ATS - Máy Phát Điện - UPS - Máy phát điện tốt

ATS – Máy Phát Điện – UPS

A. Automatic Tranfer Swich

I. Thuyết Minh Hệ Thống:

Được sử dụng cho các loại hộ loại I và loại II, những nơi cần cung cấp điện liên tục như : bệnh viện, quân đội, cơ quan nhà nước, các khu công nghiệp.
Khi áp dụng phải xem xét đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật.
Để đáp ứng nhu cầu kỹ thuật ngày càng cao thì ATS là không thể thiếu. Nhằm nâng cao chất lượng điện năng.
Đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục, với thời gian chuyển mạch là bé nhất có thể.
Giảm tổn thất kinh tế, khi giảm thời gian ngưng điện trong ngành công nghiệp sản xuất liên tục.
Sơ đồ kết nối, lắp đặt đơn giản, Làm việc chắc chắn, độ tin cậy làm việc cao.
Tuy nhiên trong một số phụ tải đặt biệt (thông tin liên lạc, viễn thông) thì cần dùng các loại nguồn khác như UPS.

II. ATS (Automatic Tranfer Swich):
a. Nguyên lý: là thiết bị chuyển mạch tự động dùng ở những nơi cần cung cấp điện một cách liên tục cho tải, từ hai nguồn khác nhau.

ATS là hệ thống chuyển đổi phụ tải từ lưới điện chính (Main Utility) sang nguồn dự phòng dùng máy phát điện (Generator) khi mất điện trên lưới.
Khi lưới điện hoạt động ổn định bình thường trở lại, hệ thống ATS sẽ chuyển đổi phụ tải vận hành với lưới điện chính và sau đó cắt máy phát điện dự phòng.
Việc chuyển đổi có thể hoạt động theo chế độ tự động (Auto) hoặc điều khiển bằng tay ( Handy – Manual).

b. Nhiệm Vụ Chính Của ATS:
– Khi có sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp, quá áp, mất nguồn) trên nguồn điện lưới chính, ATS có nhiệm vụ :
+ Ngưng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải.
+  Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ diesel).
+  Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải.
– Khi nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định, nhiệm vụ của ATS lúc đó là:
+  Ngắt nguồn cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải.
+  Đóng lại nguồn điện lưới vào tải.
+  Tạo tín hiệu dừng động cơ sơ cấp (động cơ diesel) của máy phát; sau một thời gian tổ máy phát vận hành tại trạng thái không tải.
c) Phân loại:
– Theo nguồn chính và nguồn dự phòng:

ATS chuyển đổi hai nguồn: một nguồn chính và một nguồn dự phòng.
ATS chuyển đổi ba nguồn: hai nguồn chính và một nguồn dự phòng.

– Theo khí cụ điện thì được phân loại như sau:

ATS dùng contactor.
ATS dùng ACB ( air circuit breaker ) máy cắt không khí.

d) Mô Hình Hoạt Động:

– TSE, TSN: Transfer Switch Emergency ( Normal ) hai công tắc chuyển mạch cơ khí của nguồn cung cấp bình thường và nguồn dự phòng.
– Khi xảy ra sự cố thì khoảng thời gian chuyển mạch giữu TSE, TSN là phải bé nhất có thể, để đảm bảo cung cấp điện liên tục.

– khi sự cố được khắc phục thì ATS có nhiệm vụ ngắt tải khỏi nguồn dự phòng, đóng tải vào nguồn chính.

III. Lựa Chọn Tủ ATS: Theo tư vấn từ các hảng sản xuất ATS (ATS Mitsubishi hoặc Scheneider.v.v.).

Theo Công Suất Trạm Biến Áp cho tòa nhà.
Theo Công Suất Máy Phát Điện nếu chỉ ưu tiên các tải quan trọng cần cung cấp duy trì liên tục.
Theo Vị trí lắp đặt, nơi lắp đặt (nhiệt độ cao hay gần môi trường bụi hoặc gần biển.v.v.).
Theo hệ thống điều khiển tự động tiếp nhận thông tin đóng cắt điện. mạch điện từ thông thường, mạch điện tử hay các hệ thống điều khiển khác (chẳng hạn như PLC).

B. Máy Phát Điện

I. Thuyết Minh Máy Phát Điện:

– Sử dụng nguồn nguyên liệu xăng – dầu tạo ra điện.

– Nguồn điện cung cấp thay cho trạm biến áp, 3 pha – 380 Vlot – 50 Hz.

– Là một nguồn dự phòng cần thiết cho một số nhu cầu sau:

Loại phụ tải	tải	Thiết bị cần dự phòng
Công cộng	Hội họp, Cao ốc, nhà hàng, khách sạn, ngân hàng, Cty bảo hiểm	Chiếu sáng an toàn
	Bệnh viện	Phòng mổ, thiết bị y tế, hệ thống an toàn, giám sát và cung cấp, bảo quản.
	Kho lạnh	Buồng lạnh, các thiết bị Chiếu sáng, hệ thống an toàn.
	Trung tâm tính toán	Thiết bị trung tâm, điều hoà nhiệt độ.
Giao thông	Sân bay	Hệ thống điều khiển trung tâm, chiếu sáng đường băng, tháp an toàn, rada, hệ thống quan sát, máy tính..
	Ga đường sắt	Hệ thống điều khiển trung tâm, chiếu sáng an toàn, hệ thống theo dõi, báo tín hiệu.
	Hầm đường bộ, các nút giao thông	thông gió, theo dõi, chiếu sáng giao thông.
Viễn thông, hệ thống tải điện	Các tram tiếp sóng, trung tâm điều độ, nhà máy điện, hệ thống truyền tải	Thiết bị và hệ thống điều khiển xa, hệ thống điều khiển, liên lạc, máy tính quản lý dữ liệu.
Công nghiệp	Dây chuyền sản xuất	An toàn, hệ thống theo dõi, điều khiển tự động, máy tính quản lý dữ liệu.

II. Cấu TạoVà Nguyên Lý Hoạt Động:

1. Động cơ: Tạo ra moment quay

Là dạng động cơ dầu diesel hoặc động cơ xăng – 4 thì. Chuyển hóa nguồn nguyên liệu xăng – dầu thành moment quay máy phát đồng bộ. Biến đổi chuyển động quay cơ năng thành điện năng – Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Máy phát điện sử dụng nhiều loại nhiên liệu đầu vào khác nhau như: diesel, xăng, propan (ở dạng lỏng hoặc khí), và khí thiên nhiên.
Động cơ nhỏ thường hoạt động bằng xăng, trong khi động cơ lớn hơn chạy dầu diezen, propan lỏng, khí propane, hoặc khí tự nhiên.

2. Máy phát Đồng Bộ: Sử dụng moment quay phát ra điện
Gồm 2 phần chính:

– Rôto phần quay: luôn là phần cảm (tạo ra từ trường) : là một nam châm điện nhờ nguồn 1 chiều DC chỉnh lưu và cấp từ bên ngoài (ắc quy hoặc chỉnh lưu từ chính nguồn máy phát.v.v.).
– Stato phần đứng yên: luôn là phần ứng : là 3 cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau, quấn trên ba lõi sắt đặt lệch nhau 120⁰ trên một vòng tròn.
– Phần quay có từ trường, từ trường này quay (quay theo phần quay rotor) và cắt các cuộn dây phần ứng, sinh ra dòng điện.

3. Hệ thống nhiên liệu:
Bình nhiên liệu thường dự trử để máy phát điện hoạt động từ 6 đến 8 giờ.

Đối với các máy phát điện nhỏ, bồn chứa nhiên liệu là một phần đế trượt của máy phát điện hoặc được lắp trên khung máy phát điện. Đối với các máy phát điện thương mại, có thể cần xây dựng và cài đặt thêm một bình chứa nhiên liệu bên ngoài.

Các tính năng thông thường của hệ thống nhiên liệu bao gồm những điều sau đây:

Ống nối từ bồn chứa nhiên liệu đến động cơ: Dòng cung cấp hướng dẫn nhiên liệu vào và ra động cơ.
Ống thông gió bình nhiên liệu: Các bồn chứa nhiên liệu có một đường ống thông gió, để ngăn chặn sự gia tăng áp lực, hoặc chân không trong quá trình bơm và hệ thống thoát nước của bể chứa. Khi bạn nạp đầy bình nhiên liệu, đảm bảo sự tiếp xúc khô giữa vòi phun phụ, và bể nhiên liệu để ngăn ngừa tia lửa có thể gây hỏa hoạn.
Kết nối tràn từ bồn chứa nhiên liệu đến các đường ống cống: Đây là yêu cầu để khi bị tràn trong quá trình bơm, nhiên liệu không làm đổ chất lỏng lên máy phát điện.
Bơm nhiên liệu: nhiên liệu chuyển từ bể chứa chính (lưu trữ nhiên liệu, đặc biệt quan trọng đối với các tổ chức thương mại) vào bể chứa trong ngày. Các máy bơm nhiên liệu thông thường hoạt động bằng điện.
Bình lọc nhiên liệu, tách nước và vật lạ trong nhiên liệu lỏng, để bảo vệ các thành phần khác của máy phát điện khỏi sự ăn mòn và chất bẩn gây tắc nghẽn.
Kim phun: Phun chất lỏng nhiên liệu dưới dạng phun sương vào buồng đốt động cơ.

4. Ổn áp:
– Ổn áp: Chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành dòng điện 1 chiều DC. Điều chỉnh một phần nhỏ điện áp đầu ra để chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều. Dòng điện 1 chiều này tập hợp trong cuộn dây thứ cấp của stato, được gọi là cuộn dây kích thích.
– Cuộn dây kích thích: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC. Các cuộn dây kích thích có chức năng tương tự như các cuộn dây stato chính và tạo ra dòng điện xoay chiều nhỏ. Các cuộn dây kích thích được kết nối với các đơn vị được gọi là chỉnh lưu quay.
– Bộ chỉnh lưu quay: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng điện xoay chiều. Chỉnh lưu các dòng xoay chiều phát sinh bởi các cuộn dây kích thích, và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều. Dòng điện 1 chiều này cung cấp cho Roto / phần ứng tạo ra một trường điện từ, ngoài từ trường quay của roto.
– Roto / Phần ứng: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng xoay chiều. Roto sinh ra dòng điện xoay chiều lớn hơn xung quanh cuộn dây stato, các máy phát điện hiện nay sản xuất một điện thế xoay chiều AC lớn hơn ở đầu ra.
Chu kỳ này tiếp tục cho đến khi máy phát điện bắt đầu sản xuất điện áp đầu ra tương đương với khả năng điều hành đầy đủ của nó. Đầu ra của máy phát điện tăng, nó điều chỉnh điện áp sản xuất ra ít dòng điện 1 chiều hơn. Một khi máy phát điện đạt công suất hoạt động đầy đủ, điều chỉnh điện áp đạt đến một trạng thái thăng bằng, và tạo ra dòng 1 chiều đủ để duy trì sản lượng của máy phát điện ở mức độ hoạt động đầy đủ.

Khi bạn thêm một tải, sản lượng điện áp sẽ bị thấp xuống một chút. Điều này nhắc nhở việc điều chỉnh điện áp và bắt đầu lại chu kỳ trên. Chu kỳ tiếp tục cho đến khi máy phát điện dốc đầu ra, để điều hành công suất đầy đủ của nó.

5. Hệ thống làm mát:
Liên tục sử dụng hệ thống làm lạnh có thể làm nóng các thành phần khác nhau của máy phát điện. Máy phát điện cần thiết có một hệ thống làm mát, và thông gió thu hồi nhiệt sinh ra trong quá trình.
Nước chưa xử lý / nước sạch đôi khi được sử dụng như một chất làm mát cho máy phát điện. Hydrogen đôi khi được sử dụng như một chất làm mát, cho các cuộn dây stato máy phát điện lớn, vì nó rất hiệu quả trong hấp thụ nhiệt. Hydrogen loại bỏ nhiệt từ máy phát điện, và chuyển qua một bộ trao đổi nhiệt, vào một mạch làm mát thứ cấp, có chứa nước khoáng như một chất làm mát. Đây là lý do tại sao máy phát điện có kích thước rất lớn.

Đối với tất cả các ứng dụng phổ biến khác, dân cư và công nghiệp, một tiêu chuẩn tản nhiệt và quạt được gắn trên các máy phát điện và các công trình như hệ thống làm mát chính.
Cần thiết để kiểm tra mức nước làm mát của máy phát điện trên cơ sở hàng ngày. Hệ thống làm mát và bơm nước thô cần được rửa sạch sau mỗi 600 giờ, và bộ trao đổi nhiệt nên được làm sạch sau mỗi 2.400 giờ máy phát điện hoạt động. Máy phát điện nên được đặt trong một khu vực mở, thông thoáng được cung cấp đủ không khí trong lành. Mỗi bên máy phát điện nên có một không gian tối thiểu là 3 feet để đảm bảo sự lưu thông không khí làm mát máy.6. Hệ thống bôi trơn:
Máy phát điện bao gồm bộ phận chuyển động bên trong động cơ của nó, nó cần được bôi trơn để đảm bảo hoạt động bền, và êm suốt một thời gian dài.

Động cơ của máy phát điện được bôi trơn bằng dầu được lưu trữ trong một máy bơm. Bạn nên kiểm tra mức dầu bôi trơn mỗi 8 giờ máy phát hoạt động.

Bạn cũng nên kiểm tra ngăn ngừa rò rỉ chất bôi trơn, và cần thay đổi dầu bôi trơn mỗi 500 giờ máy phát điện hoạt động.

III. Lựa Chọn Máy Phát Điện:

Thường chọn bằng công suất Trạm Biến Áp chính.
Một số chọn theo công suất các phụ tải ưu tiên.
Lưu ý độ ồn và diện tích lắp đặt xa các văn phòng cần sự yên tĩnh.
Những thương hiệu máy phát nổi tiếng như: Cusmmins, Denyo, Huyndai, Mitsubishi.v.v. và một số tương đối giá phải chăng hơn như: Hữu Toàn, Doosan, Weichai, Shineray, Ivecoaifo.v.v.

– Hệ thống như sau:

C. UPS (Uninterruptible Power System)

I. Thuyết Minh:

UPS đơn giản là hệ thống pin ắc quy dự phòng, bình thường thì nạp đầy pin ắc quy, khi mất điện thì lấy pin ắc quy này ra sử dụng.
UPS bao gồm: ắc qui, bộ chỉnh lưu/nạp ắcqui (rectifier/charger), bộ nghịch lưu (inverter), khóa chuyển mạch tĩnh (static switch).
– UPS là giải pháp cho những tải nhạy, yêu cầu cao về điện áp:
+ Không có bất kỳ loại nhiễu nào trong nguồn dự phòng
+ Sẵn sàng được sử dụng trong trường hợp mất điện
+ Các sai số phải nằm trong giới hạn cho phép.

Yêu cầu
	các IT viễn thông có bộ điều khiển chương trình	quy trình gia công có ngắt quãng	quy trình liên tục
Ứng dụng
Dạng ứng dụng	– ngân hàng dự trữ – điều khiển và kiểm soát	quy trình lạnh	chỉ thị và điều khiển các tham số quy định
Ví dụ cho mạng	– các dịch vụ bảo hiểm, các thiết bị IT, nhà băng – hệ thống điều khiển sản xuất	– cơ khí nhẹ – dây truyền lắp ghép	– hạt nhân – hóa – sinh – nhiệt – cơ khí nặng
Điều kiện
Thời gian cắt cho phép	0	x	x
	£ 1s		x
	£ 15s		x (1)
	£ 15 ph		x (1)
Tự hành của nguồn	10 ph	x (2)
	20 ph		x (2)
	1h	x	x (2)
	thường trực nếu có lợi về kinh tế
Giải pháp
Thiết bị cần dùng	UPS hoặc có hoặc không có máy phát để gánh tải UPS	Máy phát liên tục hoặc khởi động để gánh tải của bộ nghịch lưu	lưới máy phát vận hành thường trực

(1) Tuỳ theo tình hình kinh tế.

(2) Giới hạn thời gian lưu trữ số liệu.

II. các thành phần trong hệ UPS Trong Data center:

a. Ắc Quy:
Cấu tạo ắc quy: Cấu tạo từ nhiều pin được nối liền với nhau.
– ắc quy kiềm : có lỗ thông hơi nhằm
+ Phóng thích khí ôxy và hydro được tạo ra trong các phản ứng hóa học khác nhau.
+ Hình thành chất điện phân bằng cách cho thêm nước cất
+ Đặc điểm :
– Tuổi thọ cao
– Thời gian tự hành dài
– Phải được lắp đặt trong các phòng đặc biệt
Accu kín : ắc quy chì, chất điện phân là dung dịch acid sunfuric có tỷ lệ tái tạo khí trên 95% vì thế chúng không cần thêm nước khi hoạt động.
+ Đặc điểm :
– Không cần bảo trì
– Vận hành dễ dàng
– Có thể lắp đặt trong tất cả các phòng
Với accu chì thông thường thì mức ngừng l 1,67V cho mỗi ngăn; hay l 10V cho cả 6 ngăn.
– Đại lượng đo : Ah ( ampe –giờ) . Ví dụ N100 l accu 100Ah. , accu 100Ah phát điện với dòng điện 5A sẽ dùng
được trong 20 giờ Khi dòng điện phát ra càng lớn thì thời gian phát điện cng nhỏ (đương nhiên) nhưng thời gian giảm rất nhanh chứ khơng theo tỉ lệ nghịch với dòng điện.

b. Bộ chỉnh lưu/nạp điện ắcqui (Inverter/Charger):
chuyển đổi năng lượng AC ở ngõ vào UPS thành năng lượng DC cung cấp cho inverter và ắc quy trong tất cả các chế độ hoạt động (độ ổn định điện áp của ắcqui phụ thuộc vào nhiệt độ).
Dòng điện ngõ vào giới hạn từ 110% – 150% dòng danh định của UPS.

c. Bộ nghịch lưu (Inverter):
nhận điện áp DC (từ bộ rectifier/charger hay từ ắcqui) ở ngõ vào chuyển thành tín hiệu AC cung cấp cho tải với các điều kiện ngõ ra được xác định trong thông số kỹ thuật của UPS.

d. Khóa chuyển mạch tĩnh (Static switch):
Khóa chuyển mạch tĩnh sẽ tự đồng chuyển tải sang lưới điện ngõ vào của UPS, nếu điện áp đầu vào của UPS nằm trong dãi hoạt động được xác định trong thông số kỹ thuật của UPS, khi UPS có sự cố hay quá tải. Nếu điện áp đầu vào của UPS không nằm trong dãi hoạt động, việc chuyển sang bypass sẽ không được thực hiện.e. Hoạt động UPS:
1. Chế độ on-line (normal operation):
– Khi ngõ vào của bộ chỉnh lưu / sạc ắcqui (rectifier / charger) được cấp điện AC, bộ rectifier/charger của UPS sẽ chuyển đổi năng lượng AC ở ngõ vào thành năng lượng DC cung cấp cho bộ nghịch lưu (inverter) đồng thời nạp ắcqui. Bộ inverter của UPS sẽ chuyển đổi năng lượng DC thành AC để cung cấp nguồn điện ổn định, chất lượng cao cho tải.2. Hoạt động bằng ắcqui (battery backup):– Khi nguồn điện cung cấp cho UPS bị gián đoạn hay không đáp ứng yêu cầu đầu vào của UPS, inverter của UPS sẽ sử dụng năng lượng của ắcqui, chuyển đổi thành điện áp AC cung cấp cho tải liên tục, không gián đoạn. Bộ inverter của UPS sẽ cung cấp nguồn AC cho tải trong thời gian tối thiểu là 10 phút.3. Nạp ắcqui (battery recharge): – Khi nguồn điện ở ngõ vào của UPS được khôi phục, bộ rectifier/charger sẽ cung cấp năng lượng lại cho bộ inverter mà không gây gián đoạn cho tải, đồng thời tự động nạp điện lại cho ắc qui.4. Bypass tự động (via the static bypass):– Khi UPS bị quá tải (ngắn mạch, dòng tải lớn, etc.) hay inverter ngưng họat động (do người sử dụng điều khiển hay tự động), UPS sẽ ngay lập tức chuyển sang nguồn AC bypass (thông qua khóa chuyển mạch tĩnh) để cung cấp nguồn điện cho tải.
– UPS sẽ cung cấp điện lại cho tải (do người sử dụng điều khiển hay tự động) các điều kiện họat động của UPS được phục hồi5. Bypass bằng tay (via the manual bypass):– UPS sẽ có hệ thống bypass do người sử dụng điều khiển, và sử dụng trong trường hợp cần bảo trì UPS. Hệ thống sẽ cách ly UPS nhưng vẫn liên tục cung cấp nguồn cho tải thông qua nguồn AC bypass. Việc chuyển đổi sang chế độ bypass bằng tay do người sử dụng thực hiện và không gây gián đọan cho tải.6. Downgrade:– Circuit breakers được sử dụng để cách ly ắcqui khỏi rectifier/charger và charger để thuận tiện trong việc bảo trì.III. Hai dạng hệ thống UPS: Hệ thống UPS ngoại tuyến và Hệ thống UPS trực tuyến:
a. Hệ thống UPS ngoại tuyến:

Thường có công suất thấp (<= 3KVA) nhưng có khả năng chịu được các dòng quá độ lớn, chẳng hạn như khi khởi động động cơ hay mở các tải điện trở (nguội). Các thiết bị loại này thường được sử dụng cho trạm thông tin ITE.
Khi hoạt động bình thường, dòng điện cấp cho tải không chạy qua bộ nghịch lưu. Điều này giải thích tại sao UPS loại này đôi khi còn được gọi là “ngoại tuyến” (Off-line).
Thuật ngữ này sẽ làm cho mọi người hiểu sai lạc, tuy nhiên, bởi vì nó cũng ám chỉ “không được cấp điện từ lưới” khi lưới cấp điện cho các tải qua các ngõ vào AC trong chế độ hoạt động bình thường. Đó là lý do tại sao mà tiêu chuẩn IEC 62040 khuyến cáo sử dụng thuật ngữ “chuyển đổi thụ động” (passive standby).

b. Hệ thống UPS trực tuyến:

Hệ thống được nối trực tiếp giữa lưới điện và tải, có khả năng tự hành. Khoảng thời gian tự hành này phụ thuộc vào khả năng của ăcquy và công suất của tải. Hệ thống này cung cấp toàn bộ tải với giá trị sai số nghiêm ngặt không phụ thuộc vào tình trạng của mạng điện AC. Khi mất nguồn, ăcquy sẽ tự động và bảo đảm liên tục cung cấp dòng AC, không nhiễu cho tải. Hệ thống này thích hợp cho các tải nhỏ (nhỏ hơn 3KVA) hoặc lớn (tới nhiều MVA).

c. Các Bộ Lọc nguồn khác:
+ bộ lọc – phích cắm: là một phích cắm AC đơn giản dùng để nối tải, trong nó có một bộ lọc cao tần (HF) để giảm các nhiễu kí sinh HF đến mức chấp nhận được. Nó thường được dùng cho các máy tính PC độc lập từ 250 tới 1000VA cho mục đich văn phòng.
+ bộ lọc điều hoà hợp chuẩn là một hệ thống hoàn hảo dùng để bảo đảm nguồn chung cấp AC nhưng thiếu khả năng tự hành (bảo đảm nguồn cấp liên tục),nghĩa là không dự trù trường hợp mất điện cung cấp mạng AC.
Chức năng chính của nó là :
– Lọc các kí sinh HF;
– giữ một điện thế không đổi hợp lý;
– cách ly tải khỏi mạng điện AC.
Có thể sử dụng cho văn phòng hay các hệ thống công nghiệp không yêu cầu cấp điện dự phòng một cách liên tục có công suất tới 5000VA.