Bài giảng Chuẩn trong thiết kế và thi công các công trình điện - Chương III: Thiết kế và thi công các công trình điện theo tiêu chuẩn IEC - Phần F: Nguồn và tải đặc biệt

LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
 1. Máy phát điện hạ thế
 2. Bộ cấp nguồn liên tục (UPS)
 3. Biến áp hạ/hạ
 4. Động cơ không đồng bộ
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
1. Máy phát điện
 Trong các mạng điện công
nghiệp hoặc thương mại thường
có các tải quan trọng đòi hỏi yêu
cầu cấp điện liên tục như:
 Hệ thống an ninh, báo cháy, 
chiếu sáng sự cố, báo động
 Các tải ưu tiên mà việc dừng
hoạt động gây thiệt hại về
kinh tế, mất an toàn 
 Một trong những biện pháp duy
trì cấp điện cho tải ưu tiên là sử
dụng máy phát dự phòng.
Sơ đồ khối máy phát
Pn - Công suất động cơ sơ cấp
Un, In - Áp và dòng định mức của MF
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
1.1. Bảo vệ quá tải MF
 Nếu xảy ra quá tải 
Động cơ sơ cấp sẽ giảm
tốc hoặc dừng.
 Đặc tuyến quá tải
 Cài đặt thông số của
thiết bị bảo vệ quá tải:
• I/In = 1,1  t > 1h (quá
tải 10 % trong 1 giờ)
• I/In = 1,5  t = 30s
Đặc tuyến quá tải
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
1.2. Bảo vệ ngắn mạch:
 Dòng NM là tổng của:
• Dòng siêu quá độ
• Dòng tắt dần dạng sin.
 Gồm 3 giai đoạn:
• Giai đoạn siêu quá độ: 
trong chu kỳ đầu tiên (0-
20) ms, dòng NM có giá trị
khoảng (6-12)In
• Giai đoạn quá độ: Dòng
NM bằng khoảng (1,5-2)In.
• Giai đoạn xác lập: Với máy
kích từ nối tiếp dòng NM 
khoảng 0,5In; với máy kích
từ hỗn hợp, dòng NM 
khoảng (2-3)In.
Sự biến thiên của dòng NM qua 3 giai đoạn
Dòng NM ở giai đoạn quá độ
Với là điện kháng quá độ
s 3
1I
3
n
c
d
I
X


 ( )dX  
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
1.3. Bảo vệ phía tải mạng hạ áp
 Bảo vệ mạch ưu tiên:
 Chỉnh định thời gian trễ:
• Mạch phân phối thứ cấp: Trị dòng định mức của các TB bảo vệ
trong mạch phân phối thứ cấp và mạch phân phối cuối luôn nhỏ
hơn In của MF hoặc MBA
• Mạch phân phối chính:
– Với thanh cái chính: Trị định mức của TB bảo vệ tương đương với TB bảo vệ MF
– Tính chọn lọc của TB bảo vệ trên thanh cái mạch ưu tiên phải được đảm bảo. 
Cần chỉnh định thời gian trễ giữa thiết bị bảo vệ trên mạch phân phối chính với
thiết bị bảo vệ trên mạch phân phối phía tải.
 An toàn cho người:
 Trong hệ thống nối đất IT và TN, việc bảo vệ chống chạm điện gián tiếp
được thực hiện bởi chức năng bảo vệ cắt dòng có trễ của CB. 
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
1.4. Giám sát thông số MF
 Do tính đặc thù của MF và bộ điều áp (AVR – Automatic 
Voltage Regulator), các thông số vận hành của MF cần phải
giám sát khi cấp cho tải đặc biệt.
 Ptác dụng cung cấp từ MF đạt tối ưu khi cosφ = 0,8
 Với cosφ < 0,8, bằng cách cường kích, MF có thể cung cấp 1 
phần Q
 Bộ tụ điện (tụ bù) nối với MF:
 MF không tải nối với bộ tụ điện có thể xảy ra hiện tượng tự kích, 
gây ra quá điện áp.
  Phải ngắt bộ tụ điện bằng cách gửi tín hiệu cắt đến bộ điều
khiển đóng cắt bộ tụ.
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
 Khởi động động cơ KĐB được cấp điện bởi MF:
 MF chỉ có thể cung cấp tối đa, trong thời gian quá độ, dòng điện
khoảng (3-5)In.
 Động cơ KĐB khi khởi động Ikđ có thể lên tới 6In
 Nếu tổng công suất các động cơ nối với MF lớn, việc khởi động
đồng thời cần dòng khởi động tổng cao. Sụt áp trên MF lớn do 
điện kháng quá độ và cận quá độ của MF có giá trị khá cao. Khi
đó có thể gây ra:
• Động cơ không thể khởi động.
• Thời gian khởi động kéo dài vì sụt áp lớn  nhiệt độ tăng
cao
• Các thiết bị bảo vệ nhiệt có thể tác động cắt mạch
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
Ví dụ: Máy phát Pn = 130 kVA, 
điện áp ra 380V, cosφ = 0,8; In
= 150A
Điện kháng quá độ phần trăm
của máy phát: x’d = 20%
Tổng công suất các động cơ
ΣP = 45 kW, khởi động trực
tiếp Ki = 5.65
Dòng Isc = (150/20).100 = 750 A
Dòng định mức của các động cơ khi khởi động đồng thời: 
Inđc = 45000/( . 380 . 0,8) = 85 A
Dòng khởi động: Id = Ki.Inđc = 480 A
Sụt áp trên thanh cái khi tất cả các động cơ khởi động đồng thời là:
3
 
s
480 150
.100 = .100 = 55 %
I 750 150
d n
c n
I IU
U I
  
  
  
 Không thể khởi động
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
Một số lưu ý khi tái khởi động động cơ:
 Nếu động cơ lớn nhất có P > Pn/3 thì cần lắp bộ khởi động
mềm cho động cơ này.
 Nếu ΣPđộng cơ > Pn/3, thì các động cơ cần được khởi động
tuần tự nhờ dùng PLC (Programmable Logic Controller).
 Nếu ΣPđộng cơ < Pn/3  có thể tái khởi động trực tiếp các
động cơ.
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
 Tải của MF là tải phi tuyến:
• Mạch từ bão hòa
• Đèn phóng điện, đèn huỳnh quang
• Bộ biến đổi điện từ
• Thiết bị tin học: PC, máy tính 
 Tải phi tuyến phát sinh sóng hài dòng, các sóng hài này có
thể gây ra mức độ méo dạng điện áp do MF thường có
công suất NM thấp.
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
 Kết hợp giữa MF và UPS:
 Là giải pháp tốt nhất đảm
bảo chất lượng cấp
nguồn cho tải nhạy cảm.
 Bộ UPS cũng là 1 loại tải
phi tuyến.
 Công suất UPS cần đủ
cung cấp cho tải đầu ra
có tính đến khả năng chịu
quá tải (VD: 1,5In trong 1’ 
và 1,25In trong 10’)
 Công suất cần thiết nạp
cho ắc quy của UPS tỷ lệ
với Pn của UPS: Sr = 
1,17Pn.
Tổ hợp MF- UPS
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
 Dòng tính toán cho tuyến cấp nguồn 1 và 2
Công suất định
mức UPS: Pn
(kVA)
Dòng tính toán
tuyến 1 (A) (qua chỉnh lưu)
(U = 400 V)
Dòng tính toán
tuyến 2 (A) (By-pass)
(U = 400 V)
40 86 60,5
60 123 91
80 158 121
100 198 151
120 240 182
160 317 243
200 395 304
250 493 360
300 590 456
400 793 608
500 990 760
600 1180 912
800 1648 1215
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
 Do UPS là tải phi 
tuyến  Vậy khi
khởi động UPS với
nguồn cấp là MF, 
thì cần tăng dần
dòng nạp, tránh
dòng nạp ban đầu
quá lớn
Tăng dần dòng nạp khi khởi động UPS
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
Máy phát điện làm việc song song:
• Điện áp ra phải có cùng trị hiệu dụng
• Điện áp ra các MF phải có cùng tần số
• Thứ tự pha của các MF phải giống nhau
• Điện áp ra của các MF phải trùng pha nhau
 Do các MF cung cấp cho cùng 1 tải  cần được đồng bộ
chính xác (điện áp, tần số), và tải cần được cân bằng
thích hợp.
 Điều chỉnh Ura của MF bằng cách thay đổi Ikích từ, tần số f 
được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ quay của động
cơ sơ cấp.
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
 Sự cố hư hỏng cách
điện MF:
 Cần phát hiện và loại
trừ nhanh chóng sự cố
NM pha - trung tính.
 Bảo vệ chạm đất
(Ground Fault 
Protection – GFP) hoạt
động theo nguyên lý
phát hiện dòng rò :
• Cắt MF sự cố khỏi lưới
để duy trì tính liên tục
cấp điện.
• Dừng MF sự cố, giảm
thiểu hư hỏng.
Sự cố hư hỏng cách điện MF
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
2. Bộ cấp nguồn liên tục UPS
 UPS - Uninterruptible Power Supply đáp ứng yêu cầu về
tính liên tục và chất lượng nguồn cấp:
• Điện áp ra thỏa mãn yêu cầu chất lượng bằng cách
dùng bộ nghịch lưu (inverter).
• Là nguồn dự phòng độc lập.
• Thời gian chuyển mạch để thay thế nguồn lưới gần
như không có  Không bị gián đoạn cung cấp điện
  Phù hợp với các tải nhạy cảm do đảm bảo tính liên
tục và chất lượng nguồn cấp.
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
 Cấu tạo: Gồm các thành
phần:
 Bộ chỉnh lưu / nạp: Biến đổi
AC  DC nạp cho ắc quy.
 Bộ nghịch lưu: Chuyển điện
áp DC  AC cấp cho tải.
 Bộ ắc quy: Tích trữ điện
năng, đảm bảo thời gian cần
thiết chạy nguồn dự phòng
(từ 8’ đến 1h hoặc lâu hơn).
 Khóa chuyển mạch bằng bán
dẫn: Chuyển từ nguồn lưới
sang nguồn dự phòng và
ngược lại.
LOGO
 Phân loại: Theo IEC 62460
a, UPS ngoại tuyến (passive 
standby hay off-line)
Normal mode: Tải được nối lưới qua 
bộ lọc để hạn chế nhiễu và ổn định điện
áp. Công suất cấp cho tải không qua bộ
nghịch lưu (off-line).
Ứng dụng: Tải nhỏ (< 2 kVA)
-Không có chuyển mạch bán dẫn để
đóng cắt nguồn  cần thời gian trễ để
chuyển nguồn.
a, UPS ngoại tuyến (passive standby 
hay off-line)
Battery backup mode: Khi nguồn lưới
mất, bộ nghịch lưu và ắc quy được
đóng để cấp điện cho tải (thời gian
chuyển nguồn rất ngắn (<10 ms)).
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
b, UPS off-line công
nghệ Line-interactive 
(tương tác với lưới)
Normal mode: Đấu song song ngõ vào AC 
với bộ nghịch lưu. Ắc quy được nạp qua bộ
nghịch lưu.
Battery backup mode: Khi nguồn lưới mất, 
ắc quy và bộ nghịch lưu sẽ cấp điện cho tải. 
Chuyển mạch bán dẫn cắt lưới khỏi tải, 
ngăn không cho công suất từ UPS chảy
ngược về lưới.
Khi nguồn lưới hồi phục, tải được chuyển về
lưới (normal mode)
Bypass mode: Nếu UPS có sự cố, tải
chuyển sang nguồn Bypass AC (nguồn dự
phòng) thông qua đường Bypass
Ứng dụng: Dùng cho tải công suất nhỏ
b, UPS off-line công nghệ Line-interactive 
(tương tác với lưới)
LOGO
c, UPS on-line (double conversion) 
Normal mode: Thực hiện biến đổi kép AC-
DC-AC, từ lưới qua bộ CL, bộ NL cấp điện
cho tải (on-line)
Battery backup mode: Khi mất nguồn
lưới, ắcquy và bộ NL cấp điện cho tải. UPS 
làm việc cho đến khi hết thời gian lưu điện
của ắc quy hoặc khi nguồn lưới hồi phục.
Bypass mode: Tải được cấp điện bằng
nguồn Bypass (nguồn dự phòng). Chế độ
này được vận hành khi:
-UPS hư hỏng
-Dòng tải tăng vọt (khi khởi động hoặc sự
cố).
-Tải đạt công suất đỉnh.
 nhiễu ở nguồn Bypass sẽ ảnh hưởng
trực tiếp đến tải.
Nhánh Manual maintenance bypass 
thường đóng cắt bằng tay, được sử dụng
khi bảo dưỡng.
c, UPS on-line (double conversion)
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
Ứng dụng: Do sử dụng chuyển mạch bán dẫn  thời gian chuyển mạch
không đáng kể.
Điện áp và tần số đầu ra không phụ thuộc đầu vào  UPS có thể hoạt
động với tần số khác.
Thường dùng cho tải có công suất trung bình hoặc cao (từ 10 kVA trở lên)
 Ắc quy: Gồm 2 loại chính: - Ắc quy Nickel-cadmium 
- Ắc quy chì-acid
Ắc quy chì-acid loại kín chiếm khoảng 95% do dễ bảo trì và không cần vị trí lắp
đặt đặc biệt.
Ắc quy kín được ưa chuộng do: -Không cần bảo dưỡng
-Dễ lắp đặt
-Không yêu cầu vị trí lắp đặt đặc biệt.
Ắc quy acid thông thường (loại hở) dùng cho các ứng dụng yêu cầu:
-Tuổi thọ cao
-Thời gian lưu điện dài
-Công suất lớn
Nhưng đòi hỏi lắp đặt trong phòng đặc biệt, với quy trình chính xác và yêu
cầu bảo trì thường xuyên.
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
Chọn thời gian lưu điện: Tùy thuộc vào:
-Khoảng thời gian trung bình xảy ra sự cố mất nguồn.
-Thời gian cần thiết để cấp điện từ nguồn dự phòng.
Các quy tắc lựa chọn:
-Với máy tính: Thời gian lưu điện cần đủ để lưu dữ liệu và tắt hệ thống
máy tính theo đúng quy trình.
-Các quá trình công nghiệp: Phụ thuộc vào mức độ tổn thất kinh tế khi
dừng sản xuất và thời gian cần thiết để khởi động lại quá trình
Tuổi thọ Độ thu gọn
Nhiệt độ
cho phép
Tần suất
bảo dưỡng
Vị trí lắp đặt
đặc biệt
Giá
Chì - acid kín 5 hoặc 10 năm + + Thấp Không Trung bình thấp
Chì - acid hở 6 hoặc 10 năm + ++ Trung bình Có Thấp
Nickel - cadmium 7 hoặc 10 năm ++ +++ Cao Không Cao
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
Phương pháp lắp đặt ắc quy
a, Đặt trên kệ
b, Đặt trên bệ
dạng bậc thang c, Đặt trong tủ
- Với ắc quy loại kín, có thể đặt cùng vỏ với UPS, lắp trong tủ riêng hoặc
giá đỡ
- Với ắc quy loại hở có thể đặt trên kệ hoặc bệ dạng bậc thang.
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
 Lắp đặt, kết nối và chọn kích cỡ cáp điện:
- Với UPS công suất nhỏ như loại dùng cho máy tính  nhỏ gọn và tích hợp
sẵn. Việc đấu dây do nhà sản xuất thực hiện.
- Với UPS loại lớn, dây nối
tới lưới, tới tải và tới ắc quy
không có sẵn  Phải tính
chọn cáp kết nối thích hợp.
Tìm dòng Iu, I1
-Dòng Iu từ nguồn lưới bằng với dòng tải.
-Dòng I1 phụ thuộc vào:
+ Dung lượng bộ ắc quy.
+ Đặc tính bộ nạp.
+ Hiệu suất bộ NL
-Dòng Ib chạy trên dây nối bộ ắc quy.
Giá trị các dòng điện này được cho bởi nhà sản xuất.
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
3. Biến áp hạ/hạ
 Đặc điểm: cuộn sơ cấp và thứ cấp đều là hạ áp.
 Ứng dụng:
 Thường dùng để cung cấp nguồn cho mạch điều khiển và chỉ
thị, cung cấp nguồn cho mạch chiếu sáng (VD tạo điện áp 230V 
khi nguồn cấp là 400V, 3 pha, 3 dây).
 Thay đổi kiểu nối đất đối với 1 số loại tải.
 Bảo vệ mạch cấp điện cho biến áp hạ/hạ:
 Tại thời điểm đóng điện cho BA, dòng quá độ ban đầu có giá trị
cao nhưng suy giảm nhanh  thiết bị bảo vệ cho mạch cấp điện
MBA không được tác động cắt với dòng từ hóa ban đầu.
 Dùng CB có đặc tính cắt chọn lọc (trễ 1 khoảng thời gian
ngắn) hoặc CB có dòng cắt từ rất cao.
LOGOF. Nguồn và tải đặc biệt
4. Động cơ KĐB
 Động cơ KĐB vận hành ổn định, tin cậy, giá thành thấp nên được sử
dụng rất rộng rãi (95%)
4.1. Hậu quả khi động cơ không được bảo vệ đúng:
 Đối với người:
 Điện giật do hư hỏng cách điện
 Tại nạn do mất điều khiển.
 Bị ngạt do nghẽn thông gió động cơ.
 Đối với truyền động điện và quá trình:
 Hư hỏng ly hợp và các phần cơ do bị kẹt.
 Giảm năng suất
 Ngừng trệ sản xuất
 Đối với động cơ:
 Các cuộn dây cháy do động cơ bị kẹt.
 Chi phí tháo lắp, thay thế, sửa chữa động cơ.
LOGO
4.2. Mạch cấp điện cho động cơ:
 Có đặc thù so với các mạch phân phối khác do:
 Chịu dòng khởi động lớn.
 Tần số thao tác, khởi động lớn
  Các thiết bị bảo vệ phải có đặc tính thích hợp, tránh tác động khi
khởi động động cơ.
 Chức năng:
 Chức năng cách ly:
 Có thể dùng CB hoặc dao cách ly
Điều khiển động cơ tại chỗ hoặc từ xa: Thực hiện bởi công tắc tơ, 
các bộ khởi động.
 Bảo vệ chống ngắn mạch: Dòng khởi động động cơ có thể lên tới (6-
8)In  cần chú ý để ngăn ngừa tác động cắt mạch không mong muốn
trong quá trình khởi động.
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
 Bảo vệ chống quá tải
 Bảo vệ bổ xung: Bảo vệ quá nhiệt dây quấn bằng cách đo trực tiếp
hoặc gián tiếp nhiệt độ cuộn dây; Giám sát thường xuyên điện trở
cách điện; bảo vệ chống mất cân bằng, mất hoặc hoán vị pha 
 Các thiết bị điều khiển:
 Các bộ khởi động điện cơ: Sao tam giác, biến áp tự ngẫu, khởi
động bằng điện trở 
 Các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, điều khiển.
 Bộ khởi động mềm
 Các bộ biến tần
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
 Sơ đồ bảo vệ cơ bản: CB + công tắc tơ + rơ le nhiệt:
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
Ưu điểm: 
 Giảm chi phí bảo trì: CB thay thế cho cầu chì trong chức năng
bảo vệ NM.
 Tác động cắt của cả 3 pha được đảm bảo
 Có khả năng cắt dòng đầy tải bằng CB trong trường hợp hư
hỏng công tắc tơ như hàn dính tiếp điểm.
 Có thể khóa liên động cơ và điện
 Các tín hiệu cảnh báo, chỉ thị khá đa dạng
 Có khả năng thêm RCD vào mạch
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
4.3. Tầm quan trọng của việc giới hạn sụt áp tại đầu cực
động cơ khi khởi động:
 Để động cơ khởi động và gia tốc trong khoảng thời gian thích
hợp, mômen của động cơ phải lớn hơn ít nhất 70% mômen của
tải.
 Dòng khởi động rất lớn so với dòng đầy tải của động cơ  có
thể gây sụt áp lớn.
 Mômen do động cơ sinh ra tỷ lệ với U2  Nếu sụt áp lớn thì
mômen giảm quá mức có thể khiến động cơ không khởi động
được.
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
 Ví dụ:
 Động cơ 220/380 V, Δ/Υ có bội số mômen khởi động km
= 2,1
 Nếu sụt áp 10% thì bội số mômen khởi động lúc này là: 
km1 = 2,1.(0,9)
2 = 1,7, động cơ vẫn có thể khởi động và
gia tốc bình thường.
 Nếu sụt áp 15%  km2 = 2,1.(0,85)
2 = 1,5 thời gian
khởi động động cơ tăng .
F. Nguồn và tải đặc biệt
LOGO
4.4. Dòng khởi động cho phép lớn nhất của động cơ trong mạng
hạ thế:
 Khi khởi động trực tiếp động cơ xoay chiều công suất lớn có thể gây tác
động xấu cho các tải tiêu thụ lân cận. Thường các công ty điện lực có
quy định chặt chẽ nhằm giới hạn nhiễu ở mức chấp nhận được
 Các phương pháp khởi động khác (thường đắt tiền hơn) được dùng để
giảm dòng khởi động của động cơ xuống mức cho phép: Sơ đồ sao –
tam giác, khởi động bằng điện trở, khởi động mềm 
Loại động cơ Vị trí
Dòng khởi động max (A)
Mạng trên không Mạng cáp ngầm
Một pha
Nhà ở 45 45
Nơi khác 100 200
Ba pha
Nhà ở 60 60
Nơi khác 125 250
Dòng khởi động cho phép lớn nhất của động cơ khởi động trực tiếp (230/400V)
F. Nguồn và tải đặc biệt