Cấu Tạo ATS: Vì Sao Cùng 125A Nhưng Chất Lượng Rất Khác?

Trong các hệ thống điện sử dụng từ hai nguồn cấp trở lên, việc chuyển đổi nguồn điện đúng thời điểm có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành và mức độ an toàn của tải. Đây cũng là lý do thiết bị ATS ngày càng được sử dụng phổ biến tại nhà ở, nhà máy, tòa nhà, hệ thống máy phát điện và các công trình điện mặt trời. Tuy nhiên, để lựa chọn đúng thiết bị, người dùng không nên chỉ nhìn vào dòng định mức 63A, 100A hay 125A mà cần hiểu rõ ATS là gì, cấu tạo ATS gồm những bộ phận nào và đâu là các tiêu chí quyết định chất lượng thực tế của thiết bị.

Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn tìm hiểu về ATS từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động đến những thông số quan trọng cần quan tâm trước khi lựa chọn.

ATS là gì?

ATS là viết tắt của Automatic Transfer Switch, có thể hiểu là thiết bị chuyển đổi nguồn điện tự động. Nhiệm vụ của ATS là giám sát nguồn điện đang cấp cho tải và tự động chuyển sang nguồn điện dự phòng khi nguồn chính gặp sự cố hoặc không còn đáp ứng điều kiện vận hành đã được thiết lập.

Một hệ thống ATS phổ biến có thể làm việc giữa:

• Điện lưới và máy phát điện.
• Hai nguồn điện lưới độc lập.
• Điện lưới và hệ thống nguồn dự phòng.
• Hai nhánh nguồn trong hệ thống phân phối điện.
• Một số hệ thống điện mặt trời, lưu trữ và nguồn điện dự phòng tùy theo thiết kế.

Về bản chất, ATS là sự phát triển từ các thiết bị chuyển nguồn bằng tay. Thay vì người vận hành phải trực tiếp đóng và ngắt từng nguồn, ATS sử dụng bộ điều khiển kết hợp cơ cấu đóng cắt để thực hiện quá trình này tự động.

Bạn có thể xem thêm bài viết chuyên sâu về ATS là gì để hiểu rõ hơn về nguyên lý chuyển nguồn và các ứng dụng thực tế.

Ngoài ra, khái niệm transfer switch cũng được trình bày trong tài liệu quốc tế tại Transfer Switch.

Cấu tạo ATS gồm những bộ phận nào?

Để tìm hiểu về ATS một cách chính xác, cần xem ATS như một hệ thống hoàn chỉnh thay vì chỉ là một bộ công tắc chuyển nguồn. Tùy từng hãng và từng dòng sản phẩm, cấu tạo có thể khác nhau, nhưng một ATS thông thường thường gồm các bộ phận chính dưới đây.

1. Cụm tiếp điểm đóng cắt nguồn điện

Đây là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong cấu tạo ATS. Cụm tiếp điểm là phần trực tiếp mang dòng điện từ nguồn đến tải và thực hiện việc đóng hoặc ngắt từng nguồn.

Ví dụ trong hệ thống gồm nguồn điện lưới và máy phát:

Điện lưới → ATS → tải

hoặc khi điện lưới gặp sự cố:

Máy phát → ATS → tải

Tiếp điểm ATS phải chịu được dòng tải liên tục, dòng khởi động của thiết bị và các tác động điện – nhiệt phát sinh trong quá trình đóng cắt.

Do đó, chất lượng tiếp điểm không nên được đánh giá đơn giản bằng việc nhìn kích thước lớn hay nhỏ. Điều quan trọng hơn là khả năng chịu tải, mức tăng nhiệt, độ bền điện và khả năng chịu dòng sự cố của thiết bị.

2. Cơ cấu truyền động

Cơ cấu truyền động có nhiệm vụ tạo lực để thay đổi vị trí của hệ thống tiếp điểm. Tùy thiết kế, ATS có thể sử dụng:

• Motor điện.
• Cuộn điện từ.
• Cơ cấu lò xo tích năng.
• Motor kết hợp hộp số và cơ cấu cơ khí.

Khi nhận được lệnh từ bộ điều khiển, cơ cấu này sẽ đưa ATS từ vị trí nguồn I sang vị trí nguồn II hoặc ngược lại.

Một cơ cấu tốt phải hoạt động ổn định trong thời gian dài, hạn chế tình trạng kẹt cơ khí, chuyển không hết hành trình hoặc tiếp điểm đóng không hoàn toàn.

3. Bộ liên động cơ khí và liên động điện

Đây là bộ phận đặc biệt quan trọng về mặt an toàn.

Trong đa số ATS kiểu chuyển nguồn hở – open transition, nguyên tắc cơ bản là:

Ngắt nguồn thứ nhất trước → sau đó mới đóng nguồn thứ hai.

Cơ chế này thường được gọi là Break Before Make.

Liên động cơ khí giúp ngăn hai nguồn bị đóng đồng thời ngoài ý muốn. Nếu hai nguồn có điện áp, tần số hoặc góc pha khác nhau bị nối trực tiếp với nhau, hệ thống có thể xảy ra dòng điện rất lớn và gây nguy hiểm cho thiết bị.

Vì vậy khi đánh giá cấu tạo ATS, hệ thống interlock là một trong những yếu tố cần được quan tâm hàng đầu.

4. Bộ điều khiển ATS

Nếu cụm tiếp điểm là phần “cơ bắp” thì bộ điều khiển có thể được xem là “bộ não” của ATS.

Controller có nhiệm vụ liên tục theo dõi trạng thái của các nguồn điện và quyết định khi nào cần chuyển nguồn.

Một bộ điều khiển ATS tốt có thể giám sát các yếu tố như:

• Điện áp nguồn.
• Thấp áp.
• Quá áp.
• Tần số.
• Mất pha.
• Thứ tự pha.
• Trạng thái nguồn.
• Thời gian trễ chuyển nguồn.
• Thời gian trễ chuyển về nguồn chính.

Ở các hệ thống ba pha, chức năng giám sát mất pha và thứ tự pha đặc biệt quan trọng vì nguồn điện vẫn có thể tồn tại nhưng không còn đáp ứng điều kiện an toàn để cấp cho tải.

5. Cảm biến và mạch đo điện áp

ATS cần biết nguồn điện có đang hoạt động bình thường hay không. Vì vậy thiết bị thường có các mạch đo hoặc cảm biến để theo dõi điện áp, tần số và trạng thái pha.

Ví dụ, nguồn điện không nhất thiết phải mất hoàn toàn mới được xem là lỗi.

Nguồn có thể đang ở mức điện áp quá thấp như 160–180V trong hệ thống danh định 220V. Khi đó, ATS chất lượng tốt có thể nhận biết tình trạng bất thường và thực hiện chuyển nguồn dựa trên ngưỡng được thiết lập.

6. Cọc đấu nối và hệ thống dẫn điện

Cọc đấu dây là nơi kết nối nguồn chính, nguồn dự phòng và tải. Bộ phận này phải bảo đảm khả năng dẫn điện tốt và chịu được dòng định mức của thiết bị.

Nếu đầu nối không tốt hoặc dây điện được siết không đủ lực, điện trở tiếp xúc có thể tăng lên và gây:

• Nóng terminal.
• Oxy hóa điểm tiếp xúc.
• Cháy đầu dây.
• Tăng nguy cơ sự cố điện.

Vì vậy khi lắp đặt ATS, tiết diện dây dẫn và lực siết terminal cũng cần tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

7. Vỏ bảo vệ

Vỏ ATS có nhiệm vụ bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi bụi, va chạm cơ học và tác động của môi trường.

Đối với ATS lắp trong nhà máy, ngoài trời hoặc khu vực có độ ẩm cao, nên đặc biệt chú ý đến:

• Cấp bảo vệ IP.
• Nhiệt độ làm việc.
• Độ ẩm cho phép.
• Khả năng chống bụi.
• Điều kiện thông gió của tủ điện.

Nguyên lý hoạt động của ATS như thế nào?

Khi tìm hiểu về ATS, có thể hình dung quá trình hoạt động cơ bản theo các bước sau:

1. ATS liên tục theo dõi nguồn điện chính.
2. Khi nguồn chính xảy ra mất điện, thấp áp hoặc lỗi nằm ngoài ngưỡng cho phép, bộ điều khiển bắt đầu quá trình xác nhận lỗi.
3. Nếu có nguồn dự phòng, ATS kiểm tra xem nguồn này đã ổn định hay chưa.
4. ATS ngắt nguồn đang lỗi.
5. Cơ cấu chuyển nguồn đưa tiếp điểm sang nguồn dự phòng.
6. Tải được cấp điện từ nguồn thứ hai.
7. Khi nguồn chính trở lại và ổn định trong khoảng thời gian cài đặt, ATS chuyển tải trở lại nguồn ưu tiên.

Điều này cho thấy ATS tốt không nhất thiết là ATS có thời gian chuyển nhanh nhất.

Điều quan trọng hơn là:

ATS có nhận biết đúng tình trạng nguồn và chuyển đúng thời điểm hay không.

Những thông số nào quyết định chất lượng ATS?

Ngoài việc hiểu cấu tạo ATS, người mua nên kiểm tra những thông số kỹ thuật quan trọng dưới đây.

Dòng điện định mức

Đây là thông số phổ biến nhất, ví dụ:

63A, 100A, 125A, 160A, 250A, 400A hoặc 630A.

Tuy nhiên, dòng định mức chỉ cho biết khả năng mang tải danh nghĩa và không thể hiện đầy đủ khả năng chịu sự cố của ATS.

Khả năng chịu dòng ngắn mạch

Trong trường hợp ngắn mạch, dòng điện có thể tăng lên hàng nghìn hoặc hàng chục nghìn ampere trong thời gian rất ngắn.

Do đó, những thông số liên quan đến short-circuit withstand, SCCR hoặc WCR rất đáng quan tâm khi đánh giá độ an toàn của ATS.

Một ATS 125A không có nghĩa thiết bị chỉ cần chịu dòng 125A trong tình huống sự cố.

Khả năng chịu nhiệt

ATS phải có khả năng mang dòng điện định mức liên tục mà nhiệt độ của tiếp điểm, terminal và các bộ phận dẫn điện không vượt quá giới hạn thiết kế.

Đây là lý do các thử nghiệm tăng nhiệt – temperature rise – có ý nghĩa rất lớn khi đánh giá thiết bị chuyển nguồn.

Độ bền cơ và độ bền điện

Thông số mechanical endurance cho biết khả năng vận hành cơ khí qua nhiều chu kỳ, trong khi electrical endurance phản ánh khả năng đóng cắt khi có tải.

Hai thông số này không hoàn toàn giống nhau.

Một thiết bị có độ bền cơ khí 10.000 lần không đồng nghĩa có thể đóng cắt 10.000 lần ở dòng tải tối đa.

Tiêu chuẩn nào nên được quan tâm khi chọn ATS?

Đối với các sản phẩm ATS theo hệ tiêu chuẩn IEC, một trong những tiêu chuẩn quan trọng nhất là IEC 60947-6-1, liên quan đến transfer switching equipment.

Tại thị trường Bắc Mỹ, UL 1008 cũng là một tiêu chuẩn quan trọng dành cho thiết bị chuyển nguồn.

Khi lựa chọn ATS, thay vì chỉ nhìn các dòng quảng cáo như “tiếp điểm bạc”, “chuyển nhanh” hay “motor công suất lớn”, người dùng nên yêu cầu nhà cung cấp cung cấp catalogue, tiêu chuẩn hoặc chứng nhận thử nghiệm của đúng model sản phẩm.

Có thể tham khảo thêm tài liệu kỹ thuật về thiết bị chuyển nguồn tại nguồn tài liệu tham khảo về ATS.

ATS chất lượng nên được đánh giá qua bộ phận nào?

Nếu cần đánh giá nhanh một ATS, có thể ưu tiên theo thứ tự:

1. Cụm tiếp điểm và cơ cấu đóng cắt.
2. Khả năng chịu dòng ngắn mạch.
3. Hệ thống liên động cơ khí.
4. Khả năng chịu nhiệt ở dòng định mức.
5. Bộ điều khiển và khả năng giám sát nguồn.
6. Độ bền cơ khí và độ bền điện.
7. Terminal và hệ thống đấu nối.
8. Tiêu chuẩn và chứng nhận thử nghiệm.

Trong đó, những yếu tố liên quan trực tiếp đến khả năng đóng cắt, chịu tải và chịu sự cố nên được ưu tiên hơn các tính năng phụ như màn hình, Bluetooth hoặc giao diện hiển thị.

Tiêu chí chọn ATS an toàn cho hệ thống điện

Trước khi lựa chọn ATS, nên kiểm tra tối thiểu các yếu tố sau:

• Dòng định mức phù hợp với tải.
• Số cực phù hợp với hệ thống 1 pha hoặc 3 pha.
• Có cơ cấu interlock an toàn.
• Có chức năng giám sát điện áp phù hợp.
• ATS 3 pha nên có khả năng nhận biết mất pha và lỗi pha nếu ứng dụng yêu cầu.
• Khả năng chịu dòng ngắn mạch phải phù hợp hệ thống.
• Thiết bị có tiêu chuẩn kỹ thuật rõ ràng.
• Có catalogue hoặc chứng nhận của đúng model.
• Lựa chọn đúng môi trường lắp đặt và cấp bảo vệ.
• Lắp đặt đúng tiết diện dây và quy định kỹ thuật.

Có nên chọn ATS chỉ dựa trên tốc độ chuyển nguồn?

Câu trả lời là không.

Tốc độ chuyển nguồn chỉ là một phần của hệ thống. Một ATS quảng cáo thời gian chuyển rất nhanh chưa chắc an toàn hơn một ATS có thời gian chuyển lâu hơn.

Trong nhiều ứng dụng, controller cần thời gian để:

Phát hiện lỗi → xác nhận nguồn mất ổn định → kiểm tra nguồn dự phòng → thực hiện chuyển nguồn.

Đặc biệt khi sử dụng máy phát điện, nguồn dự phòng cần đạt mức điện áp và tần số ổn định trước khi đóng tải.

Vì vậy, một ATS chất lượng cần ưu tiên chuyển đúng điều kiện thay vì chỉ cố gắng chuyển nhanh.

Tìm hiểu ATS CSQ cho hệ thống điện dân dụng và công nghiệp

Đối với nhu cầu chuyển nguồn tại nhà ở, tòa nhà, nhà máy hoặc hệ thống điện dự phòng, Hà Thiên Energy hiện cung cấp nhiều dòng ATS CSQ với nhiều mức dòng điện và cấu hình khác nhau.

Người dùng có thể tham khảo danh mục ATS CSQ để lựa chọn sản phẩm phù hợp với hệ thống điện 1 pha hoặc 3 pha.

Khi lựa chọn model cụ thể, ngoài dòng điện định mức, cần xác định thêm loại tải, số pha, phương án chuyển nguồn, công suất hệ thống và yêu cầu bảo vệ tại công trình.

Hiểu rõ ATS là gì và cấu tạo ATS giúp người dùng đánh giá thiết bị dựa trên yếu tố kỹ thuật thay vì chỉ dựa vào giá bán hoặc dòng điện được in trên mặt sản phẩm.

Một ATS an toàn cần có cụm tiếp điểm chất lượng, cơ cấu liên động đáng tin cậy, khả năng chịu tải và chịu ngắn mạch phù hợp, bộ điều khiển giám sát nguồn chính xác cùng các tiêu chuẩn thử nghiệm rõ ràng.

Do đó, khi tìm hiểu về ATS, hãy ưu tiên kiểm tra khả năng đóng cắt, khả năng chịu sự cố và tiêu chuẩn kỹ thuật trước những tính năng bổ sung. Đây mới là những yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn và độ bền của hệ thống chuyển nguồn trong quá trình vận hành lâu dài.