UPS cho tủ điều khiển: chọn kiểu, công suất và thời gian lưu

Một máy từ Nhật về nhà máy, trong tủ điều khiển có một UPS nhỏ. Nhãn ghi "AC100V", tài liệu gọi nó là máy kiểu joji shoyo kyuden, còn lưới điện nhà máy bạn là 220 V một pha hoặc 380 V ba pha, 50 Hz. Hoặc bạn là người lập thông số cho tủ, và cần quyết định gắn UPS loại nào, công suất bao nhiêu.

Tóm tắt: chọn kiểu UPS theo mức gián đoạn mà tải chịu được, chọn công suất sao cho tải nằm trong cả định mức VA lẫn định mức W, và đặt thời gian lưu điện theo trình tự dừng máy thực sự cần. Sau đó kiểm tra đầu vào của UPS có khớp với lưới tại chỗ không, vì tủ điện của Nhật thường thiết kế quanh 100 V hoặc 200 V.

Bài này nói về việc UPS làm được và không làm được gì trong tủ điều khiển, ba kiểu UPS xoay chiều, cách chọn công suất theo VA và W, thời gian lưu điện, và lưới điện Nhật (100 V/200 V, 50/60 Hz) so với lưới Việt Nam. Cuối bài có bảng kiểm và danh sách câu hỏi gửi nhà cung cấp Nhật.

Một số từ tiếng Nhật hay gặp trên bản vẽ tủ và tài liệu UPS:

• mu-teiden dengen sochi: bộ lưu điện (UPS)
• joji inverter kyuden hoshiki: UPS online (chuyển đổi kép, double-conversion)
• line-interactive hoshiki: UPS line-interactive
• joji shoyo kyuden hoshiki: UPS standby (offline); shoyo nghĩa là điện lưới thương mại
• shuntei: mất điện thoáng qua; shunji den'atsu teika (gọi tắt là shuntei): sụt áp tức thời
• backup jikan: thời gian lưu điện (backup time, runtime)

Mục lục

1. UPS làm gì trong tủ điều khiển (và không làm gì)
2. Hai nhiệm vụ: vượt qua nhiễu loạn điện và mua thêm thời gian để dừng máy
3. Ba kiểu UPS: online, line-interactive và standby
4. Chọn công suất UPS cho tủ điều khiển: VA, W và hệ số công suất
5. Thời gian lưu điện: đọc đường cong runtime
6. Điện Nhật Bản (100 V/200 V, 50/60 Hz) so với lưới Việt Nam
7. Nhập khẩu hoặc xuất khẩu tủ có UPS bên trong
8. Bảng kiểm: rà soát UPS cho tủ điều khiển
9. Câu hỏi gửi nhà cung cấp Nhật
10. Giới hạn của bài viết này
11. Câu hỏi thường gặp
12. Nguồn tham khảo

UPS làm gì trong tủ điều khiển (và không làm gì)

Bình thường UPS lấy điện lưới, cấp cho tải và sạc ắc quy. Khi đầu vào mất hoặc ra ngoài dải cho phép, UPS giữ đầu ra bằng năng lượng đã tích trữ. Ắc quy có thể nằm trong thân máy hoặc đặt trong tủ ắc quy riêng. Quy mô trải từ máy nhỏ để dưới bàn đến hệ thống lớn cho máy chủ và thiết bị quan trọng của nhà máy.

Năng lượng đó dùng theo hai cách. UPS có thể cấp cho tải cho đến khi máy phát khởi động, hoặc giữ thiết bị chạy đủ lâu để tắt có trật tự trước khi ắc quy cạn. Ở nhà máy quy trình, tải được bảo vệ thường là hệ thống điều khiển và giám sát như DCS.

Giới hạn quan trọng nhất là phạm vi. UPS chỉ giữ cho chạy những gì đấu vào đầu ra của nó. Tủ điều khiển còn điện không có nghĩa là bơm, motor hay thiết bị mạng lấy điện từ mạch khác sẽ chạy tiếp.

Hình 1 cho thấy cách chia thường gặp giữa mạch điều khiển được bảo vệ và mạch động lực của motor.

Hình 1: UPS bảo vệ mạch điều khiển, không bảo vệ mạch motor

Ví dụ khái niệm. Tủ điều khiển và PC giám sát lấy điện từ UPS; motor chạy trên mạch điện động lực riêng.

Dây tín hiệu được lược bỏ. Nếu ứng dụng cần, hãy đưa cả switch mạng và thiết bị hiện trường vào phạm vi được bảo vệ.

Ngay trong một tủ, nguồn điều khiển AC, bộ nguồn DC và thiết bị mạng có thể nằm trên các mạch riêng. Hãy đánh dấu phạm vi đầu ra của UPS lên bản vẽ đấu dây của tủ để phát hiện tải bị sót.

Ba kiểu UPS trong bài này đều là loại vào AC, ra AC. Nếu hệ điều khiển chạy 24 V DC, hãy quyết định là UPS AC cấp cho bộ nguồn DC, hay sao lưu trực tiếp phía DC. Dù chọn cách nào, cũng cần ghi rõ điện áp và dòng điện yêu cầu, và thiết bị nào nhận tín hiệu mất điện và lệnh dừng.

Hai nhiệm vụ: vượt qua nhiễu loạn điện và mua thêm thời gian để dừng máy

UPS trong tủ điều khiển làm một trong hai việc, hoặc cả hai. Một là vượt qua các nhiễu loạn điện ngắn để quy trình tiếp tục chạy. Hai là mua thêm thời gian khi mất điện dài, để lưu dữ liệu và dừng thiết bị an toàn. Giữ quy trình chạy và dừng nó có kiểm soát đòi hỏi tải bảo vệ khác nhau và thời gian lưu điện khác nhau.

Vượt qua sụt áp và mất điện thoáng qua

Sụt áp tức thời (shunji den'atsu teika) là điện áp tụt trong thời gian ngắn và không nhất thiết về 0. Mất điện thoáng qua (shuntei) là nguồn cấp bị mất trong chốc lát. Sự cố lưới do sét hoặc việc khởi động tải lớn có thể gây ra cả hai, và ngay cả những sự kiện ngắn này cũng có thể làm thiết bị điều khiển dừng. Với tải, dây đứt, phích bị rút hay thiết bị bảo vệ nhảy cũng đều là mất nguồn.

UPS giám sát đầu vào. Khi đầu vào ra ngoài dải đặt cho từng model, UPS chuyển sang ắc quy hoặc giữ đầu ra trong giới hạn bằng cách khác.

Cần tách bạch hai thông số:

• Thời gian chuyển mạch (mili giây): đầu ra bị gián đoạn bao lâu khi UPS chuyển sang ắc quy. Thông số này quyết định tải có vượt qua được lúc chuyển mạch hay không.
• Thời gian lưu điện (giây đến phút): ắc quy cấp cho tải được bao lâu. Thông số này quyết định có đủ năng lượng để lưu dữ liệu và dừng máy xong hay không.

Chuyển mạch nhanh cũng vô ích nếu ắc quy đã chai không giữ nổi tải đủ lâu. Ắc quy lớn cũng vô ích nếu khoảng gián đoạn khi chuyển dài hơn mức tải chịu được, vì hệ điều khiển sẽ tắt đúng lúc chuyển mạch. Hãy so điện áp, tần số và dạng sóng đầu ra với thông số nguồn của thiết bị được cấp điện.

Nhiễu trên đường nguồn và nhiễu trên đường tín hiệu cần biện pháp khác nhau, đặt ở chỗ khác nhau. Hãy xác định vai trò và vị trí bộ lọc nhiễu, rồi kết hợp với chức năng chuyển đổi điện của UPS.

Sự cố ở phía trên và ngắn mạch ở đầu ra UPS cũng cần cách bảo vệ khác nhau. Trên toàn hệ thống cấp điện, hãy lập bản đồ thiết bị nào cắt sự cố nào, kể cả aptomat khối (MCCB) và aptomat chống rò.

Bảo vệ dữ liệu sản xuất

Thiết bị sản xuất ghi giá trị đo, lịch sử cảnh báo và điều kiện chế tạo vào máy tính. Nếu điện tắt đột ngột, tệp hoặc cơ sở dữ liệu đang ghi có thể bị hỏng, và các bản ghi ngay trước lúc dừng có thể mất.

Giữ thiết bị ghi dữ liệu trên UPS sẽ có thời gian để lưu dữ liệu và đóng ứng dụng. Cắm PC vào UPS không làm PC tự động lưu dữ liệu. Phải có phần mềm shutdown, kết nối mạng hoặc cổng nối tiếp, hoặc tín hiệu tiếp điểm khô để báo cho PC hành động. Trình tự shutdown (lưu gì, dừng dịch vụ nào) là một phần của thiết kế nguồn.

Chỉ bảo vệ PC giám sát là chưa đủ nếu switch mạng bị tắt, vì dữ liệu từ các thiết bị khác sẽ không đến được. Nếu cần ghi dữ liệu liên tục, hãy lần theo cả đường đi: đo lường, điều khiển, mạng và nơi lưu.

Một số thiết kế chuyển tín hiệu trạng thái UPS, như "đang chạy ắc quy" và "ắc quy yếu", sang bộ điều khiển bằng tiếp điểm khô. Hãy thống nhất chiều và ý nghĩa của từng tín hiệu để bộ điều khiển biết nó phát hiện được gì khi mất điện.

Hình 2 cho thấy thứ tự các bước từ lúc mất điện đến khi dừng xong.

Hình 2: Lưu và dừng xong trong khi ắc quy còn điện

Một trình tự ví dụ. Độ rộng các cột không biểu thị thời gian mỗi bước.

01 Mất điệnChuyển sang ắc quyPhát hiện sự cố và báo cho các thiết bị được bảo vệ

02 Lưu và chuẩn bịChốt bản ghiGhi dữ liệu cần thiết và đóng ứng dụng

03 Dừng thiết bịTheo đúng thứ tự dừngChuyển về trạng thái đã định và hoàn tất tắt hệ điều hành

04 Chừa dự phòngXong trước khi ắc quy cạnDự phòng cho sai khác, lão hóa và lần khởi động tiếp theo

Chọn thời gian lưu điện để bao trùm mọi bước cần thiết, kể cả bước dừng máy

Thứ tự dừng thiết bị và lưu dữ liệu tùy theo quy trình. Thời gian chuyển mạch (ms) và thời gian lưu điện ở đây (giây đến phút) là hai thông số khác nhau.

Đưa thiết bị về trạng thái an toàn cần nhiều hơn điện: cần điều kiện dừng và thứ tự dừng được xác định. Hãy quyết định cùng với thiết kế khóa liên động đầu ra nào giữ, đầu ra nào nhả khi mất điện.

Ví dụ, bộ điều khiển vẫn còn điện, nhưng nếu van điện từ hoặc khí điều khiển (instrument air) dùng để vận hành van không còn, thao tác dự kiến có thể không hoàn tất được. Hãy xét hai câu hỏi riêng: UPS cấp cho những gì, và thiết bị chuyển về trạng thái nào khi mất điện.

UPS không thay thế việc sao lưu dữ liệu. Hãy sao chép dữ liệu đã lưu sang phương tiện khác, vì UPS bảo vệ khi mất điện chứ không bảo vệ khi hỏng phần cứng hay thao tác nhầm.

Khôi phục cũng cần được thiết kế riêng. Đầu ra UPS có điện lại, PC khởi động lại và thiết bị chạy lại là ba sự kiện khác nhau. Hãy xác định mức sạc ắc quy cần có và thứ tự khởi động, và bảo đảm các đầu ra đang bật trước khi mất điện không tự chạy lại ngoài ý muốn.

Ba kiểu UPS: online, line-interactive và standby

UPS xoay chiều có ba kiểu chính. Tiếng Nhật gọi là joji inverter (online), line-interactive và joji shoyo (standby). IEC 62040-3, tiêu chuẩn tính năng của UPS (bản đối ứng của Nhật là JIS C 4411-3), phân loại UPS theo mức phụ thuộc của đầu ra vào đầu vào. Ba kiểu thường rơi vào các lớp sau:

• VFI (độc lập điện áp và tần số): UPS online, chuyển đổi kép
• VI (độc lập điện áp): UPS line-interactive
• VFD (phụ thuộc điện áp và tần số): UPS standby (offline)

Cả ba đều sạc ắc quy và cấp cho tải khi mất điện. Chúng khác nhau ở đường điện bình thường, cách điều chỉnh điện áp, thời gian chuyển sang ắc quy, và tổn hao, tỏa nhiệt.

Một máy cũng có thể đổi lớp theo chế độ vận hành. Schneider Electric lưu ý rằng UPS chuyển đổi kép ở chế độ hiệu suất cao (eco) có thể hoạt động như VFD, nên hãy kiểm tra lớp ứng với chế độ bạn sẽ dùng.

UPS online (chuyển đổi kép)

UPS online đổi điện AC vào thành DC ngay cả khi vận hành bình thường, rồi dùng bộ nghịch lưu tạo lại AC. Tải luôn được cấp từ bộ nghịch lưu, còn ắc quy nằm ở phía DC.

Hình 3: UPS online tạo lại đầu ra ngay cả khi vận hành bình thường

Đường chính bình thường là bộ chỉnh lưu, thanh DC và bộ nghịch lưu. Khi chạy ắc quy, chính bộ nghịch lưu đầu ra đó vẫn tiếp tục chạy.

Mạch sạc/xả và mạch bảo vệ ắc quy được giản lược. Ở chế độ bypass, điện không đi qua đường chuyển đổi bình thường và mức bảo vệ UPS mang lại thay đổi.

Khi đầu vào mất, phía DC lấy điện từ ắc quy và chính bộ nghịch lưu đó tiếp tục giữ đầu ra AC. Vì đường điện không bị chuyển mạch, khi UPS chuyển từ vận hành bình thường sang ắc quy không có khoảng gián đoạn.

UPS online điều chỉnh tốt điện áp và tần số đầu ra, nên được dùng cho máy chủ và thiết bị điều khiển có yêu cầu chất lượng điện khắt khe. Muốn biết một máy cách ly tải khỏi nhiễu đầu vào đến mức nào, hãy xem các giá trị trong datasheet, như dải điện áp đầu vào và độ chính xác đầu ra.

Vì luôn chuyển đổi điện, UPS online có tổn hao chuyển đổi và tỏa nhiều nhiệt hơn. Hãy chọn vị trí lắp theo nhiệt độ trong tủ và đường lưu thông không khí, và chừa khoảng trống mà nhà sản xuất yêu cầu để làm mát và bảo trì.

Một số model có bypass, cấp điện lưới thẳng ra đầu ra khi quá tải hoặc lỗi nội bộ. Ở chế độ bypass, bộ nghịch lưu không tạo lại đầu ra, nên đừng cho rằng tải có mức bảo vệ như khi vận hành bình thường.

"Không gián đoạn khi chuyển sang ắc quy" không đồng nghĩa với "không gián đoạn trong mọi sự cố". Hãy xét việc chuyển sang ắc quy tách riêng với điều kiện chuyển mạch khi có lỗi và khi bảo trì. Tùy theo thứ cần giữ khi có sự cố, hãy cân nhắc cấu hình dự phòng hoặc bypass bảo trì.

UPS line-interactive

UPS line-interactive cấp điện cho tải qua đường điện lưới khi vận hành bình thường, và bù dao động điện áp bằng bộ ổn áp tự động (AVR). Khi điện áp vào tăng hoặc giảm, AVR chỉnh đầu ra, ví dụ bằng cách chuyển nấc biến áp.

Hình 4: Chỉnh điện áp khi bình thường và cấp ắc quy khi mất điện

Ví dụ khái niệm về AVR dùng các nấc biến áp tự ngẫu. Đầu vào và đầu ra có dây chung nên đây không phải thiết kế cách ly.

Đã lược bỏ đường sạc và mạch điều khiển. Việc AVR chỉnh khi bình thường và việc chuyển sang ắc quy là hai hoạt động riêng.

Trong dải làm việc của AVR, UPS chỉnh điện áp mà không tiêu hao ắc quy. Khi đầu vào ra ngoài dải dùng được hoặc mất hẳn, UPS chuyển tải từ đường lưới sang ắc quy và bộ nghịch lưu.

Việc chuyển này mất thời gian, nên cần so với mức gián đoạn tải chịu được. Những con số như "vài mili giây" là giá trị datasheet của từng model, không phải con số chung cho mọi máy.

So với UPS standby, UPS line-interactive có thêm điều chỉnh điện áp khi vận hành bình thường, và được dùng cho máy chủ và thiết bị ngoại vi. Dạng sóng đầu ra và khả năng lọc nhiễu phụ thuộc vào thiết kế từng máy, nên đừng mặc định "line-interactive nghĩa là không lọc nhiễu".

Nếu dao động đầu vào thường xuyên vượt dải AVR, UPS sẽ liên tục chuyển sang ắc quy. Khi so sánh các kiểu, hãy dùng độ dao động điện áp đo tại chỗ và tần suất nhiễu loạn làm dữ liệu đầu vào.

UPS standby (offline)

UPS standby cho điện lưới đi thẳng tới tải khi vận hành bình thường, đồng thời sạc ắc quy. Khi phát hiện mất điện hoặc lỗi đầu vào khác, UPS chuyển tải sang ắc quy qua bộ nghịch lưu.

Hình 5: UPS standby chuyển đầu ra khi đầu vào lỗi

Sơ đồ chức năng của bộ chuyển mạch. Hình không thể hiện rơ le hay công tắc bán dẫn thực tế.

Hình thể hiện đường lưới dùng khi bình thường và đường ắc quy dùng khi có sự cố. Dạng sóng đầu ra và chức năng bảo vệ của từng model cần kiểm tra riêng.

Vì không có bộ nghịch lưu chạy liên tục, UPS standby tiêu thụ ít điện nội bộ. Nhiều model nhỏ và nhẹ, được dùng cho PC và thiết bị ngoại vi ở nơi nguồn điện ổn định.

Giữa lúc đầu vào lỗi và lúc chạy ắc quy có một thời gian chuyển mạch. Hãy chọn máy bằng cách so thời gian chuyển mạch đó với mức gián đoạn tải chịu được.

Khi chạy ắc quy, một số model xuất sóng sin, số khác xuất sóng vuông. Hãy chọn dạng sóng theo yêu cầu của bộ nguồn của tải. Một máy đủ công suất vẫn có thể là lựa chọn sai nếu dạng sóng không hợp với tải.

Ví dụ, Omron nêu rằng các model sóng vuông của hãng không được dùng với PC hoặc máy chủ có bộ nguồn hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC), cũng như với tải cảm như cuộn dây và motor.

Các tải như motor và máy biến áp, hay tải có dòng khởi động lớn, cần được kiểm tra theo điều kiện đấu nối của nhà sản xuất. Việc đấu tải motor của nhà máy vào một UPS nhỏ thông dụng là một câu hỏi thiết kế riêng, tách khỏi việc bảo vệ nguồn điều khiển.

Hình 6 xếp ba kiểu cạnh nhau.

Hình 6: So sánh đường điện bình thường, chuyển mạch và điều chỉnh điện áp

Chỉ nêu đặc điểm điển hình. Hãy xác nhận dạng sóng, thời gian chuyển mạch và chức năng bypass trong datasheet của từng model.

Hạng mục	Online (chuyển đổi kép)	Line-interactive	Standby (offline)
Tên tiếng Nhật	Joji inverter kyuden	Line-interactive	Joji shoyo kyuden
Lớp IEC 62040-3 điển hình	VFI	VI	VFD
Đường điện bình thường	Qua bộ chỉnh lưu và nghịch lưu	Đường lưới cộng AVR	Đường lưới
Chuyển sang ắc quy	Không gián đoạn so với vận hành bình thường	Có thời gian chuyển mạch	Có thời gian chuyển mạch
Điều chỉnh điện áp khi bình thường	Nghịch lưu tạo đầu ra	AVR trong dải làm việc	Theo điện áp lưới vào
Cần kiểm tra	Chất lượng đầu ra, tổn hao, nhiệt, hoạt động bypass	Dải AVR, thời gian chuyển mạch, tần suất dao động đầu vào	Thời gian chuyển mạch, dạng sóng đầu ra, chất lượng nguồn tại chỗ

Đối chiếu lớp IEC theo Schneider Electric White Paper 1. Lớp của một máy có thể đổi theo chế độ vận hành (ví dụ chế độ eco).

Chọn công suất UPS cho tủ điều khiển: VA, W và hệ số công suất

Công suất đầu ra của UPS ghi hai con số: công suất biểu kiến theo volt-ampe (VA) và công suất tác dụng theo oát (W). Tải đấu vào phải nằm trong cả hai định mức. Chỉ có VA lớn là chưa đủ, và Omron lưu ý rằng vượt một trong hai sẽ kích hoạt cảnh báo quá tải.

Định mức W thường thấp hơn định mức VA, và tỷ số giữa chúng là hệ số công suất đầu ra của UPS. Schneider Electric giải thích rằng định mức W theo truyền thống khoảng 60% VA, còn các model mới thì W và VA gần nhau hơn. Đừng đoán tỷ số; hãy đọc cả hai con số trong datasheet.

Ví dụ tính, giả sử có ba tải: bộ điều khiển 120 W / 150 VA, PC giám sát 180 W / 225 VA, switch mạng 40 W / 50 VA. Đây là các giá trị giả định để tính. Khi chọn thật, hãy dùng công suất tiêu thụ tối đa của từng thiết bị trong datasheet.

Giờ giả sử bạn chọn một UPS giả định 1.000 VA / 300 W. Định mức VA còn dư nhiều, nhưng tải 340 W đã vượt định mức 300 W. Lần nào cũng phải đối chiếu danh sách tải với cả hai định mức.

Phần dự phòng còn để dành cho việc mở rộng sau này và tải thay đổi. Dù trong định mức, dòng khởi động lúc bật vẫn có thể làm UPS quá tải, nên hãy đánh giá công suất ổn định và đỉnh tức thời riêng.

Thời gian lưu điện: đọc đường cong runtime

Thời gian lưu điện của cùng một UPS thay đổi theo tải tính bằng W. Hãy áp tải thực tế vào bảng hoặc đường cong runtime của nhà sản xuất, và xác nhận nó đủ cho thời gian lưu dữ liệu và dừng máy.

Nhân điện áp ắc quy với ampe-giờ (V × Ah) cho ý niệm sơ bộ về năng lượng tích trữ. Thời gian lưu điện thực tế còn phụ thuộc điều kiện xả, tổn hao chuyển đổi và điện áp cuối xả, nên lấy năng lượng đó chia cho tải W không cho biết một model cụ thể sẽ chạy được bao lâu.

Hãy cộng dồn thời gian cần thiết từ các bước phải làm: chờ phát hiện mất điện, lưu bản ghi, dừng thiết bị và tắt hệ điều hành. Đừng chọn bừa một con số cố định như 10 phút. Hãy tính cả thời gian các bước đó khi hệ thống đang xử lý nặng, cộng phần dự phòng trước khi cạn.

Ắc quy lão hóa và nhiệt độ môi trường đều làm giảm thời gian có được. Ví dụ Fuji Electric khuyên chọn thời gian lưu điện ít nhất gấp đôi thời gian yêu cầu, và nêu rằng đến cuối đời ắc quy, thời gian lưu điện giảm còn một nửa giá trị ban đầu. Hãy đặt mức dự phòng sao cho UPS vẫn đủ thời gian yêu cầu cho đến kỳ thay ắc quy theo kế hoạch.

Nhiệt trong tủ, đường gió bị cản và vị trí lắp nóng đều làm giảm tuổi thọ ắc quy và UPS. Omron nêu rằng thời gian lưu điện trong catalogue là giá trị ở 20℃ với ắc quy còn mới, nên ở nhà máy nóng ẩm, hãy hỏi nhà sản xuất về tuổi thọ ắc quy ở nhiệt độ thực tế trong tủ. Chu kỳ thay ắc quy cần đặt theo loại ắc quy và điều kiện nhiệt độ của model.

Ở đầu ra UPS, dòng ngắn mạch khả dụng khác nhau giữa chế độ nghịch lưu và chế độ bypass. Hãy so đặc tính ngắn mạch và quá tải của UPS với đặc tính cắt của aptomat và cầu chì, rồi thiết kế sơ đồ nhánh và phối hợp bảo vệ cho cả hai chế độ.

Khi bảo trì, hãy định kỳ xem lại lịch sử cảnh báo, tình trạng ắc quy, thay đổi của tải và thời gian lưu điện yêu cầu. Chờ đến lúc mất điện thật là cách kém để phát hiện ắc quy yếu, nên hãy kết hợp chức năng tự kiểm tra của model với một đợt thử có kế hoạch, kiểm soát được ảnh hưởng lên quy trình.

Điện Nhật Bản (100 V/200 V, 50/60 Hz) so với lưới Việt Nam

Lưới hạ áp của Nhật khác Việt Nam, và sự khác biệt hiện ngay trên nhãn UPS. Điện áp ổ cắm tiêu chuẩn là 100 V, và nhiều tòa nhà dùng hệ một pha ba dây (tanso sansen-shiki), cho 100 V giữa dây pha và dây trung tính, 200 V giữa hai dây pha. Nhà máy cũng dùng ba pha 200 V, và tủ cấp từ 200 V có thể dùng biến áp điều khiển hạ xuống 100 V cho mạch điều khiển.

Tần số chia theo vùng. Miền Đông Nhật Bản dùng 50 Hz, miền Tây dùng 60 Hz, ranh giới chạy khoảng từ sông Fuji ở Shizuoka đến vùng Itoigawa ở Niigata. Vì sông Fuji chia đôi chính tỉnh Shizuoka nên ranh giới không trùng với ranh giới tỉnh; hãy xác nhận tần số của chính nhà máy chứ không theo tên tỉnh. Lưới Việt Nam là 50 Hz, nên máy thiết kế ở vùng 60 Hz cần được nhà cung cấp xác nhận chạy được ở 50 Hz.

Bảng so sánh điện áp danh định ở ổ cắm của Nhật với Việt Nam và một số nơi khác có nhà máy dùng thiết bị Nhật.

Quốc gia	Điện áp danh định (ổ cắm một pha)	Tần số
Nhật Bản	100 V	50 Hz (miền Đông) / 60 Hz (miền Tây)
Việt Nam	220 V (một số tài liệu ghi 230 V)	50 Hz
Hoa Kỳ	120 V	60 Hz
Thái Lan, Indonesia	230 V	50 Hz
Malaysia	230 V (thực tế thường khoảng 240 V)	50 Hz
Philippines	230 V	60 Hz

Với UPS trong tủ của Nhật, điều này có nghĩa là:

• Điện áp đầu vào: UPS ghi "AC100V" được chế tạo cho lưới 100 V của Nhật. Trên lưới 220 V, nó cần biến áp hạ xuống 100 V, hoặc phải thay bằng UPS có định mức điện áp phù hợp. Nếu UPS có dải đầu vào 200 V, hãy hỏi nhà cung cấp xem 220 V có nằm trong dải cho phép không. Điện áp đầu ra cũng phải khớp với điện áp điều khiển của tủ.
• Tần số đầu vào: datasheet UPS của Nhật ghi tần số đầu vào định mức, ví dụ "50/60 Hz ±4 Hz". Hãy kiểm tra dải đó có bao trùm 50 Hz tại nhà máy không và máy chọn tần số bằng cách nào.
• Tần số đầu ra khi chạy ắc quy: tần số đầu ra của bộ nghịch lưu phải khớp với thứ tải mong đợi. Hãy hỏi nhà cung cấp máy đặt tần số đầu ra như thế nào.
• Cửa sổ điện áp đầu vào: dải mà UPS còn dùng điện lưới được đặt quanh điện áp danh định. Một cửa sổ xây quanh 100 V không áp dụng được cho lưới khác, và trên lưới yếu, ngay cả UPS đúng định mức cũng có thể hay chuyển sang ắc quy.

Nhập khẩu hoặc xuất khẩu tủ có UPS bên trong

Khi tủ chế tạo ở Nhật được chuyển tới nhà máy ở nước ngoài, UPS cần được rà soát riêng. Kiểu UPS và công suất chỉ là một phần. Hãy chốt các điểm dưới đây trước khi tủ xuất xưởng.

• Phương án điện áp: giữ UPS 100 V của Nhật và thêm biến áp hạ áp phía trên, hoặc thay bằng UPS có định mức điện áp tại chỗ. Dù chọn cách nào, điện áp điều khiển phía sau vẫn phải là điện áp mà tủ đã được thiết kế.
• Tiêu chuẩn an toàn: tiêu chuẩn an toàn quốc tế cho UPS là IEC 62040-1, còn tiêu chuẩn tính năng là IEC 62040-3. Chúng tôi chưa xác nhận được tiêu chuẩn TCVN tương ứng, nên trong hợp đồng và đơn đặt hàng, hãy ghi thẳng số hiệu IEC (hoặc JIS C 4411-3) thay vì viết "tương đương TCVN". Ở Bắc Mỹ, tiêu chuẩn an toàn UPS là UL 1778 (hài hòa với CSA C22.2 số 107.3); nếu thiết bị sau này đi sang thị trường đó, đây là điều cần xét thêm.
• Quy định lao động: theo Luật An toàn, vệ sinh lao động 2015 (số 84/2015/QH13), máy và thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động thuộc diện quản lý riêng. Việc UPS có làm thay đổi cách máy dừng khi mất điện hay không thuộc thiết kế an toàn của máy, do người chịu trách nhiệm kỹ thuật và bộ phận an toàn quyết định, không phải bài này.
• Đặc tính hiệu năng: nếu thông số của bạn yêu cầu một lớp IEC 62040-3 (VFI, VI hoặc VFD), hãy yêu cầu nhà cung cấp ghi lớp của máy và chế độ vận hành mà lớp đó áp dụng.
• Ắc quy: xác nhận loại ắc quy, chu kỳ thay dự kiến ở nhiệt độ tại nhà máy bạn, và ắc quy thay thế có mua được trong nước không.
• Tín hiệu shutdown: xác nhận giao diện (tiếp điểm khô, cổng nối tiếp hoặc card mạng), ý nghĩa tín hiệu, và phần mềm shutdown cùng tài liệu có bản tiếng Anh không.
• Tài liệu: hướng dẫn sử dụng, thông báo cảnh báo và nhãn của UPS có thể chỉ có tiếng Nhật. Hãy yêu cầu bản tiếng Anh (hoặc tiếng Việt, nếu có) trước khi giao hàng.

Bảng kiểm: rà soát UPS cho tủ điều khiển

Dùng danh sách này khi rà soát thiết kế tủ hoặc đề xuất UPS của nhà cung cấp Nhật.

• Mục đích: chỉ vượt nhiễu loạn, chỉ tắt có trật tự, hay cả hai
• Phạm vi bảo vệ: liệt kê mọi tải trên đầu ra UPS (bộ điều khiển, HMI/PC, switch mạng, thiết bị hiện trường); xác định tải nào sẽ dừng khi mất điện
• Kiểu UPS: online, line-interactive hay standby; lớp IEC 62040-3 và chế độ vận hành mà lớp đó áp dụng
• Thời gian chuyển mạch: giá trị datasheet so với mức mỗi tải chịu được
• Dạng sóng đầu ra: sóng sin hay sóng vuông khi chạy ắc quy; có hợp với bộ nguồn PFC và tải cảm không
• Công suất: tổng tải nằm trong cả định mức VA và W, có dự phòng; đã kiểm tra dòng khởi động
• Thời gian lưu điện: cộng dồn từ trình tự shutdown; kiểm tra trên đường cong runtime ở tải thực; có dự phòng cho ắc quy lão hóa và nhiệt độ
• Nguồn cấp: dải điện áp và tần số đầu vào của UPS khớp với lưới tại nhà máy; điện áp đầu ra khớp với điện áp điều khiển của tủ
• Bypass: khi UPS chuyển sang bypass thì mất mức bảo vệ nào, và có cần bypass bảo trì không
• Bảo vệ: dòng ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu và bypass đã được phối hợp với các thiết bị bảo vệ phía sau
• Tín hiệu và phần mềm: tín hiệu chạy ắc quy và ắc quy yếu đã đấu và định nghĩa; phần mềm shutdown đã cấu hình và thử
• Khôi phục: thứ tự và điều kiện khởi động lại khi có điện; không có đầu ra tự chạy lại ngoài ý muốn
• Nhiệt và bảo trì: vị trí lắp, khoảng trống, chu kỳ thay ắc quy, kế hoạch tự kiểm tra
• Chứng nhận và tài liệu: tiêu chuẩn được ghi bằng số hiệu IEC/JIS; hướng dẫn và nhãn bằng ngôn ngữ đọc được

Câu hỏi gửi nhà cung cấp Nhật

Có thể sao chép các câu hỏi này vào email hoặc phiếu hỏi kỹ thuật nguyên văn.

• Vui lòng cho biết hãng, mã model và datasheet của UPS. Đây là kiểu online (joji inverter), line-interactive hay standby (joji shoyo)?
• Dải điện áp và tần số đầu vào của UPS là bao nhiêu? Máy có chạy được với lưới tại nhà máy chúng tôi là [điện áp] V, [tần số] Hz không? Nếu không, đề xuất của quý công ty là gì (biến áp hay UPS có định mức phù hợp)?
• Vui lòng liệt kê mọi tải đấu vào đầu ra UPS kèm giá trị W và VA, và cho thấy tổng so với định mức UPS.
• Quý công ty thiết kế thời gian lưu điện bao nhiêu, ở tải nào? Vui lòng cho biết các bước shutdown được tính và đường cong runtime đã dùng.
• Thời gian chuyển sang ắc quy là bao nhiêu, và dạng sóng đầu ra khi chạy ắc quy là gì?
• UPS chuyển sang bypass trong điều kiện nào, và tải bị ảnh hưởng thế nào khi ở bypass?
• Những tín hiệu trạng thái UPS nào được đấu về PLC hoặc PC, và mỗi tín hiệu có nghĩa gì? Phần mềm shutdown có kèm theo và đã được cấu hình chưa?
• Loại ắc quy và chu kỳ thay khuyến nghị là gì, ở nhiệt độ trong tủ bao nhiêu? Ắc quy thay thế có mua được ngoài Nhật Bản không?
• UPS tuân thủ tiêu chuẩn an toàn nào (ví dụ IEC 62040-1, hoặc UL 1778 nếu cần)? Có tài liệu bằng tiếng Anh không?

Giới hạn của bài viết này

• Bài này tập trung vào UPS xoay chiều cho nguồn điều khiển. Hệ thống ba pha lớn và UPS DC theo cùng ý tưởng nhưng cần hướng dẫn thiết kế riêng của nhà sản xuất.
• Thời gian chuyển mạch, dạng sóng, dải đầu vào và runtime khác nhau theo model. Luôn dùng datasheet của máy cụ thể.
• Các số liệu tính công suất và mức dự phòng 20% là minh họa, không phải quy tắc thiết kế. Công ty hoặc dự án của bạn có thể có mức dự phòng riêng.
• Điện áp trong bảng quốc gia là giá trị danh định ở ổ cắm. Nguồn công nghiệp và điện áp thực tế tại nhà máy bạn có thể khác.
• Chúng tôi chưa xác nhận được tiêu chuẩn TCVN tương ứng với IEC 62040. Việc UPS cần chứng nhận gì và tủ phải ứng xử thế nào khi mất điện phụ thuộc vào thông số dự án, quy định hiện hành và thiết kế an toàn; những quyết định đó thuộc về người chịu trách nhiệm kỹ thuật và cơ quan có thẩm quyền.

Câu hỏi thường gặp

Có UPS thì cả máy sẽ chạy tiếp không?

Không. UPS chỉ giữ chạy thiết bị đấu vào đầu ra của nó, và chỉ trong thời gian ắc quy còn. Nếu nguồn motor, khí điều khiển hay mạng ở các mạch khác dừng, quy trình có thể không tiếp tục được, nên hãy quyết định ngay từ thiết kế thiết bị nào chạy tiếp và thiết bị nào dừng.

UPS online có không gián đoạn trong mọi sự cố không?

Không. UPS online không có khoảng gián đoạn khi chuyển từ vận hành nghịch lưu bình thường sang ắc quy. Lỗi nội bộ, quá tải, hoạt động bypass hay bảo trì là các điều kiện khác, nên hãy đọc thông số vận hành của từng model cho cả những trường hợp này.

UPS online hay line-interactive: nên dùng loại nào cho tủ điều khiển?

Tùy tải và nguồn tại chỗ. Chọn online khi tải không chịu được bất kỳ khoảng gián đoạn nào khi chuyển, hoặc lưới hay bị nhiễu điện áp và tần số. UPS line-interactive có thể đủ khi tải chịu được thời gian chuyển mạch trong datasheet và đầu vào thường nằm trong dải AVR.

UPS lớn hơn thì chạy lâu hơn?

Không nhất thiết. Công suất đầu ra theo VA và W và thời gian lưu điện của ắc quy là hai thông số khác nhau. Hai UPS cùng định mức có thể có thời gian lưu điện khác nhau tùy ắc quy, nên hãy chọn máy từ bảng runtime ở tải W của bạn.

UPS có tự lưu dữ liệu được không?

Tự nó thì không. UPS chỉ cấp điện, nên cần phần mềm shutdown hoặc tín hiệu qua mạng hay tiếp điểm để báo ứng dụng và hệ điều hành đóng lại khi ắc quy còn điện. Sau khi có điện lại, ắc quy không sạc đầy ngay, nên cũng phải xác định thứ tự và điều kiện khởi động lại.

Nguồn tham khảo

• Các kiểu UPS, các lớp phụ thuộc đầu vào IEC 62040-3 (VFD, VI, VFI), đổi lớp ở chế độ eco: Schneider Electric, White Paper 1 "The Different Types of UPS Systems" (tiếng Anh)
• Định mức VA và W, tỷ lệ 60% theo truyền thống: Schneider Electric FAQ FA157485 (tiếng Anh); Schneider Electric blog, "VA vs Watts: What's the Difference Anyway?" (tiếng Anh)
• AVR điều chỉnh điện áp so với vận hành bằng ắc quy: Schneider Electric FAQ FA158913 (tiếng Anh)
• Phối hợp bảo vệ phía sau UPS: Schneider Electric FAQ FAQ000280512 (tiếng Anh)
• Các kiểu UPS của Nhật và dạng sóng đầu ra: Omron Social Solutions, phương thức cấp điện UPS (tiếng Nhật)
• Giới hạn VA/W, thời gian chuyển mạch, hạn chế sóng vuông, điều kiện thời gian lưu điện: Omron Social Solutions, giải thích hạng mục thông số (tiếng Nhật)
• Khởi động lại sau khi có điện: Omron Social Solutions FAQ (tiếng Nhật); Schneider Electric FAQ FA342238 (tiếng Nhật)
• Tổng quan UPS và phần mềm shutdown: Omron Industrial Automation, hướng dẫn kỹ thuật UPS (tiếng Nhật); phần mềm shutdown (tiếng Nhật)
• Dự phòng thời gian lưu điện (gấp đôi) và giảm một nửa cuối đời ắc quy: Fuji Electric, cách chọn UPS (tiếng Nhật)
• Nhiễu loạn điện, các kiểu UPS và bypass: Mitsubishi Electric, đặc điểm sản phẩm UPS (tiếng Nhật)
• Sụt áp tức thời: Kansai Transmission and Distribution (tiếng Nhật)
• AVR dùng nấc biến áp tự ngẫu (nguyên lý của Hình 4): Renesas, application note CM-314 (tiếng Anh)
• JIS C 4411-3:2014 (đối ứng IEC 62040-3): Hiệp hội Tiêu chuẩn Nhật Bản, bản xem trước (tiếng Nhật); IEC 62040-3:2021: IEC Webstore
• IEC 62040-1 (yêu cầu an toàn cho UPS): IEC Webstore
• Phạm vi UL 1778 và hài hòa với CSA C22.2 số 107.3: UL Solutions, "UL 1778, the Standard for Uninterruptible Power Systems" (tiếng Anh)
• Điện áp và tần số danh định theo quốc gia: WorldStandards, "Plug, socket and voltage by country" (tiếng Anh)
• Ranh giới 50/60 Hz ở Nhật: Hitachi Energy, liên kết lưới HVDC liên vùng ở Nhật (tiếng Nhật)
• Hệ một pha ba dây 100/200 V: Watanabe building services glossary (tiếng Anh)