Tủ ATS là gì? Hướng Dẫn Toàn Diện Về Tủ Chuyển Nguồn Tự Động A-Z

Trong các hệ thống yêu cầu độ tin cậy điện năng tuyệt đối như nhà máy, bệnh viện hay trung tâm dữ liệu, việc mất điện dù chỉ vài giây cũng có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Đây là lúc Tủ ATS (Automatic Transfer Switch) thể hiện vai trò không thể thiếu của mình.

Vậy tủ ATS là gì? Nói đơn giản, đây là một tủ điện thông minh, có nhiệm vụ tự động chuyển đổi nguồn điện giữa nguồn chính (lưới điện, thường qua máy biến áp) và nguồn dự phòng (máy phát điện) khi có sự cố, đảm bảo phụ tải luôn được cấp điện liên tục.

Chức năng cốt lõi của Tủ điện ATS

Chức năng cốt lõi của tủ ATS là tự động chuyển nguồn điện từ lưới sang dự phòng (máy phát) khi có sự cố và ngược lại. Nó đảm bảo nguồn điện liên tục, bảo vệ thiết bị và tự động hóa vận hành mà không cần can thiệp thủ công.

Vai trò của tủ ATS không chỉ là chuyển mạch. Nó là một hệ thống bảo vệ và giám sát toàn diện:

• Đảm bảo liên tục: Tự động chuyển sang nguồn dự phòng khi nguồn chính gặp sự cố (mất pha, mất trung tính, quá áp, sụt áp…).
• Bảo vệ hệ thống: Ngắt kết nối khỏi lưới điện khi không an toàn, bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng.
• Tự động hóa: Giảm thiểu sự can thiệp của con người, tự động khởi động và dừng máy phát điện.
• An toàn vận hành: Tích hợp các chức năng bảo vệ, thi công tiếp địa và hệ thống chống sét đúng chuẩn, đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị.

Cấu tạo chi tiết bên trong Tủ ATS

Cấu tạo tủ ATS tiêu chuẩn bao gồm 5 thành phần chính: Vỏ tủ (bảo vệ), Thiết bị chuyển mạch (Contactor, MCCB, ACB), Bộ điều khiển (bộ não), Thanh cái đồng (phân phối điện), và các Thiết bị bảo vệ phụ trợ (Aptomat, rơ-le).

Để thực hiện chức năng phức tạp của mình, một tủ ATS tiêu chuẩn được cấu thành từ nhiều thành phần kỹ thuật cao:

1. Vỏ Tủ (Enclosure): Thường làm bằng thép mạ kẽm, sơn tĩnh điện. Việc lắp đặt tủ điện theo tiêu chuẩn quốc gia là bắt buộc để đảm bảo an toàn và độ bền.
2. Thiết bị Chuyển Mạch Động Lực (Switching Device): Đây là “trái tim” của tủ ATS, quyết định khả năng chịu tải. Tùy vào công suất của hệ thống mà sử dụng:
   • Contactor (Khởi động từ): Dùng cho hệ thống nhỏ. Xem thêm Contactor là gì?
   • MCCB (Aptomat khối): Phổ biến cho tải trung bình. Đọc chi tiết tại MCCB là gì?
   • ACB (Máy cắt không khí): Bắt buộc cho hệ thống tổng công suất cực lớn (>800A). Tìm hiểu kỹ hơn Máy cắt không khí ACB là gì?
3. Bộ Điều Khiển (ATS Controller): Đây là “bộ não”, giám sát thông số nguồn điện (Volt, Tần số, cường độ dòng điện), gửi tín hiệu khởi động máy phát và điều khiển thiết bị chuyển mạch.
4. Thanh Cái Đồng (Busbar): Dùng để phân phối, kết nối mạch động lực. Việc vệ sinh thanh cái Busbar định kỳ rất quan trọng. Bạn có thể tìm hiểu thanh cái Busbar là gì để biết thêm.
5. Thiết bị Bảo Vệ & Phụ Trợ: Bao gồm các Aptomat là gì? (như MCB, MCCB) bảo vệ mạch, rơ-le, đèn báo, và các thiết bị chống giật như RCCB là gì? hoặc ELCB là gì?.

Nguyên lý hoạt động của Tủ ATS (Chi tiết từng bước)

Nguyên lý hoạt động của ATS là: Giám sát nguồn lưới. Khi lưới sự cố, ATS ngắt lưới, khởi động máy phát. Khi máy phát ổn định, ATS chuyển tải sang máy phát. Khi lưới có điện trở lại, ATS chuyển tải về lưới và tắt máy phát. Quá trình này tự động 100%.

Nguyên lý vận hành của tủ ATS rất logic, đảm bảo quá trình chuyển nguồn diễn ra mượt mà và an toàn.

Quy trình hoạt động chuẩn (Lưới -> Máy phát -> Lưới):

1. Giám sát: Bộ điều khiển ATS liên tục theo dõi trạng thái nguồn lưới.
2. Phát hiện sự cố: Khi nguồn lưới mất (hoặc không ổn định) trong một khoảng thời gian cài đặt (thường 5-10 giây), ATS ngắt kết nối tải ra khỏi lưới.
3. Khởi động máy phát: ATS gửi tín hiệu “Start” đến máy phát điện.
4. Kiểm tra nguồn dự phòng: Máy phát khởi động. Khi điện áp và tần số ổn định, bộ điều khiển ATS ghi nhận.
5. Chuyển tải: ATS đóng thiết bị chuyển mạch, kết nối tải vào nguồn từ máy phát (Tổng thời gian chuyển đổi 5-30 giây).
6. Giám sát lưới trở lại: Khi nguồn lưới có điện và ổn định trở lại (khoảng 10-30 giây), ATS bắt đầu quy trình chuyển ngược lại.
7. Chuyển tải về lưới: ATS ngắt tải khỏi máy phát và kết nối trở lại nguồn lưới.
8. Dừng máy phát: Sau khi chuyển tải thành công, ATS gửi tín hiệu “Stop” (thường sau một thời gian chạy làm mát) cho máy phát.

Phân loại Tủ điện ATS phổ biến hiện nay

Tủ ATS được phân loại theo 3 tiêu chí chính: 1. Theo cấu hình nguồn (phổ biến nhất là 1 lưới – 1 máy phát), 2. Theo thiết bị chuyển mạch (Contactor, MCCB, ACB), và 3. Theo cấp điện áp (hạ thế hoặc trung thế).

Tủ ATS được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí để phù hợp với từng nhu cầu:

Theo cấu hình nguồn:

Phân loại theo cấu hình nguồn gồm 2 loại chính: “1 Lưới – 1 Máy phát” (phổ biến) và “2 Lưới – 1 Máy phát” (dùng cho nơi cần độ tin cậy cao).

• 1 Lưới – 1 Máy phát: Cấu hình phổ biến nhất.
• 2 Lưới – 1 Máy phát: Dùng ở nơi có 2 nguồn lưới độc lập, tăng cường độ tin cậy.

Theo thiết bị chuyển mạch:

Phân loại theo thiết bị chuyển mạch dựa trên công suất: Contactor (công suất nhỏ), MCCB (công suất vừa/lớn), và ACB (công suất rất lớn, >800A).

• Tủ ATS dùng Contactor (Công suất nhỏ).
• Tủ ATS dùng MCCB (Công suất vừa và lớn).
• Tủ ATS dùng ACB (Công suất rất lớn).

Theo cấp điện áp:

Phân loại theo cấp điện áp gồm Tủ ATS hạ thế (phổ biến nhất) và Tủ ATS trung thế (dùng cho các trạm biến áp lớn).

• Tủ ATS hạ thế: Phổ biến nhất, dùng trong hệ thống điện hạ thế.
• Tủ ATS trung thế: Dùng cho các hệ thống điện áp cao hơn, thường liên quan đến trạm biến áp lớn. Bạn có thể xem thêm bài phân biệt điện trung thế, hạ thế và cao thế.

Ứng dụng thực tế của Tủ ATS ở đâu?

Tủ ATS được ứng dụng ở bất cứ nơi nào yêu cầu nguồn điện không gián đoạn, bao gồm: Khu công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại, bệnh viện (phòng mổ, cấp cứu), sân bay, và trung tâm dữ liệu (Data Center).

Bất cứ nơi nào không chấp nhận việc gián đoạn điện năng đều cần tủ ATS:

• Điện công nghiệp: Các nhà máy, xí nghiệp, khu thi công điện nhà xưởng nơi dây chuyền sản xuất phải hoạt động 24/7.
• Thương mại: Tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại, khách sạn.
• Y tế & Xã hội: Bệnh viện (đặc biệt là phòng mổ, cấp cứu), sân bay, đài truyền hình.
• Hạ tầng: Trung tâm dữ liệu (Data Center), trạm viễn thông.

Lưu ý khi Lựa chọn và Lắp đặt Tủ ATS

Khi lựa chọn tủ ATS, cần lưu ý 4 điểm chính: Xác định đúng công suất tải, chọn vị trí lắp đặt khô ráo, thoáng mát (0-40°C), ưu tiên thiết bị chuyển mạch từ thương hiệu uy tín (ABB, Schneider…), và chỉ chọn đơn vị thi công có chuyên môn cao.

Việc lựa chọn sai tủ ATS có thể dẫn đến vận hành không ổn định hoặc lãng phí chi phí.

1. Xác định Công suất: Phải dựa trên tổng công suất của tải ưu tiên. Đây là bước quan trọng tương tự như khi lập bảng chọn Aptomat theo công suất.
2. Vị trí lắp đặt: Phải đặt ở nơi khô ráo, thoáng mát (chuẩn 0-40°C), tránh xa khu vực ẩm ướt.
3. Lựa chọn thiết bị: Chọn Contactor, MCCB, ACB từ các thương hiệu uy tín (ABB, Schneider, Siemens, Mitsubishi…).
4. Đơn vị thi công: Việc lắp đặt tủ ATS đòi hỏi chuyên môn cao. Luôn chọn các nhà thầu cơ điện uy tín để đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật.

Bảo trì và các lỗi thường gặp với Tủ ATS

Các lỗi thường gặp của tủ ATS là hỏng hóc do không bảo trì định kỳ, đặt ở vị trí ẩm ướt gây chập cháy, hoặc hỏng Aptomat do quá tải. Giải pháp là bảo trì định kỳ 6 tháng/lần, siết ốc, vệ sinh và kiểm tra nhiệt độ các tiếp điểm.

Để tủ ATS hoạt động bền bỉ, bảo trì là công việc bắt buộc. Bỏ qua việc này có thể dẫn đến các sự cố nghiêm trọng.

Sai lầm phổ biến:

• Không bảo trì định kỳ: Bụi bẩn, bu-lông lỏng lẻo gây move, phát nhiệt.
• Vị trí lắp đặt ẩm ướt: Gây rỉ sét, chập cháy.
• Aptomat hỏng do quá tải: Không thay thế kịp thời.

Giải pháp & Bảo trì:

• Thực hiện quy trình bảo trì tủ điện hạ thế định kỳ 6 tháng/lần.
• Siết lại ốc vít, kiểm tra tiếp điểm, kiểm tra nhiệt độ thanh cái (có thể dùng dịch vụ scan nhiệt tủ điện).
• Vận hành thử ATS ở chế độ không tải và có tải.

Nếu bạn không có chuyên môn, hãy sử dụng dịch vụ bảo trì hệ thống điện chuyên nghiệp. Đối với các sự cố phức tạp, dịch vụ sửa tủ điện công nghiệp sẽ giúp bạn khắc phục nhanh chóng.

Kết luận

Tủ ATS là thành phần then chốt trong mọi hệ thống điện dự phòng. Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó không chỉ giúp bạn lựa chọn đúng thiết bị mà còn đảm bảo vận hành an toàn, liên tục cho toàn bộ hệ thống.

Nếu bạn cần tư vấn, thiết kế, lắp đặt hoặc dịch vụ bảo trì trạm biến áp và tủ ATS, hãy liên hệ với KTH Electric để được hỗ trợ kỹ thuật chuyên sâu nhất. Bạn cũng có thể xem thêm các bài viết kiến thức chuyên ngành khác của chúng tôi.