Nguồn điều khiển là nguồn năng lượng cung cấp cho tất cả các mạch điều khiển, bảo vệ rơ le và phụ trợ của thiết bị đóng cắt. Trong hệ thống điện trung, hạ thế hay cao thế, nguồn này có vai trò quyết định khả năng thao tác cắt hoặc đóng máy cắt trong mọi tình huống.
Hiện tượng phổ biến trong vận hành lưới điện là điện áp lưới dao động hoặc có thể mất hoàn toàn nguồn xoay chiều khi xảy ra sự cố. Nếu thiếu nguồn điều khiển đáng tin cậy, hệ thống bảo vệ không thể thực hiện chức năng cắt máy cắt để cô lập phần bị sự cố, dẫn tới nguy cơ hư hỏng thiết bị và chập cháy nguy hiểm.
Khi một sự cố xảy ra trên lưới điện, các rơle bảo vệ cần kích hoạt cơ cấu cắt máy cắt tức thời. Quá trình này hoàn toàn phụ thuộc vào việc nguồn điều khiển có đáp ứng đủ công suất cho cuộn cắt (trip coil) hay không. Nếu nguồn điều khiển này bị mất, máy cắt có thể không thao tác kịp thời, làm tăng nguy cơ lan truyền sự cố. Như vậy, nguồn điều khiển không chỉ là một thành phần phụ mà là yếu tố sống còn của toàn bộ hệ thống bảo vệ.
Xem thêm
Thời gian bảo dưỡng bảo trì điện được khuyến nghị là bao lâu?
Tủ RMU là gì và các loại tủ RMU phổ biến
2 công nghệ then chốt được sử dụng trong các bộ ngắt mạch điện
Khái niệm nguồn điều khiển và các yêu cầu cơ bản
Nguồn điều khiển được định nghĩa là nguồn cung cấp năng lượng cho các mạch điều khiển, bảo vệ và phụ trợ trong thiết bị đóng cắt, bảo đảm thiết bị hoạt động ổn định dưới mọi điều kiện vận hành. Các yêu cầu chính đối với nguồn điều khiển là phải có khả năng cung cấp dòng điện đủ lớn trong thời gian ngắn, đặc biệt khi thao tác cắt máy cắt lúc xảy ra sự cố với dòng khởi động cao.
Nguồn điều khiển còn phải cấp điện cho các tải phụ trợ như đèn tín hiệu, rơle phụ, bộ điều khiển từ xa, động cơ nạp lò xo đóng/ngắt, hệ thống cảnh báo và các thiết bị đo lường.
Trong tiêu chuẩn vận hành thực tế, nguồn điều khiển phải đảm bảo cung cấp đồng thời cả hai chức năng: năng lượng cho cắt (tripping) và năng lượng cho đóng (closing) máy cắt. Việc chọn lựa nguồn điều khiển cần căn cứ trên số lượng máy cắt, số thiết bị phụ trợ, độ tin cậy mong muốn, điều kiện môi trường, khả năng mở rộng và chi phí bảo trì.
Các loại nguồn điều khiển trong thiết bị đóng cắt
Nguồn điều khiển trong thiết bị đóng cắt trung thế bao gồm hai loại chính là nguồn một chiều (DC) và nguồn xoay chiều (AC). Đối với hệ thống điều khiển DC, nguồn phổ biến là bộ ắc quy dự phòng với điện áp định mức thường gặp là 24V, 48V, 125V và 250V. Bộ ắc quy DC có ưu điểm lớn là không phụ thuộc vào nguồn lưới, vẫn cung cấp năng lượng ngay cả khi toàn bộ lưới điện bị mất nguồn.
Đối với hệ thống điều khiển AC, nguồn được lấy từ biến áp điều khiển (control transformer) hoặc tủ phân phối chiếu sáng 230V. Tuy nhiên, nguồn AC có điểm hạn chế là khi lưới điện mất điện hoàn toàn thì hệ thống bảo vệ sẽ không còn năng lượng để thao tác máy cắt. Để khắc phục, kỹ sư thường sử dụng thêm bộ tụ trip (capacitor trip device) cho phép dự trữ một lượng điện năng đủ để kích hoạt cuộn cắt ngay cả khi nguồn AC bị mất, đáp ứng tiêu chí bảo vệ tối thiểu.
Trong thực tế thiết kế, các kỹ sư cần kiểm tra rằng điện áp thực tế trên cuộn đóng/cắt nằm trong dải cho phép theo tiêu chuẩn. Bảng NEMA Table 7.9 cung cấp dải điện áp vận hành cho từng loại cuộn thao tác, giúp kỹ sư đối chiếu giá trị điện áp đo được với tiêu chuẩn để đảm bảo hệ thống luôn an toàn. Nếu vượt khỏi giới hạn này, máy cắt có thể không thao tác đúng chức năng, gây nguy cơ mất an toàn cho toàn hệ thống.
Ngoài ra, việc xác định dung lượng bộ ắc quy DC còn dựa trên tổng dòng điện cực đại của các mạch đóng/cắt và số lần thao tác dự kiến trong điều kiện khẩn cấp.
Nguồn điều khiển là thành phần sống còn, đóng vai trò quyết định trong mọi hệ thống đóng cắt và bảo vệ trung thế. Việc lựa chọn, thiết kế, tính toán và bảo trì nguồn điều khiển cần tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc tế như NEMA, IEC.
Đảm bảo nguồn điều khiển đúng tiêu chuẩn không chỉ giúp hệ thống vận hành ổn định mà còn bảo vệ an toàn cho lưới điện và thiết bị. Mỗi kỹ sư thiết kế, vận hành đều phải ý thức đầy đủ về vai trò thiết yếu của nguồn điều khiển trong hệ thống đóng cắt trung thế.