Tủ ATS Là Gì? Cấu Tạo, Chức Năng Của Tủ Điện ATS

Trong các hệ thống điện hiện đại, đặc biệt là tại các nhà máy, tòa nhà, trung tâm dữ liệu hay bệnh viện, việc đảm bảo nguồn điện hoạt động liên tục là yếu tố sống còn. Khi nguồn điện lưới bị mất đột ngột, nếu không có giải pháp thay thế, hoạt động của hệ thống sẽ bị gián đoạn, gây thiệt hại lớn về kinh tế và an toàn.
Tủ điện ATS (Automatic Transfer Switch) ra đời chính là để giải quyết vấn đề này – nó cho phép chuyển đổi nguồn điện tự động giữa điện lưới và máy phát dự phòng, đảm bảo nguồn cung ổn định và liên tục.

Bài viết dưới đây của H&T Automation sẽ giúp bạn hiểu chi tiết: tủ ATS là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng, cách lựa chọn và vận hành tủ ATS đúng kỹ thuật.

Tủ điện ATS là gì?

Tủ điện ATS (Automatic Transfer Switch) là hệ thống tủ chuyển nguồn tự động, có chức năng chuyển đổi giữa hai nguồn điện độc lập – thường là nguồn điện lưới (Main Power) và nguồn máy phát điện (Generator) – khi một trong hai nguồn gặp sự cố hoặc bị mất.

Khi điện lưới bị mất, tủ ATS sẽ tự động khởi động máy phát và chuyển sang nguồn dự phòng chỉ trong vài giây. Khi điện lưới phục hồi, hệ thống lại tự động chuyển về nguồn chính và dừng máy phát.

Tủ điện ATS được xem là thành phần quan trọng trong hệ thống điện dự phòng, giúp đảm bảo hoạt động liên tục cho các thiết bị quan trọng như: hệ thống chiếu sáng khẩn cấp, thang máy, máy chủ, dây chuyền sản xuất, hệ thống camera an ninh, trung tâm dữ liệu, v.v.

Cấu tạo của tủ điện ATS

Một tủ ATS hoàn chỉnh thường gồm nhiều thành phần điện – điện tử, được bố trí khoa học bên trong tủ kim loại có lớp sơn tĩnh điện chống oxy hóa. Cấu tạo cơ bản bao gồm:

Bộ chuyển mạch (Transfer Switch): Đây là trái tim của tủ ATS, thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện giữa hai nguồn chính và dự phòng. Bộ chuyển mạch có thể là loại cơ khí, điện tử hoặc sử dụng contactor/motorized switch tùy theo công suất.
Bộ điều khiển trung tâm (Controller): Bộ điều khiển là bộ não của hệ thống, đảm bảo quá trình chuyển nguồn diễn ra chính xác, an toàn. Nó liên tục giám sát tình trạng của hai nguồn điện (điện áp, tần số, pha…) và ra lệnh đóng/ngắt các thiết bị khi cần.
Aptomat và cầu dao bảo vệ: Bảo vệ hệ thống khỏi các tình trạng quá tải, ngắn mạch, sụt áp. Mỗi nguồn đều được lắp riêng một aptomat để đảm bảo cách ly khi cần bảo trì hoặc sự cố.
Bộ khởi động máy phát (Start Module): Khi điện lưới mất, tủ ATS tự động gửi tín hiệu khởi động máy phát điện. Khi điện lưới có lại, module này sẽ ngắt tín hiệu và dừng máy phát.
Hệ thống hiển thị và cảnh báo: Bao gồm đèn báo nguồn, màn hình HMI hoặc LED, và còi cảnh báo giúp kỹ thuật viên dễ dàng theo dõi trạng thái làm việc của hệ thống.
Vỏ tủ điện: Vỏ tủ thường làm bằng thép sơn tĩnh điện, có khả năng chống bụi, chống ẩm, chống nhiễu điện từ. Tùy vào môi trường lắp đặt, tủ có thể đạt chuẩn IP43, IP54 hoặc IP65.

Chức năng chính của tủ điện ATS là gì?

Tủ ATS không chỉ đơn thuần là thiết bị chuyển nguồn, mà là một hệ thống điều khiển thông minh, đảm bảo an toàn và tính liên tục của nguồn điện. Dưới đây là các chức năng chính:

Tự động chuyển đổi nguồn điện: Khi điện lưới mất hoặc điện áp nằm ngoài giới hạn cho phép, tủ ATS tự động khởi động máy phát và chuyển sang nguồn dự phòng.
Tự động phục hồi: Khi điện lưới ổn định trở lại, hệ thống sẽ chuyển nguồn về điện lưới, đồng thời tắt máy phát.
Giám sát tình trạng nguồn: ATS theo dõi điện áp, tần số, pha và trạng thái của cả hai nguồn.
Bảo vệ an toàn: Chống đóng đồng thời hai nguồn, tránh hiện tượng nghịch pha hoặc ngắn mạch nguy hiểm.
Cho phép vận hành bằng tay: Ngoài chế độ tự động, người dùng có thể chuyển sang chế độ manual để kiểm soát quá trình chuyển nguồn khi cần bảo trì.

Nguyên lý hoạt động của tủ ATS

Nguyên lý hoạt động của tủ ATS dựa trên việc phát hiện và phản ứng tự động trước tình trạng của nguồn điện.

Khi điện lưới ổn định:Hệ thống cấp điện cho tải từ nguồn lưới. Bộ điều khiển liên tục theo dõi điện áp và tần số.
Khi điện lưới bị mất hoặc điện áp thấp: Bộ điều khiển nhận biết sự cố, gửi tín hiệu khởi động máy phát điện. Sau khi máy phát đạt điện áp ổn định, tủ ATS sẽ đóng mạch để cấp điện cho tải từ nguồn máy phát.
Khi điện lưới phục hồi: Bộ điều khiển phát hiện điện lưới đã trở lại trong giới hạn cho phép. Sau một khoảng thời gian trễ để đảm bảo ổn định, ATS sẽ chuyển tải về điện lưới và tắt máy phát.
Chế độ bảo vệ: Nếu có lỗi trong quá trình chuyển mạch (ví dụ: điện áp hai nguồn trùng thời điểm, mất pha…), hệ thống sẽ khóa mạch để tránh hư hỏng thiết bị.

Ứng dụng của tủ điện ATS

Tủ ATS được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực đòi hỏi nguồn điện ổn định và không bị gián đoạn, bao gồm:

Tòa nhà, trung tâm thương mại: đảm bảo chiếu sáng, thang máy và hệ thống PCCC luôn hoạt động.
Bệnh viện, phòng khám: duy trì hoạt động cho các thiết bị y tế, máy thở, phòng mổ.
Nhà máy, xưởng sản xuất: bảo vệ dây chuyền sản xuất khỏi dừng đột ngột gây thiệt hại.
Trạm BTS, trung tâm dữ liệu: đảm bảo hệ thống mạng và server không bị ngắt kết nối.
Khu dân cư, biệt thự, khách sạn: đảm bảo tiện nghi sinh hoạt, tránh gián đoạn hệ thống điện nội bộ.

Nhờ khả năng tự động, chính xác và an toàn, tủ ATS là giải pháp không thể thiếu trong hạ tầng điện dự phòng hiện đại.

Quy trình vận hành của hệ thống tủ điện ATS

Quy trình vận hành tủ ATS thường gồm hai chế độ chính: tự động (Auto) và bằng tay (Manual).

Chế độ tự động

Hệ thống luôn giám sát nguồn lưới.
Khi mất điện, tự động khởi động máy phát và cấp điện cho tải.
Khi điện lưới phục hồi, tự động chuyển lại và dừng máy phát.
Không cần can thiệp của con người.

Chế độ bằng tay

Kỹ thuật viên chủ động đóng/ngắt các nguồn bằng nút hoặc cần gạt.
Dùng trong trường hợp bảo trì, kiểm tra, thử tải hoặc huấn luyện vận hành.

Khi vận hành, người kỹ thuật cần đảm bảo tuân thủ quy trình an toàn điện, đặc biệt là khi chuyển giữa hai chế độ hoặc thực hiện thao tác tại chỗ.

Phân loại tủ điện ATS

Tùy theo công suất, cấu trúc, phương thức vận hành và ứng dụng, tủ ATS có thể được phân loại như sau:

Theo phương thức vận hành

Tủ ATS tự động hoàn toàn: tích hợp bộ điều khiển thông minh, có thể vận hành độc lập.
Tủ ATS bán tự động: cần thao tác tay ở một số bước (thường dùng cho máy phát nhỏ).

Theo cấu trúc cơ khí

ATS contactor: sử dụng khởi động từ để chuyển nguồn, phù hợp tải nhỏ và trung bình.
ATS motorized switch: dùng bộ chuyển mạch có động cơ, độ bền cao, đóng ngắt chính xác.
ATS MCCB/ACB: dùng aptomat công suất lớn, chuyên cho hệ thống điện trung thế – cao thế.

Theo số nguồn điện

ATS 2 nguồn: phổ biến nhất (nguồn lưới và nguồn máy phát).
ATS 3 nguồn: dùng trong các hệ thống có thêm nguồn UPS hoặc nguồn ưu tiên đặc biệt.

Sơ đồ đấu nối của tủ điện ATS

Sơ đồ đấu nối tủ ATS thể hiện cách kết nối giữa hai nguồn điện và tải tiêu thụ thông qua thiết bị chuyển mạch.

Thông thường, sơ đồ gồm 3 phần chính:

Nguồn chính (Main): kết nối với điện lưới thông qua aptomat chính.
Nguồn dự phòng (Gen): kết nối với đầu ra của máy phát điện.
Tải (Load): được cấp điện qua thiết bị chuyển mạch trung tâm.

Tùy vào loại ATS (contactor hay MCCB), sơ đồ có thể khác nhau, nhưng nguyên tắc chung là: chỉ một nguồn được phép cấp điện cho tải tại một thời điểm, tránh hiện tượng song song hai nguồn.

Việc thiết kế và đấu nối cần được thực hiện bởi kỹ sư điện có chuyên môn, đảm bảo an toàn và đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật.

Các tiêu chí lựa chọn hệ thống tủ điện ATS tốt nhất

Khi lựa chọn tủ điện ATS cho doanh nghiệp hoặc công trình, cần cân nhắc kỹ các yếu tố sau:

Công suất tải: xác định tổng công suất các thiết bị cần cấp điện, chọn ATS có dòng định mức phù hợp.
Thời gian chuyển mạch: nên chọn loại có thời gian chuyển nhanh (<5 giây) nếu hệ thống nhạy cảm.
Độ tin cậy và thương hiệu linh kiện: ưu tiên thiết bị từ các hãng uy tín như Schneider, Siemens, ABB.
Chế độ điều khiển: có thể lập trình hoặc giám sát qua HMI/PLC nếu hệ thống phức tạp.
Mức độ bảo vệ: chọn cấp IP phù hợp với môi trường (trong nhà, ngoài trời, công nghiệp nặng).
Dịch vụ kỹ thuật và bảo trì: chọn nhà cung cấp có hỗ trợ sau bán hàng, dễ dàng thay thế linh kiện.

Ưu và nhược điểm của tủ điện ATS

Ưu điểm

Chuyển đổi nguồn nhanh và chính xác, giảm thiểu thời gian gián đoạn điện.
Tự động hóa hoàn toàn, không cần giám sát thường xuyên.
Bảo vệ thiết bị và hệ thống khỏi rủi ro điện áp bất thường.
Dễ tích hợp vào hệ thống điều khiển trung tâm hoặc BMS.

Nhược điểm

Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với hệ thống chuyển nguồn thủ công.
Cần đội ngũ kỹ thuật có kinh nghiệm để lắp đặt và bảo trì.
Một số mẫu công suất lớn chiếm diện tích lắp đặt tương đối lớn.

Bảo trì và kiểm tra tủ điện ATS định kỳ

Để đảm bảo tủ ATS hoạt động ổn định và an toàn, cần thực hiện bảo trì định kỳ theo các bước sau:

Kiểm tra cơ cấu chuyển mạch (độ trơn tru, tiếp xúc).
Vệ sinh tủ, siết chặt đầu nối, loại bỏ bụi và hơi ẩm.
Kiểm tra điện áp, tần số hai nguồn, đảm bảo đúng thông số.
Thử nghiệm chế độ tự động định kỳ để đảm bảo phản ứng đúng khi mất điện.
Ghi chép nhật ký vận hành và bảo trì để theo dõi tình trạng thiết bị.

Việc bảo trì định kỳ không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị, mà còn tránh rủi ro mất điện bất ngờ trong thực tế vận hành.

Kết luận

Tủ điện ATS đóng vai trò then chốt trong hệ thống cung cấp điện liên tục, đặc biệt ở các khu vực yêu cầu độ ổn định cao. Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách lựa chọn tủ ATS phù hợp giúp doanh nghiệp chủ động hơn trong việc đảm bảo an toàn, tiết kiệm và hiệu quả vận hành.

Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp thiết kế, lắp đặt hoặc tối ưu hệ thống tủ ATS chuyên nghiệp, hãy liên hệ H&T Automation – đơn vị đồng hành cùng hàng trăm doanh nghiệp trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.

H&T Automation là đơn vị chuyên cung cấp các khóa học, giải pháp và thiết bị về mảng tự động hóa, từ thiết kế hệ thống điều khiển, lập trình PLC – HMI, đến tư vấn lựa chọn thiết bị công nghiệp.
Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm và định hướng chia sẻ kiến thức chuẩn kỹ thuật – thực tế, H&T Automation luôn đồng hành cùng khách hàng và học viên trên con đường phát triển tự động hóa thông minh, an toàn và hiệu quả.