Tiêu chuẩn thiết kế tủ điện hạ thế và sơ đồ lắp đặt

Chu Văn An

Tủ điện hạ thế được sản xuất theo tiêu chuẩn ngành nên việc thiết kế, lắp đặt cũng cần tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia liên quan. Để tìm hiểu rõ hơn về các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật cho bản vẽ thiết kế tủ điện hạ thế mời các bạn chú ý theo dõi bài viết dưới đây của chúng tôi.

Tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế tủ điện hạ thế

Tiêu chuẩn thiết kế tủ điện hạ thế nhằm đảm bảo tủ điện được thiết kế, lắp đặt theo tiêu chuẩn nhất định, an toàn cho cả thiết bị và con người. Tiêu chuẩn này áp dụng thuật ngữ chung cho các loại tủ điện hạ áp.

Vì vậy, một số tiêu chuẩn thiết kế tủ điện hạ thế phải được tuân thủ, bao gồm:

• IEC 60439-1: Tiêu chuẩn chung về lắp ráp tủ điện.
• IEC 60439-1:2004,TCVN 799-1:2009: Tiêu chuẩn chung cho các bộ phận của thiết bị đóng cắt và điều khiển điện áp thấp
• IEC 60947-2: Tiêu chuẩn chung cho máy cắt – thiết bị đóng cắt điện áp thấp.
• IEC 60529; ISO 4255:2008: Tiêu chuẩn này quy định mức độ bảo vệ của vỏ tủ.
• IEC 61641: Tiêu chuẩn chống hồ quang của tủ điện.
• IEC 529: Tiêu chuẩn cấp bảo vệ tủ điện áp thấp (IP).
• IEC 439-1: Tiêu chuẩn lắp ráp thiết bị đóng cắt và điều khiển điện áp thấp – Thử nghiệm điển hình.
• IEC 947-2: Tiêu chuẩn lắp ráp thiết bị đóng cắt và thiết bị điều khiển điện áp thấp – Áp dụng cho máy cắt.
• IEC 521: Tiêu chuẩn công tơ điện, độ chính xác cấp 2.
• IEC 145: Tiêu chuẩn đo công suất, độ chính xác cấp 2.

Ngoài ra, việc thiết kế tủ điện hạ thế còn cần đáp ứng các yêu cầu về kết cấu, vật liệu cũng như cách bố trí, lắp đặt các thiết bị bên trong tủ điện.

Yêu cầu về kết cấu và vật liệu

• Vỏ tủ: Phải được làm bằng kim loại (thép tấm, nhôm, inox) hoặc vật liệu composite chất lượng cao và sơn tĩnh điện/mạ kẽm để đảm bảo độ bền và cách điện. Đặc biệt đối với tủ phân phối điện, cửa trước và cửa bên cần được thiết kế có thể tháo lắp dễ dàng để thuận tiện cho việc lắp đặt, sửa chữa, bảo trì. Đồng thời, vỏ tủ cũng cần có khe thông gió để đảm bảo nhiệt độ bên trong không vượt quá ngưỡng cho phép.
• Thanh cái: Ưu tiên sử dụng vật liệu đồng có tiết diện đủ lớn để chịu được dòng điện định mức và dòng điện ngắn mạch.

Yêu cầu bố trí và cài đặt

• Tủ điện hạ thế cần được chia thành các ngăn, ngăn hoặc module để thuận tiện cho việc phân loại từng nhóm thiết bị. Các bảng tiêu chuẩn tham khảo từ Bảng 1 đến Bảng 4b (IEC 61439).
• Khoảng cách giữa các thiết bị trong tủ điện phải đảm bảo tiêu chuẩn an toàn. Mỗi thiết bị, mạch điện và dây điện phải được đánh số hoặc dán nhãn rõ ràng.
• Mặt cắt dây dẫn phải tương thích với dòng tải thiết kế và có khả năng mở rộng trong tương lai. Mạch điện và mạch tín hiệu phải chạy riêng biệt hoặc chạy dọc để hạn chế nhiễu điện.

Yêu cầu về chức năng bảo vệ

• Tủ điện cần được trang bị những thiết bị bảo vệ quan trọng nhất như cầu dao, cầu dao, cầu chì… để chống quá tải, đoản mạch.
• Vì hầu hết vỏ tủ điện đều được làm bằng kim loại nên hệ thống nối đất an toàn cần được ưu tiên để đảm bảo dòng điện rò rỉ không gây nguy hiểm cho người vận hành.

Quy trình thiết kế tủ điện hạ thế

Quá trình thiết kế tủ điện hạ thế khá phức tạp. Các bước cơ bản như sau.

Thu thập yêu cầu thiết kế

• Xác định cụ thể chức năng của tủ điện cần thiết kế: Tủ điện loại gì? Tủ phân phối điện chính MSB, tủ phân phối điện nhánh DB hoặc tủ chuyển đổi nguồn ATS, tủ điều khiển chiếu sáng…
• Các thông số quan trọng để xác định tải: Bao gồm tổng công suất, dòng điện định mức, loại tải (ổ cắm, động cơ…).
• Các tính năng của môi trường cài đặt: Trong nhà hay ngoài trời, nhiệt độ và độ ẩm có khắc nghiệt không? Các thông số này sẽ quyết định mức độ bảo vệ IP của tủ điện hạ thế.
• cung cấp điện: Điện áp (1 pha 220V hoặc 3 pha 380V), tần số 50/60Hz.

Sơ đồ thiết kế

• Vẽ sơ đồ mạch điện: Sơ đồ phải thể hiện cụ thể, chi tiết vị trí các đường dây chính, các nhánh phụ tải, các thiết bị bảo vệ, điều khiển, đo lường, bù điện (nếu có).
• Thiết kế mạch điều khiển: Tạo sơ đồ mạch điều khiển và bảo vệ cho các nhóm thiết bị điều khiển như contactor, rơle, biến tần và PLC.
• Chọn thiết bị phù hợp: Tùy theo dòng tải định mức và dòng ngắn mạch mà chọn cầu dao, cáp nguồn và thanh cái có thông số kỹ thuật phù hợp.

Sắp xếp kết cấu tủ

Xác định kích thước cụ thể của khung tủ theo số lượng, kích thước của thiết bị và xác định dạng ngăn cụ thể. Sau đó, bản đồ vị trí được tạo cho từng nhóm thiết bị để đảm bảo khoảng cách an toàn và hạn chế nhiễu điện từ.

Sơ đồ kết nối thiết kế

• Đấu dây điện: Lập sơ đồ nối dây chi tiết, phân chia rõ ràng các đường dây điện và đường điều khiển, đảm bảo các đường dây gọn gàng, được đánh dấu rõ ràng.
• Tính toán dây dẫn: Chọn tiết diện dây phù hợp với tổng khả năng chịu tải.
• Hệ thống nối đất: Đảm bảo nối đất thích hợp để tránh dòng điện rò rỉ đi qua tủ kim loại và gây điện giật.

Đánh giá và kiểm tra

• Đánh giá lại toàn bộ thiết kế so với tiêu chuẩn hiện hành để đảm bảo tủ điện phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia.
• Đảm bảo tủ điện được trang bị các giải pháp đo lường và bảo vệ chính xác, an toàn.
• Hoàn thành các tài liệu thiết kế, bao gồm sơ đồ, bản vẽ bố trí, danh mục vật liệu và hướng dẫn sử dụng để bạn chuẩn bị cho bước tiếp theo.

Sơ đồ lắp đặt tủ phân phối hạ thế

Đầu tiên, sơ đồ làm việc của tủ phân phối hạ áp cần thể hiện rõ ràng hai hệ thống phân phối độc lập (Hệ thống I và Hệ thống II), mỗi hệ thống nhận điện từ trạm biến áp trung gian và phân phối điện đến các phụ tải.

Bản vẽ thiết kế tủ phân phối hạ thế

Các thành phần chính có trong sơ đồ lắp đặt:

• Hệ thống phân phối trung thế I và II: Hai nguồn điện độc lập cấp nguồn cho hệ thống thông qua máy biến áp.
• Hệ thống máy biến áp I và II: Có nhiệm vụ giảm điện áp lưới điện hạ áp từ cấp trung thế xuống cấp điện áp tiêu chuẩn phù hợp với phụ tải tiêu thụ.
• Hệ thống phân phối hạ áp I và II: Bao gồm tủ công tắc nhánh, hệ thống thanh cái, nhánh tải.
• Hệ thống bù công suất phản kháng 1 và 2: Giúp tăng hệ số công suất và nâng cao chất lượng điện năng.
• Bộ cách ly (ID, 2DL, 2DL): Nó có chức năng kết nối hoặc cách ly hai hệ thống khi xảy ra sự cố về điện. Nếu một hệ thống bị mất điện, công tắc cách ly có thể chuyển tải từ hệ thống này sang hệ thống khác.

Nguyên lý làm việc của tủ phân phối hạ thế:

• Trong điều kiện bình thường: Hệ thống I và II hoạt động độc lập, chủ động cung cấp điện cho từng tải riêng lẻ.
• Khi hệ thống có vấn đề: Tải trọng từ hệ thống này sẽ được chuyển sang hệ thống khác bằng dao liên kết ngang (3DL).
• Bù công suất phản kháng: Các tụ điện trong mỗi hệ thống hoạt động riêng biệt để cải thiện hệ số công suất.

Sơ đồ lắp đặt thực tế tủ phân phối hạ thế

Những lưu ý quan trọng khi lắp đặt tủ điện hạ thế

Khu vực lắp đặt tủ

• Vị trí đặt tủ cần phải sạch sẽ, bằng phẳng, khô ráo và hoàn toàn không có vật cản. Nếu mặt sàn không bằng phẳng thì phải có cách đỡ chân tủ.
• Chênh lệch chiều cao mặt phẳng không được lớn hơn 2mm/1m chiều dài tủ.
• Khoảng cách giữa mặt trước, mặt sau tủ và trần nhà tối thiểu là: 1000mm ở phía sau tủ, 1200-1600mm ở mặt trước tủ và 600mm ở trần nhà.

Khi ghép vách ngăn tủ

• Trước khi lắp đặt, hãy tháo bỏ hoàn toàn lớp bọc nhựa hoặc tấm bạt phủ trên tủ.
• Sử dụng bu lông chắc chắn để cố định tủ với tủ hoặc tủ với sàn.
• Khi nối các thanh cái phải sử dụng thước kẻ hoặc thước định vị laser để đảm bảo độ chính xác.

Khi kết nối cáp

• Tạo các lỗ đi dây trên mặt trên hoặc mặt dưới của tủ. Đối với tủ không có dải dán đáy, dây cáp cần được buộc vào các thanh đỡ ở phía dưới để dây cáp không bị xê dịch.
• Đấu nối cáp theo bản vẽ thiết kế đã chuẩn bị sẵn. Lưu ý đi dây cáp phải gọn gàng để tránh tình trạng dây cáp bị rối.

Sau khi lắp đặt tủ điện

• Trong quá trình lắp đặt, kiểm tra toàn bộ vỏ tủ và loại bỏ những phần thừa, bụi bẩn, chướng ngại vật.
• Kiểm tra tình trạng cách điện của mạch điều khiển và khả năng cách điện tổng thể. Đối với mạch nối đất TNC, đầu nối đất cần được tháo ra trước khi đo.
• Sử dụng thiết bị đặc biệt để đo cách điện. Điện trở cách điện phải ít nhất là 1.000 ohms/V.
• Tiến hành kiểm tra và chạy thử nguội trước khi cấp nguồn cho máy.
• Kiểm tra nhãn và linh kiện tủ nhãn.

Một số vấn đề trong thiết kế tủ điện hạ thế

Câu 1: Thiết kế tủ điện hạ thế cần đáp ứng những tiêu chuẩn gì?

hồi đáp: Thiết kế tủ điện hạ thế cần đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế IEC 61439 và tiêu chuẩn quốc gia ISO 31:2004.

Câu 2: Tủ điện hạ thế cần có những yêu cầu gì?

hồi đáp: Vỏ tủ điện hạ thế cần có khả năng chống ăn mòn, chống bụi, chống thấm nước và chống cháy nổ. Mỗi loại tủ sẽ có chỉ số bảo vệ IP khác nhau.

Câu 3: Thiết kế tủ điện hạ thế có cần quan tâm đến khả năng mở rộng không?

hồi đáp: có. Tủ điện cần được thiết kế có thêm không gian để có thể mở rộng hoặc nâng cấp hệ thống trong tương lai.