Tổng hợp kiến thức cơ bản về bộ lưu điện UPS

linhblue21

Thành Viên [LV 0]
Ứng dụng của bộ lưu điện nắm giữ vai trò quan trọng trong sinh hoạt đời sống, đặc biệt trong kinh doanh sản xuất hiện nay.Bộ lưu điện có vai trò như một nguồn lưu điện dự phòng hiệu quả, hoạt động liên tục giúp cho thiết bị điện không bị gián đoạn khi xảy ra sự cố điện lưới. Bài viết dưới đây sẽ tổng hợp toàn bộ kiến thức cơ bản chung về UPS theo các nội dung chính sau:

1. Định nghĩa
2. Nguyên lý hoạt động
3. Phân loại
4. Cách tính công suất yêu cầu của UPS
5. Các loại ắc quy cho UPS
6. Lưu ý quan trọng khi thiết kế lắp đặt 1 hệ thống UPS
7. Quy trình, lưu ý khi bảo dưỡng


1. Bộ lưu điện (UPS) là gì?

Bộ lưu điện (UPS) được viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Uninterruptible Power Supply được hiểu như là hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dự phòng giúp tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống.

2. Nguyên lý hoạt động

Rất nhiều người đã biết rằng bên trong UPS sẽ có ắc quy để tích điện, do đó chỉ cần biết đến thế là biết được nguyên lý hoạt động của bộ lưu điện một cách cơ bản nhất: Chuyển điện từ ắc quy sang thành nguồn điện cung cấp cho tải khi nguồn điện cung cấp ngõ vào cho UPS bị mất.
Bên trong UPS có 1 hoặc nhiều ắc quy dùng để tích năng lượng điện. Sử dụng một bo mạch có chức năng biến đổi điện một chiều ắc quy thành điện xoay chiều, và dòng điện xoay chiều này dao động tần số và điện áp phù hợp với yêu cầu sử dụng.

3. Phân loại

Theo công nghệ


UPS Offline
Nguyên tắc hoạt động của UPS Offline tiêu chuẩn là điện lưới đầu vào đi qua công tắc chuyển mạch trước khi cấp cho tải sử dụng. UPS lúc này chỉ sử dụng bộ sạc (charger) để nạp đầy điện cho ắc quy. Trường hợp điện lưới không ổn định (quá cao, quá thấp hoặc mất điện) thì UPS sẽ tự động chuyển mạch (thông qua rơ-le), dùng nguồn từ ắc quy cấp cho thiết bị để duy trì hoạt động.UPS Offline không hỗ trợ chức năng ổn áp.
800px-standby_ups_diagram_grande.png

Nguyên lý hoạt động của UPS Offline

UPS Line Interactive
Nguyên tắc hoạt động của UPS Offline công nghệ Line Interactive cũng tương tự dòng UPS Offline tiêu chuẩn nhưng có thêm mạch ổn áp nhằm điều chỉnh điện áp đầu ra cấp cho cho tải sử dụng luôn ổn định. Trường hợp điện áp điện lưới quá cao hoặc quá thấp, mạch ổn áp tự động chuyển mạch sang một nấc khác sao cho điện áp đầu ra đảm bảo đúng tải theo yêu cầu.
Thiết kế chỉ thích hợp để sử dụng cho những thiết bị văn phòng và máy tính; những thiết bị có tính chất tải thuần trở. Thời gian chuyển mạch chậm của dòng UPS Offline khá chậm, khoảng 10 ms và không thể mở rộng thời gian lưu điện bằng ắc quy lưu điện gắn trong và cả gắn ngoài.

500px-line-interactive_ups_diagram_2__grande.png

Nguyên lý hoạt động của UPS Line Interactive

UPS Online
Dòng UPS Online giúp loại bỏ những sự cố của điện lưới do điện áp đầu vào luôn được điều chế trước khi cấp cho tải sử dụng. Nguồn điện lưới không cung cấp trực tiếp cho thiết bị mà được biến đổi thành dòng điện một chiều nạp cho ắc quy và bộ nghịch lưu (Inverter). Bộ nghịch lưu sẽ tiếp tục biến đổi dòng một chiều nhận được thành điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị sử dụng. Như vậy có thể thấy rằng khi lưới điện xảy ra bất kỳ sự cố nào thì thiết bị của bạn vẫn luôn được an toàn.
Dòng UPS Online thường được thiết kế với công suất lớn, có thể mở rộng thời gian lưu điện bằng ắc quy lưu điện gắn trong lẫn gắn ngoài nên ngoài những thiết bị có tính chất tải thuần trở như thiết bị văn phòng, máy tính thì UPS Online còn có thể sử dụng cho hệ thống máy chủ, trung tâm dữ liệu (data center) và thậm chí là cả những thiết bị tải động cơ như quạt, máy bơm, v..v..

Làm thế nào để lựa chọn giữa UPS Offline, Line Interactive hay Online?
Xác định nhu cầu sử dụng, thời gian sử dụng và công suất của thiết bị là những tiêu chí cần xem xét để chọn UPS phù hợp. Ví dụ với máy tính cá nhân trong văn phòng hoặc gia đình thì chọn UPS dòng Offline. Với hệ thống máy chủ hoặc trung tâm dữ liệu thì UPS Online là ưu tiên hàng đầu.
Bên cạnh đó, nếu cần kéo dài thời gian sử dụng để có thể hoàn tất việc sao lưu hoặc tắt hệ thống đúng cách, bạn nên chọn UPS có khả năng mở rộng bằng ắc quy lưu điện ( gắn trong hoặc gắn ngoài). Ngoài ra, một số UPS còn có phần mềm quản lý đi kèm giúp người dùng giám sát trạng thái hoạt động, quản lý UPS một cách linh hoạt và tin cậy hơn khi mất nguồn điện lưới.
upsonline_grande.png

Nguyên lý hoạt động của UPS Online

Theo điện áp pha

UPS một pha (1/1)
UPS một pha có một đầu vào và đầu ra duy nhất là 120V(đối với Canada và Hoa Kỳ). Điện áp tiêu chuẩn của một pha thay đổi ở các quốc gia hoặc khu vực khác nhau. Điện áp một pha tiêu chuẩn ở Việt Nam là 220V
ups-vertiv-liebert-PSA1000mt3-230u.jpg

Một model UPS 1 pha của Vertiv

UPS ba pha (3/1 và 3/3)
Bộ lưu điện ba pha có thể được chia thành 2 loại UPS ba pha đầu vào / ba pha đầu ra và loại loại ba pha đầu vào / đầu ra một pha. Nếu bạn cần kết nối với nguồn điện ba pha, bạn phải cần một UPS có cấu hình 3 / x. Một UPS 3/1 nhận nguồn 3 pha nhưng cung cấp một pha cho tải hạ lưu trong khi UPS 3/3 không chỉ nhận mà còn cung cấp nguồn 3 pha.

NCX-10-60k-1-png-pagespeed-ce-5JqWSVEfYN-1.png

Một model UPS 3 pha của Vertiv

Sự khác biệt giữa UPS một pha và ba pha là gì?
- Dây dẫn: Số lượng dây dẫn trong hệ thống một pha và ba pha là khác nhau. UPS một pha chứa một dây dẫn trong khi UPS ba pha cung cấp điện qua ba dây dẫn.
- Sóng sin: UPS một pha cung cấp một sóng sin đơn, trong khi UPS ba pha cung cấp ba sóng sin, mỗi sóng lệch pha và đặt cách nhau 120 °.
- Điện áp: Ở Việt Nam, điện áp một pha là 220V trong khi điện áp 3 pha là 380V
- Bảo trì: Đặc tính plug and play của UPS một pha giúp việc lắp đặt và thiết lập dễ dàng hơn so với bộ lưu điện ba pha phải lắp đặt bên ngoài.
- Hiệu quả: Đối với yêu cầu điện năng thấp, UPS một pha hiệu quả hơn UPS ba pha. Nhưng khi nhu cầu sử dụng điện cao hơn, UPS 3 pha cho thấy hiệu suất cao hơn để mang tải lớn hơn một cách an toàn.
- Giá thành: Các thiết bị trong hệ thống UPS ba pha sẽ có tuổi thọ cao hơn và đường dây truyền tải điện ba pha không cần dây đồng khổ lớn như UPS một pha, do đó, về lâu dài, UPS ba pha sẽ tiết kiệm chi phí hơn .
- Ứng dụng: Các bộ lưu điện một pha có sẵn trong các ứng dụng có yêu cầu kVA thấp hơn, thường nhỏ hơn 20kVA, chẳng hạn như gia đình, doanh nghiệp nhỏ và văn phòng vệ tinh. Bộ lưu điện ba pha thường được sử dụng trong các cơ sở lắp đặt lớn, chẳng hạn như trung tâm dữ liệu và các ứng dụng điện công nghiệp lớn với yêu cầu điện năng cao hơn.

Làm thế nào để lựa chọn giữa UPS một pha và UPS ba pha?
Việc lựa chọn hệ thống UPS một pha hay ba pha phụ thuộc vào nhu cầu điện năng các thiết bị của bạn cũng như điện áp nguồn điện mà thiết bị được kết nối. Bạn sẽ cần xác nhận tải mà UPS sẽ bảo vệ và truy cập vào dải điện áp của chúng.

4. Cách tính công suất yêu cầu của UPS

Công suất của UPS là một yếu tố quan trọng cần xem xét khi chọn một UPS ( bộ lưu điện). Nó xác định số lượng thiết bị điện mà hệ thống UPS có thể hỗ trợ.

Làm rõ các Đơn vị Đo lường UPS và Mối quan hệ của Chúng
Hệ thống UPS được đánh giá bằng kilowatt (kW) hoặc kilo volt ampe (kVA). Chúng không bằng nhau trong dòng điện AC (dòng điện xoay chiều). Tuy nhiên, khi chạm vào máy biến áp của thiết bị, AC sẽ biểu hiện đặc tính phản kháng, làm giảm công suất khả dụng (watt) theo công suất biểu kiến (vôn-ampe). Tỷ số của hai con số này được gọi là hệ số công suất (PF). Do đó, trong mạch điện xoay chiều, watt = vôn x amps x hệ số công suất. Ví dụ, các hệ thống UPS lớn được thiết kế dựa trên hệ số công suất 0,8, có nghĩa là một UPS 100 kVA chỉ có thể hỗ trợ 80 kW công suất thực. ( 1kW=1kVA x 0,8)

Tính toán tải tối đa của UPS
Tải là tổng lượng điện năng mà các thiết bị điện sẽ tiêu thụ. Để tính toán tải, người ta nên lập một danh sách thiết bị, trong đó bao gồm tổng số watt mà mỗi phần thiết bị yêu cầu để chạy đúng cách. Ví dụ: nếu bạn muốn chạy PC 120W, bộ định tuyến VPN 30W, máy chủ 960W, hai thiết bị chuyển mạch mạng 280W và thiết bị lưu trữ 480W cùng một lúc, tổng tải cần thiết là 2150 W.

Ước tính Công suất Yêu cầu của UPS
Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố công suất, UPS thường hoạt động ở khoảng 80% công suất danh định thực tế vì hệ số công suất (PF) chung là 0,8. Có nghĩa là, người ta chỉ chạy hệ thống cung cấp điện liên tục khoảng 80% công suất để hỗ trợ phụ tải tính toán. Ví dụ, nếu tổng công suất/ tải cần thiết là 200W, tốt hơn nên chọn bộ lưu điện có công suất 250W hoặc hơn.

Có Nên Chọn Một UPS Trực Tiếp Với Công Suất Ước Tính Của UPS?
Trên thực tế, không nên chọn UPS tương ứng chỉ dựa trên công suất ước tính của UPS. Ngoài công suất ước tính của UPS, cần xem xét đến hai yếu tố chính, độ xê dịch và thời gian lưu điện của UPS.
Độ xê dịch
Sẽ không lạ nếu người ta mua một UPS 1kVA với công suất UPS 900W (PF=0,9) để hỗ trợ tải tính toán là 900W. Trong trường hợp đó, toàn bộ hệ thống sẽ được chạy 100% công suất. Tuy nhiên trên thực tế, ngay cả khi PF là 1, một UPS 100kVA sẽ không bao giờ hỗ trợ tải 100kW thực tế đầy đủ. Nó sẽ không được chạy ở 100% công suất.
Vì hệ thống UPS lớn là ba pha, ở đây chúng ta hãy lấy một UPS 100kVA trong hệ thống ba pha với 0,9 PF (công suất 90 kW) làm ví dụ.Nếu một người cần một tải 900W đầy đủ, nên sử dụng UPS 2kVA để chạy nó ở công suất tải 50%.
Thời gian lưu điện của UPS
Công suất thực tế của UPS cần thiết cũng có thể bị ảnh hưởng bởi thời gian chạy của UPS trong các tình huống cần thêm thời gian cho các thiết bị chạy. Ví dụ, nếu các thiết bị cần kết nối nằm trên các tầng khác nhau hoặc ở vị trí bên ngoài, UPS phải cung cấp thêm thời gian để các thiết bị tiếp tục hoạt động. Nếu không bất kỳ lỗi nào gây ra bởi thời gian chết mạng có thể dẫn đến tổn thất khôn lường. Thông thường, sẽ có nhiều thời gian chạy hơn nếu công suất thực của UPS lớn hơn nhiều so với tải yêu cầu.

5. Các loại ắc quy cho UPS

Trên thị trường hiện nay có một số loại ắc quy thông dụng là ắc quy nước và ắc quy khô

Ắc quy nước :
Với loại ắc quy truyền thống thường thấy trên thị trường là những loại ắc quy có thân bình được chia làm nhiều ngăn khác nhau, có nắp vặn và bên trong có chứa dung dịch lỏng và cọc bình bằng kim loại với nhiệm vụ truyền điện. Khi ắc quy hết nước thì chỉ cần thêm nước axit vào là được. Thời gian định kỳ khoảng 3 tháng / lần.
- Ưu điểm của ắc quy nước chủ yếu là do giá thành tương đối rẻ, dễ dàng tìm mua. Bình sạc có thể thêm nước axit vào để tiếp tục sử dụng.
- Nhược điểm của ắc quy nước là tuổi thọ thấp hơn ắc quy khô, khi nạp điện thường phát ra mùi khó chịu hay khí cháy, dòng ắc quy này không phù hợp làm ắc quy chạy quạt do sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe người dùng.
ge.jpg

Một model ắc quy nước của hãng Đồng Nai
Ắc quy khô :
Ắc quy khô, hay còn gọi là ắc quy kín khí, là loại ắc quy được cải tiến từ ắc quy nước, phía trên nắp không có nút vặn và chỉ cần sạc điện định kỳ là có thể tiếp tục sử dụng.
- Ưu điểm của ắc quy khô rất nhiều:
Thời gian phục hồi dòng điện sau khi phát nhanh hơn.
Không bốc mùi hay khí độc khi phát điện, phù hợp dùng làm ắc quy cho các thiết bị trong nhà.
Nạp điện định kỳ khoảng thời gian 6 tháng / lần.
Ắc quy khô có tuổi thọ cao hơn so với loại ắc quy nước thông thường.
- Nhược điểm duy nhất của ắc quy khô chính là có giá thành cao, mức giá trung bình từ 1,5 triệu trở lên.
Vì những tính ưu việt đó mà hầu như hiện nay các loại thiết bị điện, đặc biệt là đồ điện gia dụng đều được nhà sản xuất uy tín ưu tiên chọn ắc quy khô.

3.jpg

Một model ắc quy khô của hãng Vision

Cách bảo quản ắc quy hiệu quả
Vì có vai trò vô cùng quan trọng trong bộ lưu điện nên để đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của thiết bị này thì bạn nên lưu ý những vấn đề sau để có thể bảo quản ắc quy cho bộ lưu điện UPS:
Về thời gian sạc ắc quy lần đầu
Trong lần đầu sử dụng, bạn nên sạc ắc quy thật đầy (thông thường khoảng 10 giờ) rồi mới sử dụng. Do thông thường ắc quy luôn được nạp đầy khi còn nằm trong kho hàng, cho đến lúc bạn mua về lượng điện trong ắc quy sẽ bị hao hụt dần, nếu không được sạc đầy thì mức độ tự phóng điện của ắc quy sẽ càng cao.
Lưu ý mức sử dụng
Không để ắc quy cạn kiệt rồi mới sạc vì khi mức độ phóng điện càng cao sẽ làm giảm chất lượng và độ bền của ắc quy. Vì vậy bạn chỉ nên sử dụng khoảng 80% năng lượng của ắc quy hoặc tốt nhất bạn có thể chọn các loại ắc quy có dung lượng lớn hơn so với nhu cầu sử dụng thực tế.
Đảm bảo nhiệt độ môi trường phù hợp
Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đối với tuổi thọ của ắc quy cho bộ lưu điện. Mức nhiệt độ lý tưởng để bảo quản ắc quy vào khoảng 0-25 độ C và nhiệt độ cao nhất không vượt quá 600 độ C
Xả điện định kỳ
Vì trong quá trình sử dụng bạn phải nạp điện thường xuyên vào ắc quy nên sau một thời gian sử dụng thì bạn cũng phải xả định kỳ để đảm bảo tuổi thọ cho ắc quy. Thông thường thì ắc quy cho bộ lưu điện được nạp xả khoảng 2 tháng 1 lần, lúc ta nên ngắt điện lưới để ắc quy trong UPS được xả điện hoàn toàn.

6. Các lưu ý quan trọng khi thiết kế một hệ thống UPS

Ngoài việc lựa chọn được loại UPS và công suất phù hợp với yêu cầu thiết bị, để thiết kế được một hệ thống UPS.

- Kiểm tra vị trí và không gian lắp đặt.
+ Xem nguồn điện có phù hợp với vị trí lắp không.
+ Kiểm tra hệ thống sàn đủ chắc chắn để chịu được tải trọng của UPS và tủ ắc quy
+ Đảm bảo có hệ thống thông gió đầy đủ tại ví trị đặt UPS
- Tìm hiểu kích thước của UPS và các tủ ắc quy đi kèm
- Đảm bảo ổ cắm phù hợp để cấp điện vào UPS
- Lưu ý lắp đặt các UPS công suất nhỏ phía sau các UPS có công suất lớn hơn
- Nên sử dụng UPS cùng với máy phát điện
- Đảm bảo thiết bị UPS phù hợp với các quy chuẩn của địa phương (nếu có).

7. Quy trình, lưu ý khi bảo dưỡng.

Kiểm tra sơ bộ và thu thập dữ liệu của bộ lưu điện UPS

- Quan sát các hiện tượng có thể gây hỏng hóc bộ lưu điện UPS như chập, cháy, nổ, ngập nước, hóa chất..
- Kiểm tra và ghi nhận mọi thông số trên LCD như điện áp, tần số đầu vào ra, thông số tải, ắc quy..
- Kiểm tra cảnh báo lỗi thông qua màn hình LCD và các đèn LED hiển thị
- Thu thập toàn bộ thông tin của UPS trước khi tháo lắp và kiểm tra

Cho thiết bị dừng hoạt động theo đúng cách
- Đối với tải có thể ngưng hoạt động được: Tắt tải hoàn toàn và tắt sau đó hệ thống UPS.
- Đối với tải không thể ngưng hoạt động được: Trường hợp này nếu trong quá trình bảo dưỡng hệ thống UPS mà có cúp điện thì hệ thống tải sẽ ngưng hoạt động.

Kiểm tra bên trong UPS
- Mở cửa phía trước UPS
- Tháo các miếng định hướng gió
- Xả tụ BUS do các main PSDR nối với nhau nên ta chỉ cần xả trên một main là được rồi
- Tháo main PSDR - Kiểm tra - Vệ sinh - Gắn lại
- Tháo main CCB - Power, CCB - Signal kiểm tra - vệ sinh - gắn lại
- Tháo nắp trên của UPS kiểm tra và vệ sinh bo sạc, bo STS, bo EMI
Đậy lại nắp trên UPS, gắn lại các miếng chắn gió

Bên trong tủ ắc quy ( tủ batt)
- Tháo nắp trên tủ ắc quy
- Kiểm tra điện áp từng batt, tổng các batt
- Kiếm tra kết nối các batt
- Kiểm tra CB batt
- Kiểm tra thời gian lưu điện của ắc quy
- Vệ sinh
- Gắn lại nắp trên và 2 bên

Hoàn thành bảo trì và khởi động lại hệ thống theo đúng quy trình.

Trên đây là tổng hợp kiến thức chung về bộ lưu điện ( UPS). Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn các thông tin cần thiết.
Ngoài ra nếu có nhu cầu vui lòng liên hệ ngay với #JYWVINA để được nhận báo giá và tư vấn về sản phẩm kỹ hơn:
Hotline : 0246 682 0511
Add : Tầng 4, Tòa nhà N01-T4, Khu Đoàn Ngoại Giao, P. XuânTảo, Q. Bắc Từ Liêm, TP. Hà Nội
 
Bên trên