Dung lượng ắc quy cho nguồn điều khiển là đại lượng biểu thị khả năng lưu trữ điện năng của một ắc quy, được tính bằng đơn vị ampe-giờ (Ah). Dung lượng này phản ánh tổng điện năng mà ắc quy có thể cung cấp trong một thời gian xác định với dòng điện xác định.
Trong hệ thống điều khiển, dung lượng ắc quy đảm bảo cho các thiết bị đóng cắt, bảo vệ và tín hiệu vận hành an toàn ngay cả khi nguồn chính bị gián đoạn. Việc xác định đúng dung lượng ắc quy là yếu tố quyết định giúp hệ thống luôn hoạt động ổn định, không bị gián đoạn chức năng bảo vệ.
Khi hệ thống điện gặp sự cố mất điện lưới hoặc ngừng cấp điện từ nguồn chính, các thiết bị đóng cắt và bảo vệ sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn ắc quy dự phòng. Nếu dung lượng ắc quy không đáp ứng đủ nhu cầu, các thao tác đóng cắt, báo hiệu và giám sát sẽ không được duy trì liên tục.
Điều này có thể dẫn đến mất kiểm soát quá trình vận hành, tăng nguy cơ hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng an toàn hệ thống. Như vậy, việc lựa chọn dung lượng ắc quy đúng là yếu tố sống còn trong thiết kế nguồn điều khiển.
Xem thêm
Cáp càng dài có tăng dòng điện khi bắt đầu kết nối lưới không?
Các tiêu chí quan trọng cho hệ thống bảo vệ Relay
Tối ưu hóa hướng đặt Pin mặt trời trong năng lượng tái tạo
Cấu trúc cáp điện và các thành phần chính của một sợi cáp.
Phân loại tải ảnh hưởng đến dung lượng ắc quy cho nguồn điều khiển
Yếu tố đầu tiên ảnh hưởng đến dung lượng ắc quy là đặc điểm các loại tải mà hệ thống phải cấp nguồn. Tải trong hệ thống được chia thành hai nhóm: tải liên tục và tải không liên tục. Tải liên tục là những tải luôn duy trì hoạt động trong suốt thời gian vận hành như đèn chỉ thị, rơle giữ trạng thái, động cơ quạt làm mát, mạch điều khiển, bộ inverter hoặc các thiết bị cảnh báo trạng thái.
Ngược lại, tải không liên tục là các tải chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn như thao tác đóng cắt máy cắt, vận hành van động cơ, dòng khởi động các thiết bị điện hoặc nạp từ trường cho máy phát, động cơ đồng bộ.
Tải liên tục gây ra sự tiêu hao năng lượng ổn định, kéo dài trong toàn bộ thời gian nguồn chính không hoạt động. Dung lượng ắc quy cần đảm bảo đủ cung cấp cho các tải này trong suốt thời gian dự kiến mất điện lưới. Thời gian duy trì tải liên tục được xác định tùy theo yêu cầu của từng trạm điện, có thể là 8 giờ hoặc 24 giờ.
Giá trị này thường là cơ sở đầu tiên khi tính toán tổng dung lượng ắc quy cần thiết. Công suất của từng tải liên tục được cộng lại thành tổng tải, quy đổi về dòng điện (ampe), rồi nhân với thời gian duy trì để ra tổng ampe-giờ yêu cầu.
Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến dung lượng ắc quy
Nhiệt độ môi trường lắp đặt ắc quy ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phóng điện thực tế của ắc quy. Ở nhiệt độ thấp hơn tiêu chuẩn (thường là 25°C), dung lượng ắc quy sẽ giảm. Khi thiết kế, cần áp dụng hệ số hiệu chỉnh do nhà sản xuất hoặc tiêu chuẩn kỹ thuật quy định, để đảm bảo dung lượng thực tế luôn đáp ứng nhu cầu tải trong điều kiện xấu nhất. Ví dụ, với ứng dụng ngoài trời ở nhiệt độ –10°C, dung lượng danh định cần tăng thêm để bù trừ suy giảm do nhiệt độ.
Thời gian dự phòng và chu trình tải đặc thù của từng hệ thống
Mỗi hệ thống điều khiển sẽ có yêu cầu về thời gian dự phòng khác nhau tùy thuộc tính chất vận hành và tiêu chuẩn an toàn. Đối với một số trạm điện, yêu cầu duy trì nguồn điều khiển trong 8 giờ là đủ, trong khi các hệ thống quan trọng có thể đòi hỏi 24 giờ dự phòng.
Ngoài ra, chu trình tải cụ thể như số lần thao tác cắt/đóng tối đa, số thiết bị vận hành đồng thời hoặc đặc điểm vận hành của từng loại tải cũng cần được đưa vào bài toán xác định dung lượng ắc quy. Việc xác định đúng thời gian dự phòng giúp đảm bảo hệ thống không bị thiếu năng lượng dự phòng trong tình huống bất lợi.
Ảnh hưởng của độ suy giảm ắc quy theo thời gian sử dụng
Dung lượng ắc quy sẽ giảm dần theo thời gian sử dụng do quá trình lão hóa tự nhiên. Các tiêu chuẩn kỹ thuật và nhà sản xuất thường khuyến nghị chọn dung lượng ắc quy lớn hơn nhu cầu thực tế từ 10% đến 25% để bù cho sự suy giảm này. Hệ số dự phòng này giúp hệ thống luôn duy trì an toàn và ổn định trong suốt vòng đời khai thác của ắc quy, giảm nguy cơ phải thay thế sớm hoặc mất nguồn trong các tình huống khẩn cấp.
Loại ắc quy sử dụng cũng ảnh hưởng đến dung lượng lựa chọn, bởi mỗi loại công nghệ sẽ có đặc tính phóng điện, đáp ứng tải, tuổi thọ và hiệu suất khác nhau. Ắc quy chì–axit (cả loại ngập nước và kín khí) và ắc quy nickel–cadmium là hai dòng chính dùng trong công nghiệp. Mỗi loại có đặc điểm riêng về dung lượng định mức, khả năng chịu dòng xả lớn, hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, tốc độ sạc lại và yêu cầu bảo trì. Việc lựa chọn loại ắc quy phù hợp phải bám sát đặc điểm tải, yêu cầu vận hành, điều kiện môi trường và tiêu chuẩn áp dụng tại dự án.
Trong quá trình xác định dung lượng ắc quy, cần tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như IEEE 485-1997, hướng dẫn lựa chọn dung lượng ắc quy cho trạm phát điện và trạm biến áp. Bên cạnh đó, dữ liệu kỹ thuật của nhà sản xuất ắc quy và thiết bị đóng cắt là nguồn tham chiếu quan trọng, giúp chuyển đổi giá trị tải không liên tục sang ampe-giờ, hiệu chỉnh theo điều kiện thực tế lắp đặt.
Dung lượng ắc quy cần chọn cho hệ thống điều khiển phụ thuộc vào tổng tải liên tục, tải không liên tục đã quy đổi, thời gian dự phòng, ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, hệ số suy giảm dung lượng theo thời gian và chủng loại ắc quy sử dụng. Việc xác định đúng các yếu tố này giúp đảm bảo hệ thống luôn an toàn, ổn định, vận hành lâu dài và đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật trong lĩnh vực điện công nghiệp.