tủ ATS dao động trong khoảng 5 - 10s. Trường hợp lưới điện khôi phục, tủ điện ATS sẽ cần thời gian dài hơn (khoảng 10 - 30s) để xác định sự ổn định của nguồn lưới và quyết định chuyển phụ tải sang lưới. Máy phát điện sẽ tự động ngắt sau khi chạy làm mát trong khoảng 1-2 phút.
Thông số kỹ thuật và cấu tạo tủ ATS
Các thông số kỹ thuật đặc trưng của tủ ATS gồm:
- Tiêu chuẩn chất lượng: IEC 61439-1&2, IEC/EN 60439-1
- Vật liệu vỏ tủ: Thép tấm mạ kẽm sơn tĩnh điện, Tole dày 1.5 - 2mm
- Kích thước: Cao 1000 ~ 2200mm, Rộng 600 ~ 1000mm, Sâu 250 ~ 1200mm
- Truyền thông: USB/RS485/Ethernet tùy chọn
- Chế độ vận hành: Auto/Manual
- Điện áp định mức: Lên tới 1000VAC
- Dòng điện định mức: Lên đến 6300A
- Cấp bảo vệ: IP5x – IP65
- Độ tăng nhiệt tối đa: 50ºC
Tủ chuyển nguồn ATS có cấu trúc hình khối hộp, phần vỏ ngoài làm từ thép tấm mạ kẽm sơn tĩnh điện. Tùy vào nhu cầu và công suất sử dụng, kích thước của tủ ATS dao động trong khoảng: 1000 ~ 2200mm chiều cao, 600 ~1000mm chiều rộng và 250 ~ 1200mm chiều sâu.
Bên trong tủ chứa các thiết bị vận hành sau:
- ATS: Bộ chuyển nguồn tự động - thiết bị quan trọng nhất trong tủ ATS, cho phép tủ tự động chuyển đổi linh hoạt giữa 2 nguồn điện chính và phụ.
- Bộ điều khiển ATS: Đảm nhận nhiệm vụ điều khiển, giám sát ATS và thực hiện các thao tác tự động chuyển đổi nguồn điện theo thời gian cài đặt.
- Hệ thanh cái đồng phân phối điện: Phân phối nguồn từ lưới hoặc máy phát điện đến các phụ tải.
- Thiết bị đóng cắt: Như ACB, MCCB, MCB, có tác dụng đóng ngắt và bảo vệ mạch điện trước các sự cố điện.
- Thiết bị phụ trợ: Gồm nút nhấn, màn hình LCD, đèn chỉ báo, cho phép người sử dụng theo dõi tình trạng hoạt động của tủ và hỗ trợ vận hành linh hoạt các chế độ.
Nguyên lý hoạt động của tủ ATS
Tủ chuyển nguồn tự động ATS thường được lắp đặt cùng máy phát công nghiệp, tạo thành 2 nguồn điện độc lập để luôn sẵn sàng cho tình huống cần chuyển đổi nguồn điện. Loại tủ này hoạt động trên nguyên lý luôn ưu tiên nguồn điện chính (thường là nguồn lưới), tức là chỉ khi nguồn chính gặp sự cố, tủ ATS mới chuyển đổi sang nguồn dự phòng (thường là máy phát).
Ngoài ra, các nguồn điện kết nối với tủ ATS luôn luôn hoạt động độc lập. Cho dù được kết nối với 2 hoặc nhiều nguồn, tủ điện ATS đảm bảo chỉ có 1 nguồn điện duy nhất tới phụ tải tại một thời điểm nhất định.
Quy trình hoạt động tuần tự và tự động của tủ ATS diễn ra theo các bước sau :
- Mất điện lưới: Tủ ATS chịu trách nhiệm giám sát nguồn điện chính. Ngay khi phát hiện nguồn chính bị mất hoặc gặp các lỗi như mất pha, sụt áp, quá áp, mất dây trung tính… bộ điều khiển ATS sẽ bắt đầu thực hiện chuyển đổi.
- Khởi động máy phát: Sau độ trễ nhất định (để chắc chắn sự cố điện là thật), bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu để khởi động máy phát điện.
- Đóng nguồn máy phát vào phụ tải: Khi nguồn máy phát ổn định về điện áp, tần số, bộ điều khiển sẽ đưa lệnh ngừng cấp nguồn điện chính vào phụ tải, thay thế bằng nguồn máy phát.
- Điện lưới được cấp trở lại: Khi nguồn điện lưới được khôi phục, bộ điều khiển ATS cần từ 10 - 30s để chắc chắn nguồn chính đã ổn định trước khi cắt nguồn dự phòng.
- Chuyển tải về nguồn chính: Bộ điều khiển ATS lúc này chuyển lệnh ngắt nguồn máy phát và đóng lại nguồn lưới vào tải.
- Tắt máy phát: Máy phát điện sẽ tiếp tục chạy không tải từ 1 - 2 phút ở chế độ làm mát rồi mới hoàn toàn tắt.
Một số tủ ATS hiện nay còn được tích hợp thêm tính năng hòa động bộ, cho phép kết nối và vận hành nhiều máy phát cùng lúc, đảm bảo các phụ tải luôn có đủ công suất hoạt động trong mọi trường hợp.
Ưu, nhược điểm khi sử dụng tủ ATS
Bằng cách chuyển đổi nhanh chóng và linh hoạt giữa 2 nguồn điện, tủ ATS đem lại nhiều lợi ích cho hệ thống như:
- Tính tự động hóa cao: Tủ ATS cho phép tự động chuyển đổi nguồn điện mà không cần sự can thiệp của con người, đảm bảo nguồn điện được duy trì liên tục và ổn định.
- Độ an toàn cao: Tủ điện ATS có khả năng bảo vệ các thiết bị điện trước hiện tượng mất nguồn đột ngột hoặc sụt áp, quá áp, mất pha…
- Tiết kiệm thời gian: Quá trình chuyển đổi nguồn điện diễn ra trong khoảng từ 5 - 30s, giúp giảm thiểu tối đa thời gian gián đoạn do mất điện cho các hoạt động sinh hoạt, sản xuất.
- Độ tin cậy cao: Bộ điều khiển ATS cho khả năng vận hành chính xác, giảm thiểu rủi ro do thao tác thủ công.
- Tối ưu chi phí: Tủ ATS có tính tự động cao nên giảm được chi phí nhân sự vận hành và hạn chế thiệt hại về kinh tế do mất điện, nhất là trong các nhà xưởng, xí nghiệp.
Tuy nhiên, hệ tủ này có chi phí đầu tư cao và tốn nhiều diện tích lắp đặt nên chỉ phù hợp với hệ thống điện quy mô lớn, yêu cầu tính liên tục, ổn định của nguồn điện như bệnh viện, trung tâm dữ liệu, sân bay, dây chuyền sản xuất…
Ngoài ra, tủ ATS không có tính khả dụng trong các hệ thống phức tạp như 2 nguồn lưới 1 nguồn dự phòng hoặc yêu cầu dòng cắt ngắn mạch lớn. Hơn nữa, loại tủ này đòi hỏi nguồn máy phát phải luôn ở trạng thái sẵn sàng.
Cách phân loại tủ ATS
Ngoài cách phân loại theo mức dòng điện như 100A, 250A, 400A, 630A… tủ ATS còn được phân loại theo các tiêu chí: số nguồn kết nối, thiết bị đóng cắt, cách thức kết nối với máy phát.
Theo số lượng nguồn kết nối
Đây là cách phân loại thông dụng nhất của tủ ATS.
- Tủ ATS 1 nguồn lưới + 1 nguồn phụ: Cấu hình phổ biến nhất của tủ ATS với nguồn chính là điện lưới, nguồn dự phòng thường là máy phát điện. Hệ thống này còn được gọi là hệ thống điện khẩn cấp, được ứng dụng rộng rãi trong các tòa nhà, văn phòng, chung cư,...
- Tủ ATS 2 nguồn lưới + 1 nguồn phụ: Thường lắp đặt trong các nhà máy quy mô lớn, ưu tiên sử dụng luân phiên 2 nguồn điện lưới riêng biệt do đặc thù dây chuyền sản xuất cần hoạt động liên tục. Nguồn điện dự phòng chủ yếu dùng cho khối văn phòng, phòng điều khiển hoặc một số thiết bị phụ trợ.
- Tủ ATS 1 nguồn lưới + 2 nguồn phụ: Mô hình này có 2 nguồn dự phòng, được sử dụng trong trường hợp máy phát điện đầu tiên đang được bảo trì hoặc cả nguồn lưới và nguồn phụ 1 đều gặp sự cố. Thường, máy phát điện đầu tiên sẽ được lắp đặt cố định cùng với tủ ATS, máy phát điện thứ 2 là dạng di động, có thể linh hoạt di chuyển.
- ATS 1 nguồn năng lượng tái tạo (mặt trời, gió) + 1 nguồn phụ: Thay vì sử dụng điện lưới, mô hình này kết nối điện mặt trời, điện gió làm nguồn chính, nguyên tắc vận hành tương tự tủ ATS thông thường.
- ATS 1 nguồn điện lưới + 1 bộ lưu điện UPS: UPS trong mô hình này hoạt động như một bộ lưu trữ điện năng, cung cấp điện dự phòng khi nguồn chính bị mất, thường dùng cho hệ thống máy tính, server, mạng, thiết bị y tế.
Theo thiết bị chuyển mạch
Tủ ATS sử dụng 3 thiết bị chuyển mạch chủ yếu là contactor, MCCB và ACB. Sự khác nhau giữa 3 phương thức chuyển mạch này có trong bảng so sánh dưới đây:
| Tiêu chí | Tủ ATS dùng contactor | Tủ ATS dùng MCCB | Tủ ATS dùng ACB |
| Ưu điểm | Chi phí đầu tư hợp lý, kích thước tủ nhỏ gọn, thời gian chuyển mạch nhanh chóng | Dòng cắt ngắn mạch cao hơn loại contactor, độ tin cậy cao hơn | Dòng cắt ngắn mạch lớn, độ bền cơ khí và điện cao, tích hợp các chức năng bảo vệ thông minh |
| Nhược điểm | Dòng cắt ngắn mạch thấp, độ bền cơ khí hạn chế, dễ cháy cuộn coil khi bị ngậm điện liên tục | Thời gian chuyển mạch khá chậm, giá thành ở mức cao | Giá thành rất cao, kích thước lớn, yêu cầu không gian lắp đặt rộng |
| Ứng dụng | Nhà ở, văn phòng | Nhà máy, chung cư, tòa nhà cao tầng | Khu công nghiệp, nhà máy quy mô lớn, bệnh viện, trung tâm dữ liệu, sân bay |
Theo cách kết nối với máy phát điện
- Kết nối qua cổng truyền thông: Tủ ATS kết nối với máy phát điện qua giao diện truyền thông đặc biệt, thường sử dụng trong mạng điều khiển nội bộ của nhà máy nên bị hạn chế về ứng dụng và tính phổ biến.
- Kết nối qua tín hiệu điều khiển bên ngoài: Đây là phương thức kết nối tủ ATS - máy phát điện phổ biến nhất, cho khả năng điều khiển và giám sát tại bảng điều khiển chức năng của máy phát. Phương thức này cũng hỗ trợ chế độ vận hành từ xa.
- Kết nối trực tiếp điện lưới vào bảng điều khiển của máy phát: Chỉ áp dụng khi bảng điều khiển hỗ trợ chức năng ATS control. Bảng điều khiển của máy phát sẽ được cấp nguồn từ tủ ATS. Trường hợp tủ ATS và máy phát đặt xa nhau hoặc MCCB quá lớn, dòng cấp nguồn nên đi qua relay trung gian thay vì tiếp điểm của bảng điều khiển.
Ứng dụng của tủ ATS
Chức năng chính của tủ ATS là đảm bảo nguồn cấp liên tục và ổn định cho phụ tải bằng cách linh hoạt chuyển đổi giữa 2 nguồn điện chính và phụ. Do đó, hệ tủ này được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống yêu cầu nguồn điện không bị gián đoạn, gồm:
- Khu công nghiệp, nhà xưởng: Duy trì nguồn cấp liên tục cho các dây chuyền sản xuất, thiết bị, máy móc quan trọng, hạn chế thiệt hại về kinh tế do mất điện.
- Trung tâm thương mại, bệnh viện, trung tâm dữ liệu, trường học: Cấp điện cho các hệ thống quan trọng như chiếu sáng, HVAC, thang máy, thiết bị y tế, hệ thống điện khẩn cấp để đảm bảo an toàn trong trường hợp có sự cố về điện.
- Sân bay, bến cảng: Đảm bảo duy trì hoạt động cho các hệ thống tín hiệu giao thông, an ninh, cửa ra vào.
- Hệ thống dự phòng: Tủ ATS cũng được sử dụng trong các trạm biến áp, phòng máy chủ hoặc các cơ sở quan trọng khác, đảm bảo các dữ liệu quan trọng không bị gián đoạn trong tình huống nhạy cảm.
Cách chọn tủ ATS đúng kỹ thuật
Khi có nhu cầu lắp đặt tủ ATS cho hệ thống, bạn cần cân nhắc một số tiêu chí quan trọng dưới đây để chắc chắn, tủ ATS đáp ứng được yêu cầu và mục đích sử dụng.
- Công suất trạm biến áp: Công suất trạm biến áp quyết định đến khả năng xử lý công suất tương ứng của tủ ATS.
- Vị trí lắp đặt: Môi trường hoạt động lý tưởng của tủ chuyển nguồn tự động là nơi khô thoáng, tránh xa nguồn nhiệt, các hóa chất dễ cháy nổ.
- Khả năng kết nối với hệ thống kiểm soát: Tủ điện ATS cần được kết nối với hệ thống kiểm soát tự động để hỗ trợ cơ chế đóng cắt theo yêu cầu hoặc báo cáo thông tin theo lịch trình, cũng như hạn chế các sự cố vận hành như lỗi hiển thị, sự cố cháy nổ.
- Cài đặt chế độ ưu tiên cho máy phát điện: Công suất máy phát điện dùng cho tủ ATS cần đáp ứng được công suất của các thiết bị quan trọng. Trường hợp tủ ATS được tích hợp với nhiều máy phát điện, cần xác định rõ khu vực nào được ưu tiên cấp điện trước và máy phát nào sẽ khởi động trước.
- Lựa chọn thiết bị trong tủ: Thông số, kích thước tủ nên được chọn theo nhu cầu vận hành, tránh sử dụng quá nhiều thiết bị trong tủ có thể gây lãng phí.
Câu hỏi thường gặp về tủ ATS
Câu hỏi 1: Thiết bị nào quan trọng nhất trong tủ ATS?
Trả lời: ATS - bộ chuyển nguồn tự động là thiết bị quan trọng nhất của tủ ATS, đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi linh hoạt giữa 2 nguồn điện là nguồn lưới và nguồn máy phát.
Câu hỏi 2: Tủ ATS khác với công tắc chuyển mạch như thế nào?
Trả lời: Tủ ATS có khả năng vận hành tự động hoàn toàn, không cần sự can thiệp từ con người trong quá trình chuyển đổi 2 nguồn điện. Trong khi đó, công tắc chuyển mạch yêu cầu người vận hành phải thực hiện thủ công việc đóng/ngắt nguồn, thời gian gián đoạn của nguồn điện có thể kéo dài lâu hơn.
Câu hỏi 3: Tại sao tủ ATS cần có khóa liên động?
Trả lời: Khóa liên động có nhiệm vụ ngăn 2 nguồn (lưới và máy phát) đóng vào tải cùng lúc, có thể gây nguy hiểm cho thiết bị và người vận hành.
Trên đây là những thông tin quan trọng về tủ ATS - hệ tủ quan trọng đối với các công trình yêu cầu cao về tính liên tục, ổn định của nguồn cấp cho phụ tải. Kiến thức về các loại tủ điện khác, bạn có thể tìm hiểu tại: https://etinco.vn/tin-tuc/kien-thuc/kien-thuc-tu-dien/
