Module đệm và module dự phòng trong bối cảnh nguồn cung cấp điện công nghiệp

Ngày: 14/10/2021

Mục lục

Bộ nguồn công nghiệp được hiểu là các thiết bị điện chuyển đổi sang một thiết bị khác với mức công suất phù hợp (thường là AC). Các thiết bị này nhận điện xoay chiều thông qua các thiết bị đầu cuối đầu cung cấp nguồn điện một chiều cho các tải điện được kết nối. Từ đó nguồn điện được thực hiện một cách hiệu quả và an toàn. Tuy nhiên, trong một số trường hợp thì rủi ro ngắt điện vẫn có thể xảy ra khiến nguồn điện không thể cung cấp liên tục. Chẳng hạn như khi mất điện, nguồn điện (nếu tự ngắt) sẽ ngừng cung cấp nguồn điện một chiều cho các tải được kết nối với nó. Vậy thì bất kỳ lỗi nào xảy ra sau đó, thậm chí một tải bị lỗi, đều có thể gây ra hậu quả tương tự với các tải khác.

Trong các ứng dụng công nghiệp quan trọng, bất kỳ sự cố mất điện hoặc gián đoạn cung cấp điện đều cũng có thể gây ra những tác động nghiêm trọng. Ví dụ, việc hạ cấp thiết bị giám sát và điều khiển trong nhà máy lọc dầu có thể ảnh hưởng đến sự an toàn của nhân viên. Chúng ta dễ dàng bắt gặp những thiết lập quan trọng như vậy tại các cơ sở công nghiệp. Do đó bộ nguồn sẽ được bổ sung thêm các module dự phòng và module đệm để tránh các vấn đề xấu xảy ra.

Các module cung cấp điện dự phòng có thể tăng gấp đôi tính khả dụng của hệ thống.

Các module cung cấp điện dự phòng

Hệ thống cung cấp điện dự phòng bao gồm hai hoặc nhiều nguồn cung cấp giống nhau được kết nối song song với tải điện kèm theo. Các bộ nguồn được tách rời (ngăn không cho dòng điện đồng thời cung cấp) với các module dự phòng bổ sung trên mỗi bộ nguồn. Các module dự phòng này thực hiện nhiệm vụ:

  • Liên tục theo dõi tất cả các nguồn cung cấp điện cho hệ thống.

  • Phát hiện nhanh chóng các lỗi nguồn điện.

  • Ngay lập tức bỏ qua các đơn vị bị lỗi và chuyển sang sử dụng các nguồn cung cấp vật tư khác.

Chính hoạt động này đã giúp đảm bảo được các tải đính kèm nhận được điện một chiều mà không bị lỗi.

Hệ thống dự phòng có thể là 1+1 hoặc n+1. Dự phòng 1+1 là với nguồn điện đôi được kết nối song song thông qua một module dự phòng để tải. Tại đây, các module dự phòng cho phép dòng điện chỉ chạy một nguồn điện tại một thời điểm. Vì thế dòng điện định mức sẽ không bao giờ bị vượt quá. Điều cần làm là bạn phải có bộ nguồn 5-A kép để tạo ra một hệ thống dự phòng 5-A. Khi đó, nguồn điện tại thời gian làm việc sẽ tắt cho đến khi module dự phòng phát hiện ra lỗi và tiếp tục hoán đổi vai trò của chúng.

Module dự phòng là những thành phần trung gian có nhiệm vụ cài đặt giữa nguồn điện và tải kết nối của chúng.

Một hệ thống n + 1 sẽ phải tuân theo một nguyên lý làm việc được sử dụng ba hoặc nhiều nguồn cung cấp điện. Các hệ thống n + 1 này thực sự vượt trội khi có được một cường độ dòng điện đặc biệt nhưng hai nguồn điện có định mức yêu cầu sẽ không có sẵn. 

Ví dụ như trường hợp một hệ thống lớn đang muốn có hệ thống dự phòng 40-A nhưng không có nguồn cung cấp 40-A trong quá trình cài đặt. Ở đây, 5 bộ nguồn cung cấp điện 10-A có thể tách từ nguồn 40-A. Bộ nguồn cung cấp điện sẽ kết nối song song với module dự phòng để cho phép dòng điện chạy từ 4 bộ nguồn và để dư lại 1 bộ dự phòng. Nếu lỗi phát sinh ở bất kỳ điểm nào trong số 4 nguồn cung cấp đang hoạt động thì module dự phòng sẽ ngay lập tức thúc đẩy nguồn điện dự phòng hoạt động nhằm duy trì sức sản xuất. Lưu ý rằng, không phải module dự phòng nào cũng có thể cung cấp nhiều hơn hai đầu vào. Vì thế, hệ thống n + 1 thường dựa vào nhiều module dự phòng được kết nối bằng điện.

Tách nguồn là quá trình cô lập các nguồn cung cấp điện mà trong đó vẫn giữ một hoặc nhiều nguồn dự phòng. Các module dự phòng thường thực hiện tách và chuyển mạch bằng cách sử dụng diode hoặc bóng bán dẫn có hiệu lực trên trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET). Công nghệ diode đã được sử dụng nhiều trong các module dự phòng và đang dần phổ biến trên thị trường. Tuy nhiên hiện nay, MOSFETS đã và đang ngày càng phổ biến trong các module mới. Từ đó, chúng có tác dụng loại bỏ sự sụt giảm điện áp và tổn thất điện năng.

Các module bộ đệm có thể kết nối sự cố mất điện trong vài giây.

Lợi ích của module dự phòng và hệ thống điện dự phòng

Module dự phòng được tạo ra sẽ giúp đảm bảo khả năng cung cấp nguồn điện một chiều cho hệ thống trước những rủi ro có thể xảy ra như sự thay đổi nguồn điện áp, quá trình tải bị lỗi hay sự cố toàn bộ nguồn xoay chiều diễn ra. Hệ thống dự phòng (bộ lưu điện) cũng giúp cải thiện tuổi thọ hoạt động của các thiết bị được kết nối. Có thể nói, việc sử dụng nhiều module dự phòng cho nhiều hệ thống nguồn điện chính là một giải pháp linh hoạt nhất hiện nay.

Ví dụ: Một kỹ sư có thể tạo ra một hệ thống dự phòng với khả năng đáp ứng nhu cầu cho 50A, 40A và 30A chỉ bằng cách sử dụng 6 bộ nguồn 10-A và 3 module dự phòng đầu vào kép. Kết quả cho thấy, hệ thống điện dự phòng cho phép lấy nguồn điện ra để sửa chữa hoặc thay thế mà không cần tắt toàn bộ hệ thống. Quá trình thực hiện này được gọi là hoán đổi nóng.

Những hạn chế của module dự phòng nguồn điện và hệ thống dự phòng

Hạn chế đầu tiên phải kể đến chính là hệ thống dự phòng đòi hỏi một chi phí lớn, năng lượng, không gian sử dụng cần bỏ ra ít nhất gấp đôi.

Khi lỗi bị phát sinh đồng thời trong nhiều nguồn cung cấp điện thì các tải được kết nối có thể không được cấp nguồn.

Ngoài ra, sụt áp và tổn thất điện năng (mặc dù rất nhỏ) vẫn có thể xảy ra như điện từ nguồn điện đi qua module dự phòng đến tải.

Module đệm có vai trò gì trong hệ thống cung cấp điện?

Sự cố mất điện chỉ trong vài giây cũng có thể gây ra nhiều thiệt hại về tiền bạc, thời gian… Module đệm là các thiết bị điện bổ sung nhằm giải quyết những hư hỏng, thiệt hại không đáng có. Chúng thực hiện bằng cách cung cấp nguồn điện một chiều (giống như một cầu nối). Cách lắp đặt chuẩn nhất đó là module đệm sẽ được kết nối trực tiếp với nguồn điện và lưu trữ năng lượng “dự phòng” trong các tụ điện của nó (trường hợp hoạt động bình thường). Khi module phát hiện ra sự cố mất điện sơ cấp, nó sẽ giải phóng công suất cần thiết cho các tải điện gắn liền. Tiếp đó, nó sẽ kéo dài thời gian hoạt động trong các khoảng thời gian thường được đo bằng mili giây. Trong trường hợp hệ thống bị tắt nguồn trong khoảng thời gian khá lâu thì các module đệm sẽ có đủ dung lượng hỗ trợ điều khiển máy báo cáo sự mất mát xảy ra và cho phép hệ thống lưu dữ liệu thông tin quan trọng. Cuối cùng là hoàn thành các quy trình trước khi tắt hoàn toàn.

Tìm hiểu thêm: Giải pháp cung cấp điện cho sản xuất với hệ thống điện mặt trời.

Hiểu chi tiết hơn là module đệm không cung cấp nguồn điện dự phòng liên tục. Thay vào đó, chúng sẽ cung cấp khả năng sao lưu tức thời trong thời gian gặp sự cố, trục trặc năng lượng kéo dài tính bằng mili giây.

Để xử lý tình trạng quá tải này, các module đệm cũng có thể cung cấp dòng điện cực đại trong ngắn hạn bổ sung cao hơn định mức hiện tại của nguồn điện công nghiệp. Chức năng này giúp loại bỏ sự cần thiết của việc cung cấp điện quá mức cho phép.

Tóm lại, bạn hoàn toàn có thể tin tưởng về lợi ích của module đệm đem lại là rất nhiều. Chúng đảm bảo được việc cung cấp điện một chiều liên tục cho các hệ thống, thiết bị quan trọng. Thêm vào đó, chúng cung cấp thêm năng lượng trong điều kiện tải tăng đột biến nhằm loại bỏ nhu cầu sử dụng nguồn cung cấp điện quá mức cho phép. Cuối cùng, các module đệm có thể cho phép nhiều cài đặt loại bỏ nhu cầu đối với các hệ thống UPS đắt tiền hơn, cồng kềnh hơn và phức tạp hơn.

Tuy nhiên, bạn cũng cần chú ý đến những hạn chế của module đêm như chỉ có thể hoạt động trong thời gian cực ngắn. Khoảng thời gian này có thể khiến hệ thống trở nên nghiêm trọng nếu xảy ra sự cố mất điện lâu. Ngoài ra, một số module đệm cung cấp điện ở điện áp hơi thấp hơn so với công suất định mức ban đầu của chúng.

Chia sẻ: Intech Group