Tủ điện là gì? Cấu tạo và công dụng của tủ điện

Chu Văn An

Tủ điện là thiết bị phổ biến trong nhiều hệ thống điện từ dân dụng đến công nghiệp. Bản chất và kích thước của hệ thống điện thường xác định loại tủ và thiết bị chứa trong đó. Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu tủ điện là gì? Cấu tạo và mục đích của tủ điện là gì?

Tủ điện là gì?

Tủ điện (tên tiếng Anh: Electric Cabinet) là một thiết bị dạng hộp kim loại dùng để chứa đựng, bảo vệ các thiết bị điện như công tắc, nút bấm, cầu dao, máy biến thế, dụng cụ đo lường…

Tủ điện cho phép người vận hành tiếp cận tất cả các thiết bị điện và mạch cơ khí trong hệ thống giám sát và điều khiển nguồn. Tủ điện còn cung cấp giải pháp nhanh chóng và thuận tiện nhất cho việc sửa chữa, xử lý các sự cố liên quan đến nguồn điện và các thiết bị điện, đảm bảo toàn bộ hệ thống vận hành an toàn, ổn định.

Hình dạng phổ biến nhất của tủ điện là hình vuông và hình chữ nhật, vỏ ngoài có khả năng chống gỉ và cách điện. Tủ điện có mặt trong tất cả các hệ thống điện từ công trình dân dụng, công trình dân dụng đến công trình thương mại và khu công nghiệp lớn. Chức năng của từng loại tủ điện sẽ quyết định số lượng, tính chất của các thiết bị chứa trong tủ.

Cấu trúc tủ điện tiêu chuẩn

Một chiếc tủ điện tiêu chuẩn thường bao gồm 3 bộ phận chính: tủ, các thiết bị điện bên trong và các phụ kiện hỗ trợ.

bìa tủ

Vỏ tủ điện hầu hết là những hộp kim loại sơn tĩnh điện làm bằng nhôm hoặc inox, bên trong được chia thành nhiều ngăn, ngăn để chứa đầy đủ các thiết bị điện cần thiết.

Vỏ bọc tủ có nhiệm vụ bảo vệ các thiết bị điện bên trong tủ khỏi bụi bẩn, nước, côn trùng và tác động cơ học. Vì vậy, tiêu chuẩn của NEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia) quy định vỏ tủ phải đạt tiêu chuẩn IP dựa trên đặc điểm riêng của từng loại tủ, đòi hỏi độ bền và khả năng chống ăn mòn cao đối với các loại tủ thông thường. Các thông số kỹ thuật tiêu biểu này cũng cần được thể hiện đầy đủ ở mặt ngoài của tủ.

Thiết bị điện nội bộ

Các thiết bị điện thường thấy trong tủ điện bao gồm:

• Tủ công tắc chính: Đó có thể là ACB, MCCB, MCB, RCBO, cầu dao, cầu chì dùng để đóng/ngắt mạch điện trước khi xảy ra sự cố về điện.
• Thiết bị điều khiển: Chẳng hạn như công tắc tơ, rơle, bộ biến tần và bộ khởi động mềm để tự động điều khiển hoạt động của hệ thống.
• Dây dẫn và thiết bị kết nối: Bao gồm các loại cáp, đầu nối, thanh bus… dùng để kết nối các mạch điện.

Phụ kiện hỗ trợ

• Đường ray DIN: Nó có chức năng lắp đặt cố định linh hoạt các thiết bị điện.
• Thiết bị hiển thị và báo động: Các đèn báo, nút bấm, nút dừng khẩn cấp, điện áp và ampe kế, màn hình hiển thị… thường được đặt bên ngoài tủ để dễ quan sát.
• Khóa liên động: Giúp đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

Ngoài ra, một số tủ đặc biệt cũng sẽ được trang bị các thiết bị đặc biệt như dàn tụ điện chứa tụ điện và cuộn cảm, tủ truyền tải điện có bộ biến đổi điện tự động ATS và bộ điều khiển ATS…

Tủ điện hoạt động như thế nào?

Là trung tâm phân phối điện năng trong hệ thống điện, tủ điện có nhiệm vụ nhận điện năng từ nguồn điện chính và phân phối đến các mạch điện khác nhau. Mỗi mạch thường có một thiết bị bảo vệ riêng để đảm bảo mọi sự cố xảy ra ở mạch đó không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.

Quy trình hoạt động của tủ điện như sau:

• Tiếp nhận điện thoại: Tủ điện chính được nối trực tiếp với nguồn điện chính (thường là lưới điện). Nguồn điện đi vào bảng điều khiển thông qua cổng dịch vụ và được chuyển đến các thanh cái bên trong.
• phân phối điện: Nguồn điện được phân phối từ thanh cái đến từng mạch riêng lẻ. Mỗi mạch điện đều có cầu dao hoặc cầu chì riêng giúp kiểm soát và bảo vệ dòng điện. Thiết kế này giúp tủ điện có thể quản lý tải hiệu quả và hạn chế tình trạng quá tải mạch điện.
• Cơ chế bảo mật: Một trong những chức năng chính của tủ điện là đảm bảo an toàn điện. Vì vậy, tủ điện được trang bị các thiết bị chuyển mạch nhiều lớp nhằm cắt nguồn điện kịp thời trước khi xảy ra các sự cố quá tải, ngắn mạch, rò rỉ. Một số tủ điện hiện đại còn được trang bị tính năng chống sét lan truyền để bảo vệ khỏi tình trạng quá điện áp đột ngột.

Mục đích của tủ điện

Lắp đặt tủ điện là giải pháp phân phối, điều khiển các mạch điện một cách hệ thống và thẩm mỹ.

• Nâng cao khả năng bảo vệ các thiết bị điện bên trong tủ khỏi tác động cơ học và các yếu tố môi trường, đồng thời bảo vệ con người khỏi các tai nạn về điện.
• Phân phối và kiểm soát dòng điện một cách hiệu quả để giảm thiểu tình trạng quá tải.
• Việc tăng tính thẩm mỹ cho các thiết bị điện và tòa nhà đặc biệt quan trọng đối với các tòa nhà hiện đại.
• Việc cho phép người vận hành chỉ sử dụng một tủ điều khiển để giám sát, điều khiển hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống là rất quan trọng đối với các hệ thống công nghiệp phức tạp, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí vận hành.
• Tăng độ tin cậy trong các tình huống khẩn cấp nhờ khả năng chống cháy và chống va đập.
• Hỗ trợ kỹ sư trong quá trình kiểm tra, khắc phục sự cố hoặc bảo trì bằng cách theo dõi số liệu và quan sát hoạt động của tất cả các thiết bị và dây chuyền trên bảng điều khiển.

Cách phân loại tủ điện

Tùy theo những tiêu chuẩn khác nhau mà tủ điện sẽ được phân loại khác nhau.

Phân loại theo chức năng

Tủ điện được chia thành các loại sau:

• Tủ mạng vòng: Nó được sử dụng trong các trạm biến áp nhỏ, trạm biến áp ngoài trời, trạm rơle và trạm phân phối để thực hiện các chức năng đo điện áp và tín hiệu trong hệ thống FRTU.
• Tủ chính MSB: Nằm gần trạm biến áp, nó có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp và phân phối điện từ tủ chính đến các tủ nhánh và các khu vực khác nhau trong hệ thống phụ tải.
• Tủ công tắc nguồn ATS: Chịu trách nhiệm về chức năng chuyển mạch linh hoạt nguồn điện chính và phụ để đảm bảo tính liên tục và ổn định của hệ thống.
• Tủ đồng bộ: Chịu trách nhiệm kết nối các máy phát điện với nhau hoặc đấu nối lưới điện với các máy phát điện trong trường hợp lưới điện có sự cố.
• Tủ tụ điện: Dùng để bù công suất phản kháng và giúp tiết kiệm chi phí vận hành.

Theo vị trí lắp đặt

• Tủ điện trong nhà: Thông thường MSB, DB… và các tủ phân phối điện khác đều có kích thước nhỏ gọn, không chiếm diện tích lắp đặt. Vỏ tủ làm bằng thép, nhôm, nhựa ABS, composite hoặc inox có màu xám nhạt đặc trưng.
• Tủ điện ngoài trời: Do môi trường lắp đặt khắc nghiệt nên tủ ngoài trời yêu cầu mức độ bảo vệ (IP) cao hơn nhiều so với tủ trong nhà. Chất liệu tủ chủ yếu là inox, thép CT3, inox hoặc inox có khả năng chống gỉ tốt, chỉ số đạt IP66 trở lên, có khả năng chịu nhiệt và chống cháy cao lên đến 3 giờ.

Theo điện áp

• Tủ điện hạ thế: Thường được sử dụng trong các hệ thống điện hạ thế (điện gia dụng hoặc công nghiệp).
• Tủ điện trung thế: Nó được sử dụng chủ yếu trong các dự án điện công nghiệp như trạm điện phân phối tại các khu chung cư, nhà máy, khu công nghiệp để đóng cắt và bảo vệ đường dây truyền tải.

Ứng dụng của tủ điện

Tủ điện được sử dụng rộng rãi trong mọi hệ thống điện. Tùy theo tính chất và yêu cầu của hệ thống mà tủ điện sẽ đảm nhận những chức năng chuyên dụng khác nhau.

ứng dụng dân sự

Trong các ngôi nhà, căn hộ, biệt thự, nhà ở cao cấp, tủ điện quản lý việc phân phối điện của hệ thống chiếu sáng, HVAC và các thiết bị dân dụng như tivi, tủ lạnh, bếp điện, điều hòa, đồng thời đảm bảo an toàn về điện khi xảy ra tình trạng quá tải, ngắn mạch thông qua hệ thống cầu dao, cầu dao. Ngoài ra, tủ điện còn có thể dùng để chuyển đổi điện năng khi gia đình sử dụng năng lượng mặt trời hoặc máy phát điện dự phòng.

Do công suất của các thiết bị điện dân dụng không quá lớn nên tủ điện dân dụng có xu hướng có kích thước nhỏ hơn và kết cấu đơn giản hơn so với các ứng dụng công nghiệp, thương mại.

Ứng dụng thương mại

Trong các tòa nhà thương mại, tổng đài quản lý tải điện cao hơn và xử lý các yêu cầu phân phối điện phức tạp hơn nên chúng thường được chia thành các bảng chuyên dụng cho các hệ thống khác nhau như chiếu sáng, điều hòa, thang máy và thiết bị văn phòng.

Tủ điện cho các ứng dụng thương mại cũng cần đáp ứng yêu cầu bảo vệ quá áp để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm như máy tính, máy ảnh.

Ứng dụng công nghiệp

Trong môi trường công nghiệp, bảng điện chịu trách nhiệm quản lý tải nặng, cung cấp năng lượng cho máy móc và dây chuyền sản xuất khối lượng lớn, đồng thời giám sát và điều khiển động cơ từ xa thông qua hệ thống bảng điều khiển chuyên dụng. Vì vậy, tủ điện công nghiệp phải bền, chắc, chịu được áp lực của dòng điện và điện áp cao.

Môi trường công nghiệp cũng đã tạo ra nhiều loại tủ điện công nghiệp với công năng và chức năng khác nhau.

Các vấn đề thường gặp ở tủ điện là gì?

Câu hỏi 1: Tủ điện có an toàn không?

hồi đáp: có. Tủ điện được thiết kế theo tiêu chuẩn an toàn cụ thể đáp ứng yêu cầu bảo vệ khi có sự cố về điện. Ngoài ra, tủ điện còn có các thiết bị đóng cắt, bảo vệ mạch điện chống quá tải, ngắn mạch… nhờ đó giảm thiểu nguy cơ cháy nổ. Tuy nhiên, tủ điện cần được lắp đặt đúng cách và bảo trì thường xuyên để giảm thiểu rủi ro. Ngoài ra, bạn không nên chọn mua tủ điện nổi, có thể rất nguy hiểm trong quá trình sử dụng.

Câu hỏi 2: Lắp đặt tủ điện mất bao lâu?

hồi đáp: Thời gian lắp đặt sẽ khác nhau tùy theo tính chất và kích thước của tủ điện. Thông thường, một chiếc tủ điện đơn giản chỉ có 1-2 ngăn phải mất 1-2 ngày mới hoàn thành. Tủ điện phức tạp dành cho hệ thống chuyên dụng mất 5-10 ngày mới hoàn thành.

Câu hỏi 3: Tủ điện có cần bảo trì không?

hồi đáp: có. Tủ điện cần được bảo trì, kiểm tra định kỳ 3-6 tháng một lần để phát hiện kịp thời những sự cố tiềm ẩn.