Thiết Kế Thi Công Hệ Thống ATS Trung Thế: Cẩm Nang Kỹ Thuật & Giải Pháp An Toàn Theo Tiêu Chuẩn IEC

Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, sự ổn định nguồn điện là “mạch máu” sống còn của mọi nhà máy và tòa nhà cao tầng. Tại các hệ thống quan trọng như Data Center, Bệnh viện, hay các nhà máy sản xuất chip bán dẫn (Semiconductor), việc mất điện dù chỉ vài giây hay quá trình chuyển nguồn không mượt mà cũng có thể gây thiệt hại hàng tỷ đồng do hỏng hóc dây chuyền và gián đoạn dữ liệu.

Nếu ATS hạ thế (0.4kV) đóng vai trò “người gác cổng” cho từng phân xưởng, thì hệ thống ATS trung thế (Medium Voltage ATS) chính là “trái tim” điều phối nguồn năng lượng khổng lồ từ lưới điện 22kV/35kV. Tuy nhiên, thiết kế và thi công hệ thống này là một thách thức kỹ thuật cực lớn, tiềm ẩn rủi ro về phóng điện hồ quang (Arc Flash) và yêu cầu nghiêm ngặt về phối hợp bảo vệ.

Với hơn 20 năm kinh nghiệm thực chiến, KTH Electric biên soạn tài liệu này nhằm cung cấp cái nhìn chuyên sâu về quy trình thiết kế, thi công và vận hành hệ thống ATS trung thế an toàn, tin cậy.

ATS Trung Thế Là Gì? Sự Khác Biệt Cốt Lõi Với ATS Hạ Thế

📞

Hotline tư vấn 0968.27.11.99

Ms. Thanh Tâm

Chuyên Viên tư vấn & báo giá

⚡ Phản hồi trong 5 phút

Chat ngay qua Zalo Official

Rất nhiều chủ đầu tư nhầm lẫn rằng ATS trung thế chỉ là phiên bản “lớn hơn” của tủ ATS hạ thế. Đây là quan niệm sai lầm nguy hiểm. Dưới đây là bảng so sánh kỹ thuật:

Giải Phẫu Cấu Trúc Hệ Thống ATS Trung Thế Chuẩn IEC

Một hệ thống chuyển nguồn trung thế đạt chuẩn IEC 62271-200 phải là sự phối hợp đồng bộ của 3 khối chức năng chính. Bất kỳ sự sai lệch nào trong thiết kế của 3 khối này đều có thể dẫn đến sự cố nổ tủ điện.

Khối Động Lực (Power Part)

Đây là phần chịu áp lực dòng điện và điện áp cao nhất:

• ➤ Tủ điện trung thế (MV Switchgear): Thường sử dụng tủ RMU (Ring Main Unit) cho các trạm nhỏ hoặc tủ máy cắt chân không VCB dạng rút kéo (Draw-out) cho các trạm công suất lớn để dễ bảo trì.
• ➤ Máy cắt (Circuit Breaker): Đóng vai trò đóng cắt dòng tải và dòng ngắn mạch. Các thương hiệu hàng đầu thường được KTH Electric tư vấn gồm: Schneider (Evolis/EasyPact), ABB (VD4), Siemens (Sion).
• ➤ Thanh cái (Busbar): Hệ thống thanh cái đồng mạ bạc/thiếc phải được tính toán chịu đựng lực điện động khi xảy ra ngắn mạch 25kA/1s hoặc cao hơn.

Khối Điều Khiển & Bảo Vệ (Control & Protection)

Đây là “bộ não” quyết định sự thông minh và an toàn của hệ thống:

• ➤ Rơ-le bảo vệ đa chức năng: Các mã phổ biến như 7SJ82 (Siemens), P139 (Schneider Micom) hay REF615 (ABB). Nhiệm vụ: Bảo vệ quá dòng (50/51), Chạm đất (50N/51N), Thấp áp/Quá áp (27/59), Tần số (81).
• ➤ Bộ điều khiển ATS (Controller): Tùy theo độ phức tạp, có thể dùng PLC (Siemens S7-1200, Schneider M221) để lập trình tùy biến hoặc dùng bộ điều khiển chuyên dụng như DeepSea (DSE), ComAp (InteliGen) để quản lý việc hòa đồng bộ và chia tải.
• ➤ Khóa liên động (Interlock): Bao gồm liên động cơ khí (dây cáp, thanh cài) và liên động điện (tiếp điểm phụ). Đây là chốt chặn cuối cùng ngăn chặn việc đóng nhầm 2 nguồn không đồng bộ vào nhau.

Khối Đo Lường (Sensors)

• TU (Voltage Transformer): Giám sát điện áp lưới và máy phát, cấp nguồn nuôi cho mạch điều khiển.
• TI (Current Transformer): Cấp tín hiệu dòng điện cho Rơ-le bảo vệ và đồng hồ đo đếm.

Các Kịch Bản Thiết Kế & Nguyên Lý Vận Hành

Việc lựa chọn sơ đồ nguyên lý phụ thuộc hoàn toàn vào yêu cầu về độ tin cậy (Reliability) và ngân sách của dự án. KTH Electric thường tư vấn 2 giải pháp chính:

Sơ Đồ 2 Nguồn Độc Lập (2 Incomers Scheme)

Đây là cấu hình phổ biến nhất, sử dụng 2 máy cắt đầu vào (hoặc 1 Lưới – 1 Máy phát) cấp chung vào một hệ thanh cái.

• Nguyên lý Interlock: “2 chọn 1” (2 out of 1). Tại một thời điểm chỉ cho phép 1 máy cắt đóng.
• Ưu điểm: Chi phí đầu tư thấp, mạch điều khiển đơn giản.
• Nhược điểm: Khi bảo trì thanh cái, toàn bộ tải phía sau sẽ mất điện. Có thời gian gián đoạn khi chuyển nguồn (Break-before-Make).

Sơ Đồ Máy Cắt Liên Lạc (Bus Tie Scheme) – Chuẩn Data Center

Dùng cho các hệ thống yêu cầu độ tin cậy N+1, có 2 máy biến áp nguồn hoặc 2 nguồn lưới riêng biệt.

• Cấu hình: 2 Máy cắt đầu vào (Incomer 1, Incomer 2) và 1 Máy cắt liên lạc (Bus Tie) ở giữa.
• Vận hành bình thường: Incomer 1 đóng, Incomer 2 đóng, Bus Tie mở. Hai thanh cái vận hành độc lập.
• Vận hành sự cố: Khi mất nguồn 1 -> Máy cắt Incomer 1 mở -> Máy cắt Bus Tie tự động đóng lại sau thời gian trễ -> Nguồn 2 nuôi toàn bộ tải của cả 2 thanh cái.
• Yêu cầu đặc biệt: Phải tính toán kỹ công suất máy biến áp để chịu tải gấp đôi, hoặc tích hợp chức năng Sa thải phụ tải (Load Shedding) để cắt bớt các tải không ưu tiên, tránh làm sập nguồn dự phòng.

Quy Trình Thi Công Lắp Đặt Tại KTH Electric

Khác với các đơn vị thi công điện nhẹ, quy trình của KTH Electric đối với hệ thống trung thế tuân thủ nghiêm ngặt các bước kiểm soát chất lượng (QA/QC):

Bước 1: Khảo sát & Thiết kế chi tiết (Design)

Kỹ sư của chúng tôi sẽ đo đạc các thông số tại điểm đấu nối: Dòng ngắn mạch (Isc), đặc tuyến bảo vệ của Recloser phía điện lực. Dữ liệu này dùng để Setting Relay sao cho hệ thống của khách hàng cắt sự cố trước khi làm nhảy Recloser của điện lực (Phối hợp chọn lọc).

Bước 2: Lắp ráp & Đấu nối (Assembly)

• Cơ khí: Lắp đặt tủ VCB/LBS đảm bảo độ phẳng, gia cố khung đế chịu lực rung động khi đóng cắt.
• Thanh cái: Xiết lực bu lông (Torque) theo đúng tiêu chuẩn của nhà sản xuất, đánh dấu sơn niêm phong. Đảm bảo khoảng cách cách điện không khí tối thiểu (ví dụ: 220mm cho điện áp 24kV).
• Mạch nhị thứ: Đấu nối hệ thống điều khiển PLC, Relay, Interlock với dây chống nhiễu, bấm đầu cốt (Cos) và đánh số dây (Ferrules) chuyên nghiệp để dễ dàng bảo trì.

Bước 3: Thí nghiệm & Hiệu chỉnh (Testing & Commissioning)

Đây là bước quan trọng nhất để khẳng định chất lượng. KTH Electric sử dụng thiết bị thí nghiệm chuyên dụng (Omicron/Megger) để:

• Đo điện trở cách điện, điện trở tiếp xúc.
• Thử nghiệm điện áp tăng cao tần số công nghiệp (Hipot Test).
• Bơm dòng thí nghiệm chức năng bảo vệ Relay (50/51, 50N/51N…).
• Giả lập quy trình chuyển nguồn tự động (Auto Transfer Simulation) để kiểm tra logic PLC.
• Kiểm tra phóng điện cục bộ (Partial Discharge – PD) để phát hiện các lỗi cách điện tiềm ẩn.

Các Lỗi Thường Gặp & Hướng Xử Lý Sự Cố

Trong quá trình cung cấp dịch vụ bảo trì tủ trung thế, chúng tôi thường gặp các vấn đề sau:

• 1. Máy cắt VCB không đóng được (Closing Failure):Nguyên nhân: Chưa lên lò xo (Spring Charge), mất nguồn điều khiển DC, hoặc mạch Interlock đang khóa.Xử lý: Kiểm tra motor lên lò xo, kiểm tra trạng thái tiếp địa (Earthing Switch) phải đang mở.
• 2. Hệ thống không tự động chuyển nguồn:Nguyên nhân: Bộ điều khiển ATS lỗi, Rơ-le bảo vệ 27 (thấp áp) cài đặt sai ngưỡng.Xử lý: Kiểm tra tín hiệu từ TU, xem lại log sự cố trên Controller.
• 3. Phóng điện bề mặt đầu cáp:Nguyên nhân: Thi công đầu cáp T-Plug/Elbow bẩn, không vệ sinh kỹ lớp bán dẫn.Xử lý: Vệ sinh lại bằng dung dịch chuyên dụng hoặc làm lại đầu cáp mới.

Tại Sao Chọn KTH Electric Cho Dự Án ATS Trung Thế?

Hệ thống trung thế không cho phép sai sót. Một sai lầm nhỏ cũng có thể trả giá bằng an toàn tính mạng và uy tín doanh nghiệp. KTH Electric tự hào là đối tác tin cậy của nhiều nhà máy FDI lớn nhờ:

• ✔ Năng lực chuyên sâu: Đội ngũ kỹ sư được đào tạo bài bản về thiết bị Schneider, ABB, Siemens, LS.
• ✔ Trang thiết bị hiện đại: Sở hữu đầy đủ máy móc thí nghiệm Relay, máy thử VLF, camera nhiệt để kiểm soát chất lượng tối đa.
• ✔ Dịch vụ trọn gói: Từ tư vấn thiết kế, thẩm duyệt PCCC, thi công lắp đặt đến bảo trì 24/7.

Kết Luận

Đầu tư vào hệ thống ATS trung thế là đầu tư cho sự an tâm và liên tục của hoạt động sản xuất. Đừng để những thiết kế sơ sài hay nhà thầu thiếu năng lực gây nguy hiểm cho nhà máy của bạn. Hãy để các chuyên gia của KTH Electric giúp bạn giải quyết những bài toán khó nhất về điện cao áp.

Liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn giải pháp và khảo sát hiện trạng miễn phí.