UPS ba pha cho tải công nghiệp: hệ số đỉnh, khả năng quá tải và nguồn cấp yếu

UPS của một nhà máy công nghiệp được chọn tại phòng điện, chứ không phải trong tủ rack IT. Tải có thể là tủ PLC, hệ DCS, dây chuyền CNC hoặc bảng điều khiển trạm xử lý nước; nguồn cấp có thể đến từ một máy biến áp có công suất hạn chế, một tổ máy phát diesel hoặc một tuyến cấp chung với thiết bị hàn. Đó là những điều kiện mà một chiếc UPS thương mại chưa từng tính đến trong thiết kế của nó.

Bài viết này giải thích bốn thông số then chốt phân biệt UPS công nghiệp với UPS thương mại, cùng các kiểm tra khi chạy thử nghiệm thu giúp phát hiện sai lệch trong lựa chọn trước khi nó gây ra một lần dừng máy.

Vì sao tải công nghiệp cần một loại UPS khác?

Tải công nghiệp chịu đựng các khiếm khuyết của nguồn điện kém hơn nhiều so với tải IT. Một bộ nguồn máy chủ có thời gian duy trì và trở kháng tương đối ổn định; ngược lại, một động cơ, máy nén hoặc thiết bị hàn có thể đòi dòng xung khởi động rất lớn, bơm hài vào lưới và gây méo điện áp. UPS phải hấp thụ bậc nhảy tải mà không chuyển sang bypass cũng không nhảy bảo vệ vì quá tải.

Môi trường cũng khác. Phòng điện có thể nóng và nhiều bụi, lại cách xa các khu vực IT có điều hòa. Cấp bảo vệ của tủ, phương thức làm mát và phòng ắc quy phải được xác định theo điều kiện hiện trường, không sao chép cấu hình mặc định trong catalogue.

Khác biệt thứ ba là hệ quả của một sự cố. Nếu UPS trong phòng máy chủ hỏng, có thể chỉ một vài dịch vụ bị gián đoạn; nếu UPS công nghiệp hỏng, cả một dây chuyền sản xuất, một trạm nước hoặc một hệ thống an ninh có thể dừng lại. Dự phòng và bypass bảo trì là một phần của thiết kế, không phải tùy chọn.

Hệ số đỉnh là gì và vì sao quan trọng?

Hệ số đỉnh là tỷ số giữa dòng đỉnh và dòng hiệu dụng (RMS). Một sóng sin tuyến tính có hệ số đỉnh khoảng 1.41. Một bộ nguồn chuyển mạch có thể đòi dòng đỉnh gấp 2–3 lần dòng RMS của nó. Một UPS có hệ số đỉnh 3:1 có thể cấp được đỉnh đó mà không cắt xén đầu ra.

Nếu UPS có hệ số đỉnh thấp hơn, điện áp đầu ra có thể bị méo hoặc UPS có thể nhảy bảo vệ vì quá tải dù tải RMS vẫn nằm trong dải định mức. Với một tải công nghiệp hỗn hợp gồm PLC, biến tần và các bộ điều khiển điện tử, nên chỉ định tối thiểu 3:1.

Khởi động động cơ cần bao nhiêu quá tải?

Một động cơ khởi động trực tiếp (DOL) có thể đòi dòng gấp 5–7 lần dòng định mức trong vài giây. Một UPS có khả năng quá tải 150% trong 1 phút có thể chịu được khởi động của một động cơ nhỏ, nhưng động cơ công suất lớn hơn có thể cần bộ khởi động mềm hoặc biến tần. Bộ nghịch lưu của UPS không phải là bộ khởi động động cơ.

Điều cần kiểm tra là đường cong quá tải. Một UPS công nghiệp điển hình cấp 110% trong 60 phút, 125% trong 10 phút và 150% trong 1 phút, và nhảy bảo vệ khi vượt 160–180%. Dòng và thời gian khởi động của động cơ phải nằm trong đường cong đó với biên dự phòng.

Thực tế kỹ thuật thông thường là giữ các động cơ trên lưới chung của tòa nhà và chỉ đấu phần điều khiển vào UPS. PLC, HMI, cảm biến và hệ truyền thông vẫn hoạt động trong thời gian mất điện, còn động cơ được khởi động lại theo một trình tự có kiểm soát khi lưới trở lại. Cách này giảm công suất UPS và tránh được vấn đề dòng khởi động.

Xử lý nguồn cấp yếu như thế nào?

Một nguồn cấp yếu bị sụt áp đáng kể khi động cơ khởi động hoặc khi một tổ máy phát nhận một khối tải. UPS phải vượt qua độ sụt đó mà không chuyển sang ắc quy; nếu không, ắc quy sẽ cạn trước khi xảy ra lần mất điện thực sự.

Dải điện áp đầu vào là thông số then chốt. Một UPS công nghiệp có dải 165–280 VAC pha-trung tính và 285–485 VAC giữa các pha có thể chịu được những lần sụt sâu. Một UPS thương mại có dải hẹp hơn có thể chuyển sang ắc quy và xả cạn bình.

Thêm một bộ ổn áp servo ở phía trước cũng hiệu chỉnh được đầu vào, nhưng thêm một hạng mục phải bảo trì và một độ trễ đáp ứng. Ở những nơi nguồn cấp đặc biệt yếu, người ta thường kết hợp một bộ ổn áp với một UPS có dải đầu vào rộng.

UPS cần môi trường lắp đặt như thế nào?

Tủ công nghiệp tiêu chuẩn là IP21, có thông gió cưỡng bức, và một số model có thể vận hành từ 0 đến 55 °C. IP21 chỉ bảo vệ chống chạm bằng ngón tay và nước nhỏ giọt thẳng đứng; nó không ngăn bụi mịn hay khí ăn mòn. Trong một nhà máy nhiều bụi, nên thống nhất với đơn vị tích hợp tủ để lắp tủ có bộ lọc, áp suất dương hoặc cấp IP cao hơn.

Trong một phòng nóng, tuổi thọ ắc quy là yếu tố giới hạn. Ắc quy VRLA ở 35 °C mất tuổi thọ nhanh gấp khoảng hai lần so với ở 25 °C. Cần đặt ắc quy trong một phòng mát hơn hoặc dùng bộ sạc có bù nhiệt độ và một bộ ắc quy có dung lượng lớn hơn.

Phòng UPS cũng cần lối đi bảo trì, đường cáp vào, hệ thống phát hiện cháy và một tuyến vận chuyển. Một tủ UPS 200 kVA cùng với ắc quy có thể nặng vài tấn; trước khi thiết bị đến, phải kiểm tra tải trọng cho phép của sàn và tuyến tiếp cận.

Chạy thử nghiệm thu UPS công nghiệp như thế nào?

Việc chạy thử nghiệm thu bắt đầu trước khi đóng điện. Phải kiểm tra điện áp đầu vào và thứ tự pha, việc chọn cỡ aptomat và cáp, đấu nối tiếp địa, điện áp của chuỗi ắc quy và thông gió; xác nhận rằng bypass bảo trì đã được liên động và tải nằm trong dải định mức của UPS.

Sau đó đóng điện UPS ở chế độ bypass, kiểm tra điện áp và tần số đầu ra, chuyển sang nghịch lưu và thực hiện thử tải. Mô phỏng một sự cố lưới để xác minh việc chuyển sang ắc quy và các cảnh báo; thử dừng khẩn cấp và chuyển sang bypass. Cuối cùng, ghi lại kết quả và bàn giao biên bản chạy thử nghiệm thu.

Danh mục kiểm tra cho UPS công nghiệp

• Đối chiếu hệ số đỉnh và đường cong quá tải với tải.
• Giữ các động cơ trên lưới của tòa nhà và bảo vệ phần điều khiển bằng UPS.
• Chọn UPS có dải đầu vào rộng khi nguồn cấp yếu.
• Điều chỉnh cấp bảo vệ tủ và phòng ắc quy cho phù hợp với môi trường hiện trường.
• Dự phòng bypass bảo trì cho mọi tải không thể dừng.
• Chạy thử nghiệm thu có thử tải và mô phỏng sự cố lưới.

UPS công nghiệp không phải là phiên bản phóng to của UPS phòng máy chủ, mà là một bộ thông số khác. Sự khác biệt lộ ra ở lần khởi động động cơ đầu tiên, ở lần sụt áp sâu đầu tiên hoặc vào ngày nắng nóng đầu tiên.