Tech

Tủ điện và phân loại tủ điện

08
May

1. Tủ điện là gì?

Tủ điện là nơi dùng để chứa/đựng các thiết bị/bảng thiết bị điện: Công tắc, cầu giao, biến thế, biến áp…ở các công trình, nhà cửa, nhà máy… thường có hình chữ nhật hoặc vuông, tùy theo vị trí và mục đích sử dụng.

Hình 1. Một tủ điện được dùng trong sản xuất.

2. Chức năng của tủ điện

Tủ điện là một bộ phận không thể thiếu trong bất kỳ công trình công nghiệp hay dân dụng nào, từ nhà máy điện đến các trạm biến áp, hệ thống truyền tải phân phối đến các hộ tiêu thụ điện. Nó được dùng làm nơi để lắp đặt và bảo vệ cho các thiết bị đóng cắt điện và thiết bị điều khiển, và là nơi đấu nối, phân phối điện cho công trình, đảm bảo cách ly những thiết bị mang điện với người sử dụng điện trong quá trình vận hành.

Tủ điện có thể được làm từ tấm kim loại hoặc composit với kích thước và độ dày khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng. Trong các ứng dụng thông thường, tủ điện thường được sơn tĩnh điện trơn hoặc nhăn với các màu sắc khác nhu tùy theo lĩnh vực sử dụng hoặc yêu cầu của thiết kế.

3. Phân loại các loại tủ điện phổ biến

Tùy theo chức năng, cấu tạo và mục đích sử dụng tủ điện có thể phân ra các loại tủ điện phổ biến sau đây:

3.1. Tủ điện phân phối chính cho công trình (MSB – Main Distribution Switchboard)

– Tủ điện phân phối chính được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 60439. Vỏ tủ điện được chế tạo từ thép mạ kẽm và được sơn tĩnh điện. Các phần khác như nắp tủ điện, mặt hông và mặt sau của tủ điện có thể tháo lắp dễ dàng tạo thuận lợi cho người sử dụng trong công việc lắp đặt và bảo trì.

– Bố trí các thiết bị bên trong tủ điện có thể phù hợp với từng nhu cầu của khách hàng từ dạng tủ điện. Tủ điện được thiết kế sử dụng trong nhà để phân phối điện cho các phụ tải công suất lớn với ưu điểm là thiết kế theo kiểu modul được đặt cạnh nhau tạo thành một hệ thống phân phối điện bảo gồm ngăn lộ vào, ngăn phân đoạn và ngăn phân phối.

Hình 2. Một số hình ảnh về tủ điện phân phối chính cho công trình (MSB).

– Tủ điện (MSB) là đầu vào cho toàn bộ hệ thống điện hạ thế của một công trình, do đó đây là yếu tố quan trong nhất trong mạng lưới phân phối điện hạ thế. Hahuco có thể thiết kế, sản xuất theo yêu cầu toàn bộ dải sản phẩm tủ điện phân phối tổng từ 600A đến 6300A.

– Cấu tạo của tủ điện MSB gồm các đặc tính tiêu chuẩn sau đây:

  • Vật liệu: Tôn đen sơn tĩnh điện hoặc thép không gỉ (Inox).
  • Kích thước chiều cao: 200 ÷ 2200 mm.
  • Kích thước chiều rộng: 200mm trở lên.
  • Kích thước chiều sâu: 150 ÷ 1000 mm.
  • Độ dày vật liệu: 1.0mm, 1.2mm, 1.5mm, 2.0mm.
  • Màu thông dụng: kem nhăn, xám, cam hoặc màu của vật liệu.

– Công dụng của tủ điện tổng :

  • Tủ điện tổng (MSB) được sử dụng trong các mạng điện hạ thế và là thành phần quan trọng nhất trong mạng phân phối điện.
  • Tủ điện tổng (MSB) có  được lắp đặt tại phòng kỹ thuật điện tổng của các công trình công nghiệp như nhà máy, xưởng công nghiệp, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng,chung cư, bệnh viện, trường học, cảng, sân bay….

3.2. Tủ điện điều khiển trung tâm

– Tủ điện điều khiển trung tâm MCC (Motor Control Center) hay một số nơi còn gọi là tủ điện điều khiển động cơ dùng để điều khiển và bảo vệ các động cơ, máy bơm… có công suất lớn. Có các phương thức khởi động, điều khiển tùy thuộc vào loại động cơ và yêu cầu của khách hàng như là: khởi động trực tiếp, khởi động sao – tam giác, khởi động mềm, biến tần…

– Tủ điền khiển động cơ có thể gồm các thành phần chính: Bộ điều khiển trung tâm PLC, Thiết bị đóng cắt MCCB/MCB, Contactor, Relay, Timer, Bộ biến tần (Inverter), Khởi động mềm (Soft Starter), hay bộ khởi động sao – tam giác.

– Tủ điện điều khiển trung tâm có thể được cung cấp cả hai loại:

  • Loại cố định.
  • Loại không cố định (có thể kéo đi kéo lại).

– Khung và cá nắp tủ được chế tạo từ thép mạ điện và hoàn thiện bằng sơn tĩnh điện. Tủ điện điều khiển và bảo vệ động cơ công nghiệp, thủy lợi…. Tủ điện có cơ chế vận hành như sau:

  • Vận hành tại chỗ hoặc từ xa để đóng ngắt, đảo chiều quay cho các động cơ.
  • Vận hành tại chỗ hoặc từ xa để thay đổi tốc độ quay của động cơ.

Hình 3. Tủ điện điều khiển trung tâm.

– Ưu điểm:

  • Dễ ràng lắp đặt, đấu nối hòa đồng bộ vào hệ thống đã có sẵn, thi công đơn giản khi chỉ phải đấu nối đầu vào và đầu ra cho sản phẩm.
  • Được thiết kế thông minh với các chức năng tự động hóa dựa trên lập trình PLC, HMI.

– Nhược điểm:

  • Chi phí tương đối cao do sử dụng nhiều thiết bị hiện đại của nước ngoài.
  • Không thích hợp khi các thiết bị nhỏ lẻ, không hòa đồng bộ.

– Ứng dụng:

  • Trong building, văn phòng, nhà máy, khu công nghiệp. Các động cơ bơm, quạt, máy nghiền, máy cắt cũng như các động cơ công suất lớn. Động cơ cần thay đổi tốc độ, lưu lượng. Cụ thể như: điều khiển bơm sinh hoạt, bơm cứu hoả, bơm tăng áp, đài phun nước, quạt thông gió tầng hầm, quạt hút khói cầu thang…

3.3. Tủ điện chuyển mạch – ATS

Tủ điện được sử dụng ở những nơi có phụ tải đồi hỏi phải cấp điện liên tục, để cấp điện cho tải khi có sự cố phía nguồn lưới thường dùng là nguồn dự phòng là máy phát điện. Trong trường hợp tủ điện ATS có nhiệm vụ tự động chuyển đổi nguồn cung cấp từ lưới sang nguồn dự phòng để cấp điện trở cho nguồn tải hoạt động.

  • Điện áp định mức: 380V/415V.
  • Dòng điện định mức: 1600A/2000A/2500A/3200A/6300A.
  • Thời gian chuyển mạch: 5~10s.

– Chức năng:

  • Chức năng chính của tủ điện ATD là chuyển tải sang sử dụng nguồn điện dự phòng như máy phát điện. Khi mất nguồn chính điện lưới. Ngoài ra, tủ ATS thường có chức năng bảo vệ khi điện lưới và điện máy phát bị sự cố như: mất pha, mất trung tính, quá áp, sụt áp,…
  • Tủ điện ATS được sử dụng ở các khu công nghiệp như nhà máy, xưởng công nghiệp, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, chung cư, bệnh viện, cảng, sân bay… nơi có các phụ tải đòi hỏi phải cấp điện liên tục, hay những vùng hay có sự cố mất điện lưới đột ngột.

– Nguyên tắc hoạt động của tủ điện ATS:

  • Tủ ATS sẽ tự động chuyển sang nguồn dự phòng và khi nguồn chính phục hồi bộ ATS sẽ tự động chuyển nguồn trở lại. Thời gian chuyển nguồn dự phòng có thể đặt được trong khoảng 5 ÷ 10s. Khi điện lưới phục hồi, tủ ATS chờ một khoảng thời gian 10 ÷ 30s để xác định sự ổn định của nguồn lưới. Tủ ATS có 2 chế độ vận hành: tự động hoặc bằng tay. Trước mặt tủ có các nút ấn, màn hình LCD và có hệ thống đèn chỉ thị. Giúp người vận hành điều chỉnh được thời gian chuyển mạch, chế độ hoạt động.
  • Tủ điện ATS gia đình cũng có nguyên tắc hoạt động như trên. Rất thích hợp với những khu vực hay xảy ra các sự cố mất điện đột ngốt.

Hình 4. Tủ điện chuyển mạch – ATS.

3.4. Tủ điện phân phối (tủ DB)

– Tủ điện phân phối DB (Distribution Board) là tủ phân phối được sử dụng trong các mạng điện hạ thế. Vị trí của tủ DB thường là sau các tủ phân phối tổng (MSB) tại các nút. Dòng điện định mức có thể đến 1000A, cung cấp điện cho 1 nhóm thiết bị hoặc thiết bị đầu cuối (máy bơm, động cơ, máy móc…). Nó là loại tủ điện nhỏ nhất, nó đặt gần các phụ tải, bên trong tủ chỉ bao gồm MCB/RCCB, đèn báo pha, cầu chì. Một số tủ đặc biệt có gắn đồng hồ kWh, Amper kế, Volt kế, bảo vệ mất pha, tụ bù…

– Tủ điện được thiết kế sử dụng trong các phân xưởng, nhà máy hay phân phối điện cho một tầng trong tòa nhà. Vì vậy tủ điện phân phối được thiết kế gọn nhẹ, tính thẩm mỹ cao, an toàn và thuận tiện vận hành.

– Tủ điện DB được thiết kế chuẩn tạo điều kiện thuận lơi cho việc lựa chọn để sử dụng vào công trình. Tủ này là có phân chia theo màu xanh, đỏ, vàng điều này sẽ giúp cho việc lắp đặt dễ dàng, thuận tiện cũng như công tác bảo trì sửa chữa sau này.

– Tủ điện DB thường lắp đặt tại phòng vận hành của các công trình công nghiệp, nhà máy, xưởng công nghiệp, trung tâm thương mại, chung cư…

Hình 5. Tủ điện phân phối DB.

3.5. Tủ tụ bù

Tụ bù hạ thế thường dùng để tích và phóng điện trong mạch điện. Muốn tích điện cho tụ bù người ta nối hai bản cực của tụ bù với nguồn điện. Bản nối với cực dương sẽ tích điện dương, bản nối với cực âm sẽ tích điện âm.

Trong hệ thống điện, tụ bù hạ thế được sử dụng với mục đích bù công suất phản kháng  để nâng cao hệ số công suất cosφ. Nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động của lưới điện và tránh bị phạt tiền. Tụ bù hạ thế là thành phần chính trong tủ điện tụ bù. Bên cạnh các thiết bị khác để đảm bảo hệ thống bù hoạt động thông minh, ổn định và an toàn.

Hình 6. Tủ tụ bù.

3.6. Tủ điện phòng cháy chữa cháy

– Phòng cháy chữa cháy là một vấn đề vô cùng quan trọng trong bất kỳ lĩnh vực, địa điểm nào: kinh doanh, trường học, bệnh viện hay thậm chí là hộ gia đình. Nguy cơ từ các yếu tố cháy nổ có thể xảy đến bất kỳ lúc nào nếu không có sự chuẩn bị ngăn chặn cẩn thận. Tủ điện phòng cháy chữa cháy ra đời đã khiến cho hệ thống bảo vệ phòng cháy chữa cháy ngày một an toàn.

Hình 7. Tủ điện phòng cháy chữa cháy.

– Nguyên lý hoạt động của tủ điện phòng cháy chữa cháy:

Tủ điện phòng cháy chữa cháy được đặt ở chế độ tự động, hoạt động theo một quy trình cụ thể. Đầu tiên, tủ điện sẽ tự động vận hành bơm bù ápnếu nhưhệ thống phòng cháy chữa cháy bị rò rỉ nước. Thứ hai, khi báo cháy, mở vòi cứu hỏa tủ điện phòng cháy chữa cháy sẽ tự động vận hành bơm điện. Thứ ba, tủ điện tự động vận hành bơmxăng, nhiên liệu cần thiết mỗi khi báo cháy, mở vòi cứu hỏa, mất điện. Cuối cùng, tủ điện pccc có cơ chế tự động sạc và thông báo tình trạng ắc quy hiện tại cho người sử dụng.

  • Điện áp cung cấp 3P-380V.
  • Đèn báo pha.
  • Đo dòng điện, điện áp.
  • Báo mất pha.
  • Tiêu chuẩn IP20 – IP54.
  • Tủ tôn dày 2mm, sơn tĩnh điện.

3.7. Tủ điện điều khiển chiếu sáng

Hình 8. Tủ điện điều khiển chiếu sáng.

Tủ điện điều khiển chiếu sáng dùng cho các hệ thống đèn chiếu sáng trong các khu vực công cộng như: đường phố, khu đô thị, vườn hoa, công viên, cầu… hay trong trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, chung cư, bệnh viện, trường học, cảng, sân bay, sân vận động,…

  • Kích thước tùy vào sơ đồ nguyên lý sẽ có thiết kế phù hợp.
  • Tiêu chuẩn IP 43 – IP 55.
  • Tôn tấm nhập khẩu đảm bảo tiêu chuẩn  JIS G3302 (Nhật Bản), En10142 (Châu Âu), và ASTM A653/A653-08 (Mỹ).
  • Kết hợp với relay thời gian được cái đặt chế độ bật, tắt thiết bị chiếu sáng trong 1 khoản thời gian được định trước.

3.8. Tủ rack

Tủ rack hay còn gọi là tủ mạng, khác với những chiếc tủ bình thường sử dụng trong gia đình, tủ rack (tủ mạng) là tủ chuyên dụng chúng được dùng để chứa các thiết bị mạng như: Router , Switch, Server… không chỉ là để chứa chúng còn để bảo vệ khối thiết bị này khỏi các tác động từ môi trường bên ngoài.

Hình 9. Tủ rack (tủ mạng).

Tủ rack (tủ mạng) được làm từ 2 loại nguyên liệu chính đó là tôn và thép , độ dày của chiếc tủ thường từ 1,2mm – 1,5mm với những chiếc tủ đạt chuẩn, còn với những chiếc tủ kém chất lượng thì sẽ mỏng manh hơn nhiều chỉ từ 0,8mm – 1,0mm.

3.9. Tủ điện hòa đồng bộ

Tủ điện hòa đồng bộ được thiết kế để thực hiện các công việc đưa các máy phát điện hay các nguồn điện đang làm việc độc lập vào làm việc song song với nhau. Đây là giải pháp kỹ thuật cao nhằm mục đích nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và tối ưu hoá trong việc tiết kiệm nhiên liệu.

Hình 10. Tủ điện hòa đồng bộ.

Ứng dụng lớn nhất của tủ điện hoà đồng bộ là trong trường hợp nguồn điện chính bị sự cố thì các máy phát điện dự phòng sẽ tự động khởi động, tự hòa đồng bộ và chia tải với nhau, ngoài ra hệ thống còn có chức năng tự động giám sát phụ tải và điều khiển cho chạy số lượng máy phát theo nhu cầu của phụ tải.