Hệ thống bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong UPS: Nguyên lý và ứng dụng

Trong hệ thống bộ lưu điện (UPS), bảo vệ quá tải và ngắn mạch là hai cơ chế quan trọng. Giúp thiết bị hoạt động an toàn, ổn định. Hyundai Việt Thanh sẽ giới thiệu nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế của hệ thống bảo vệ này trong các dòng UPS hiện đại.

Khái niệm cơ bản

Quá tải là gì?

Quá tải là hiện tượng khi hệ thống điện tiêu thụ dòng điện vượt quá công suất định mức. Trong UPS, quá tải xảy ra khi tổng công suất các thiết bị kết nối vào UPS vượt quá khả năng cấp điện liên tục của bộ lưu điện. Mỗi UPS đều có tải riêng và nếu vượt quá ngưỡng này, hệ thống sẽ bị quá tải.

Khi quá tải, nhiệt độ bên trong UPS và các linh kiện tăng cao. Đặc biệt là tại các bộ phận chuyển đổi điện (bộ nghịch lưu, biến áp, mạch điện tử…). Nếu tình trạng này diễn ra trong thời gian dài hoặc lặp lại nhiều lần. Nó có thể gây hư hỏng linh kiện, giảm tuổi thọ thiết bị hoặc gây cháy nổ.

Vì vậy, các UPS hiện đại luôn tích hợp cơ chế phát hiện và xử lý quá tải. Từ đó đảm bảo an toàn cho cả thiết bị lẫn người dùng.

Cổng giao tiếp trong UPS: Kết nối với hệ thống quản lý thông minh

Bộ Lưu Điện Online 20KVA/18KW Hyundai HD-20K3

Nguyên nhân gây quá tải

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng quá tải trong UPS. Phổ biến nhất là do kết nối quá nhiều thiết bị cùng lúc. Đôi khi, người dùng không kiểm tra kỹ tổng công suất tiêu thụ của các thiết bị đầu ra. Khiến tổng tải vượt quá giới hạn mà UPS có thể chịu.

Ngoài ra, việc dùng đồng thời các thiết bị có dòng khởi động lớn cũng có thể gây quá tải. Một số trường hợp UPS bị cấu hình sai. Chẳng hạn như chọn chế độ bypass trong khi tải lớn. Hoặc cấu hình ngưỡng tải không phù hợp, cũng có thể dẫn tới hiện tượng này.

Ngoài yếu tố người dùng, sự cố phần cứng như tụ điện bị suy giảm, biến áp bị lỗi… Cũng có thể khiến UPS không còn khả năng chịu tải như thiết kế ban đầu. Tóm lại, quá tải thường bắt nguồn từ việc không kiểm soát nhu cầu tải thực tế so với khả năng cung cấp của UPS.

Ngắn mạch là gì?

Ngắn mạch là hiện tượng dòng điện đi qua một đường dẫn ngoài ý muốn. Có điện trở rất thấp, thường do hai dây dẫn điện chạm nhau trực tiếp. Điều này tạo nên dòng điện rất lớn trong thời gian cực ngắn. Có thể gấp hàng chục đến hàng trăm lần dòng điện định mức.

Trong UPS, ngắn mạch có thể xảy ra tại ngõ ra khi thiết bị đầu cuối bị lỗi. Dây dẫn bị tróc vỏ cách điện, hoặc do nước, kim loại lạ gây ra tiếp xúc điện không mong muốn. Ngắn mạch không chỉ làm sụp áp tức thì mà còn gây nguy cơ cháy nổ nghiêm trọng.

Hiện tượng này có thể xuất hiện ở bất kỳ giai đoạn nào trong chuỗi điện. Từ đầu vào UPS, bên trong bo mạch, đến đầu ra tải. Do đó, các UPS hiện đại đều trang bị cảm biến nhanh và cơ chế cắt điện tức thì khi phát hiện ngắn mạch để bảo vệ thiết bị và người dùng.

Nguyên nhân gây ngắn mạch

Ngắn mạch có thể bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Phổ biến nhất là sự cố dây điện bị hở khiến các dây dẫn chạm nhau. Thiết bị điện bị hỏng bên trong như motor, máy in cũng có thể gây ra ngắn mạch khi kết nối với UPS. Ngoài ra, nước thấm vào ổ cắm, dây điện bị gặm nhấm (chuột, gián) cũng là tác nhân phổ biến.

Một số trường hợp ngắn mạch còn xảy ra ngay trong cấu trúc nội bộ của UPS. Đặc biệt nếu có lỗi sản xuất hoặc thiết bị không được vệ sinh định kỳ. Lắp đặt UPS trong môi trường ẩm cũng góp phần làm tăng nguy cơ ngắn mạch.

Nhìn chung, bất cứ điểm nào có hai dây điện khác cực gần nhau mà không được cách điện tốt đều tiềm ẩn nguy cơ ngắn mạch. Việc bảo vệ bằng các cầu chì, CB hoặc mạch bảo vệ điện tử là rất cần thiết để xử lý nhanh tình huống này.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống bảo vệ

Nguyên lý hoạt động dựa trên việc giám sát liên tục dòng điện và điện áp. Tại các ngõ ra của UPS thông qua các cảm biến dòng và vi điều khiển trung tâm.

Khi quá tải, cảm biến dòng sẽ phát hiện dòng tăng bất thường. Bộ xử lý tín hiệu sẽ so sánh với ngưỡng thiết lập sẵn. Nếu vượt quá trong thời gian ngắn, hệ thống có thể phát tín hiệu cảnh báo. Nếu quá tải kéo dài, UPS sẽ ngắt tải hoàn toàn để tránh hư hỏng.

Trong trường hợp ngắn mạch, dòng điện tăng vọt gần như tức thì. UPS sẽ nhận biết qua cảm biến dòng hoặc mạch bảo vệ chuyên biệt. Thường là mạch so sánh nhanh kết hợp bộ triệt xung (snubber) hoặc CB điện tử.

Khi phát hiện dòng ngắn mạch vượt mức cho phép, UPS cắt mạch ngay lập tức trong vài phần nghìn giây (ms) để tránh dòng ngắn mạch lan ra toàn hệ thống.

Ngoài ra, nhiều dòng UPS cao cấp còn tích hợp chuyển mạch bypass. Cho phép thiết bị tiếp tục hoạt động sau khi sự cố được xử lý. Nhờ sự phối hợp giữa phần cứng và phần mềm, hệ thống bảo vệ này giúp UPS hoạt động ổn định, an toàn. Từ đó tăng tuổi thọ cho cả thiết bị lẫn tải kết nối.

Ứng dụng thực tế

Văn phòng: Hệ thống bảo vệ giúp ngăn ngừa tình trạng cắm quá nhiều thiết bị vào UPS. Như máy tính, máy in, switch, gây quá tải. Khi có sự cố, UPS sẽ tự ngắt tải hoặc cảnh báo người dung. Tránh làm hỏng thiết bị hoặc gây sập nguồn đột ngột trong giờ làm việc.

Bệnh viện: Tại khu vực sử dụng thiết bị y tế nhạy cảm, UPS cần duy trì điện ổn định 24/7. Nếu xảy ra ngắn mạch do thiết bị hỏng hoặc ẩm ướt, hệ thống bảo vệ sẽ ngắt mạch ngay. Tránh nguy cơ cháy nổ và bảo vệ tính mạng bệnh nhân.

Trung tâm dữ liệu: Với lượng máy chủ và thiết bị lưu trữ lớn, nếu không có cơ chế bảo vệ quá tải và ngắn mạch, chỉ một sự cố nhỏ cũng có thể làm gián đoạn toàn hệ thống. UPS với chức năng bảo vệ sẽ cô lập điểm lỗi. Giữ cho phần còn lại hoạt động bình thường và bảo vệ dữ liệu an toàn.

Gia đình: Nhiều gia đình sử dụng UPS cho thiết bị mạng, tivi hoặc máy tính cá nhân. Trong trường hợp dây điện bị chuột cắn hoặc vô tình cắm nhầm thiết bị công suất lớn, hệ thống bảo vệ sẽ xử lý ngay. Điều này giúp tránh rủi ro điện giật hoặc cháy nổ.

Nhà máy, xưởng sản xuất: Những nơi sử dụng động cơ, máy móc nặng có thể gây dòng khởi động lớn. UPS công nghiệp cần có bảo vệ quá tải và ngắn mạch để xử lý các tình huống này. Giữ cho quy trình sản xuất không bị gián đoạn.

Lợi ích khi tích hợp hệ thống bảo vệ hiệu quả

• Tăng tuổi thọ thiết bị: Khi UPS được trang bị hệ thống bảo vệ quá tải và ngắn mạch tốt, các linh kiện bên trong sẽ tránh được tình trạng làm việc quá sức. Nhờ đó, thiết bị vận hành bền bỉ hơn, ít hỏng, giảm chi phí bảo trì.
• Đảm bảo an toàn điện: Hệ thống bảo vệ giúp phát hiện sớm và xử lý nhanh các tình huống nguy hiểm. Như dòng điện vượt ngưỡng, chập mạch hay xung điện bất thường. Điều này giúp bảo vệ cả thiết bị kết nối lẫn người sử dụng. Giúp hạn chế tối đa các sự cố như điện giật, chập cháy.
• Giảm thiểu rủi ro cháy nổ và downtime: Khi có sự cố, UPS sẽ tự động cách ly hoặc ngắt tải kịp thời. Đồng thời, việc xử lý sự cố nhanh chóng cũng giúp giảm thời gian gián đoạn hệ thống. Giữ cho hoạt động của doanh nghiệp, văn phòng không bị ngưng trệ.

Tóm lại, một hệ thống bảo vệ hiệu quả là “lá chắn” cho UPS và là yếu tố quan trọng để vận hành hệ thống điện an toàn và ổn định lâu dài.

Việc lựa chọn một bộ lưu điện có tích hợp đầy đủ các cơ chế bảo vệ hiện đại sẽ giúp bạn yên tâm hơn trong quá trình sử dụng. Nếu bạn đang cần tư vấn hoặc tìm mua UPS chất lượng, chính hãng, hãy liên hệ Hyundai Việt Thanh – đơn vị phân phối uy tín với nhiều dòng UPS đa dạng, dịch vụ tận tâm và hỗ trợ kỹ thuật chuyên sâu.

Công Ty Cổ Phần Hyundai Việt Thanh

Địa chỉ: Tòa nhà BMC Building, Số 31, Ngõ 92, Nguyễn Khánh Toàn, Phường Quan Hoa, Quận Cầu Giấy, TP. Hà Nội

Hotline: 0964.160.888.

Email: Thuannqmp@gmail.com