Tủ điện công nghiệp được sử dụng phổ biến trong các nhà xưởng, xí nghiệp, nhà máy, trung tâm thương mại,... để thực hiện chức năng phân phối điện và điều khiển, bảo vệ các thiết bị có trong mạch điện. Tương ứng với mỗi hệ thống điện khác nhau sẽ có loại tủ điện khác nhau. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đề cập đến các loại tủ điện công nghiệp thông dụng nhất hiện nay.
Đặc điểm của tủ điện công nghiệp
Tủ điện công nghiệp có 3 đặc điểm chính gồm: công suất lớn, thiết kế chắc chắn và đảm nhận chức năng chuyên biệt.
- Cấp điện áp tiêu chuẩn: Tủ điện công nghiệp hoạt động ở cấp điện áp công nghiệp tiêu chuẩn là 380V (tiêu chuẩn Việt Nam) và xử lý dòng điện rất lớn, lên đến hàng ngàn Ampe.
- Kích thước lớn: Do chứa nhiều thiết bị vận hành và phụ tải công suất lớn nên tủ điện công nghiệp thường có kích thước lớn hơn tủ điện dân dụng.
- Cấp độ bảo vệ: Tủ điện công nghiệp yêu cầu cấp độ bảo vệ khắt khe, thường là IP54 trở lên (chống bụi và chống nước phun từ mọi hướng). Với loại tủ lắp đặt trong môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ quá cao, quá thấp, có hóa chất, rung động mạnh) cấp độ IP được yêu cầu sẽ cao hơn.
- Thiết kế chuyên dụng: Tủ điện loại này được thiết kế dưới dạng module, có các ngăn, khoang riêng biệt để lắp đặt các thiết bị công suất lớn cùng hệ thống dây cáp, đường truyền tín hiệu phức tạp.
- Ứng dụng ở nhiều môi trường khác nhau: Như nhà máy, xưởng sản xuất, khu công nghiệp lớn, công trình công cộng, trung tâm thương mại…
Các loại tủ điện công nghiệp
Có rất nhiều loại tủ điện công nghiệp trên thị trường nhưng chúng tôi phân chia thành 11 loại phổ biến nhất.
Tủ tổng phân phối (MSB)
Tủ tổng MSB (Main Distribution Switchboard) là loại tủ điện quan trọng nhất trong hệ thống phân phối điện của các công trình dân dụng, thương mại hoặc công nghiệp. Đây là nơi nhận nguồn điện từ lưới hoặc máy phát điện, sau đó phân phối đến các tủ nhánh và tải công suất lớn có trong hệ thống. Tủ MSB thường lắp đặt ngay sau các trạm biến áp hạ thế (từ 15kV xuống 380VAC) và trước tủ phân phối chính MDB với dòng định mức có thể lên tới 6.300A.
Tủ MSB được thiết kế theo tiêu chuẩn IEC 60439-1, IEC 60529 với nhiều khoang, nhiều ngăn, tạo thành một hệ thống phân phối khoa học gồm ngăn lộ vào, ngăn phân đoạn và ngăn phân phối. Đặc biệt, nắp tủ, mặt bên và mặt sau của tủ đều có thể tháo rời dễ dàng để thuận tiện cho quá trình lắp đặt, sửa chữa và bảo trì khi cần thiết. Xám, đen, bạc hoặc cam đỏ là những màu sắc đặc trưng của tủ tổng MSB.
Chức năng chính của tủ phân phối MSB:
- Nhận nguồn điện chính từ lưới và phân bổ hợp lý đến các nhánh tải và khu vực tiêu thụ điện.
- Đóng cắt điện, bảo vệ an toàn cho toàn bộ hệ thống phụ tải trước ngắn mạch, quá tải, mất pha.
- Giám sát các thông số quan trọng như dòng điện, điện áp, công suất… đảm bảo hệ thống truyền tải vận hành ổn định, liên tục.
- Kết nối với bộ chuyển nguồn ATS để chuyển đổi nguồn lưới và nguồn dự phòng trong trường hợp nguồn điện chính gặp sự cố.
Tủ phân phối chính (MDB)
Tủ phân phối chính MDB (Main Distribution Board) đóng vai trò trung gian trong hệ thống điện hạ thế, đảm nhận nhiệm vụ lấy nguồn điện từ tủ tổng MSB để phân phối đến các phụ tải. Do đó, tủ MDB thường được đặt sau tủ tổng MSB và trước các tủ nhánh DB.
Tủ điện MDB có cấu trúc chắc chắn với lớp vỏ bằng thép mạ kẽm, bên ngoài phun sơn tĩnh điện. Bên trong tủ được chia thành nhiều ngăn với các chức năng chuyên biệt: ngăn chứa thiết bị bảo vệ chính ACB/MCCB, ngăn chứa thiết bị bảo vệ ngõ tải MCB/MCCB, ngăn chứa contactor, relay, ngăn chứa tụ bù…
Tủ phân phối chính được thiết kế để hỗ trợ và bảo vệ động cơ trước tình trạng quá tải, do đó loại tủ này được lắp đặt phổ biến trong các xưởng sản xuất ở lĩnh vực cơ khí.
Tủ phân phối nhánh (DB)
Tủ điện DB (Distribution Board) chịu trách nhiệm lấy điện từ tủ phân phối chính và cung cấp cho một khu vực trong công trình, một hệ thống nhất định (hệ thống chiếu sáng, hệ thống bơm…) hoặc các tải tiêu thụ (ổ cắm, máy móc, thiết bị công nghiệp).
Để thuận tiện cho việc lắp đặt và bảo trì, tủ DB được phân chia theo 3 màu xanh, đỏ và vàng. Do có kích thước nhỏ gọn, tủ phân phối nhánh thường có ít trang thiết bị, trong đó một số thiết bị bắt buộc phải có gồm: MCB/MCCB, đèn báo pha, cầu chì. Tùy vào nhu cầu mà một số tủ điện DB sẽ được lắp đặt thêm ampe kế, đồng hồ đo lường hoặc tụ bù công suất phản kháng.
Tủ điều khiển động cơ (MCC)
Tủ điều khiển động cơ MCC (Motor Control Center) hay còn được gọi là tủ điều khiển trung tâm, là loại tủ chuyên dụng để điều khiển, giám sát và bảo vệ các động cơ điện có trong hệ thống bơm nước, xử lý nước thải, HVAC, băng tải, cẩu trục…
Loại tủ này có thể điều khiển một hoặc nhiều động cơ cùng lúc, hỗ trợ các phương thức khởi động như khởi động trực tiếp, sao - tam giác, biến tần, khởi động mềm, nhờ một loạt trang thiết bị phức tạp gồm: bộ điều khiển PLC, thiết bị đóng cắt ACB/MCCB, contactor, relay, biến tần, khởi động mềm.
Tủ điều khiển động cơ được lắp đặt cố định hoặc linh hoạt di chuyển tùy theo nhu cầu của người sử dụng, với 2 cơ chế vận hành như sau:
- Vận hành tại chỗ hoặc điều khiển từ xa để đóng ngắt, đảo chiều quay động cơ.
- Vận hành tại chỗ hoặc điều khiển từ xa để thay đổi tốc độ quay động cơ.
Tủ điều khiển chiếu sáng
Tủ điều khiển chiếu sáng (Lighting control cabinet) có khả năng tự động đóng/ngắt đèn chiếu sáng theo thời gian thực hoặc bật/tắt xen kẽ các bóng đèn tại khu vực công cộng (đường phố, công viên, khu đô thị) hay trong nhà xưởng, kho bãi, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, bệnh viện, sân vận động… nhằm tiết kiệm điện năng và bảo vệ hệ thống đèn khỏi các sự cố về điện.
Có 3 loại tủ điện chiếu sáng gồm:
- Tủ điện chiếu sáng PLC: Nhờ bộ điều khiển lập trình (PLC) tích hợp bên trong, tủ điện chiếu sáng PLC có thể thay đổi chế độ chiếu sáng theo mùa hay cài đặt nhiều chế độ chiếu sáng theo thời gian và công suất khác nhau. Tủ PLC cho khả năng điều khiển cụm đèn với nhiều chế độ nên được sử dụng để điều khiển đèn trong các lễ hội ánh sáng. Ngoài ra, tủ điều khiển PLC còn có thể điều khiển máy móc, hệ thống, dây chuyền sản xuất một cách tự động dựa trên phần mềm đã được lập trình.
- Tủ chiếu sáng timer: Tủ điện này dùng Timer để cài đặt thời gian bật/tắt đèn, thường dùng cho các công trình chiếu sáng sân vườn hoặc chiếu sáng ngoài đường. Tủ Timer vận hành đơn giản, tiết kiệm chi phí nhưng không thể thực hiện giám sát và điều khiển từ xa.
- Tủ điện chiếu sáng truyền thông: Loại tủ chiếu sáng tiên tiến nhất hiện nay khi được trang bị phần mềm giám sát, PLC điều khiển trung tâm và module truyền thông hiện đại. Cũng là bật/tắt các loại đèn nhưng tủ điện này cho phép điều khiển từ xa qua app. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho tủ điện chiếu sáng truyền thông khá đắt.
Tủ RMU
Tủ RMU (Ring Main Unit) là thiết bị đóng cắt trung thế dạng khép kín, tích hợp nhiều chức năng như đóng/ngắt, đo lường và cô lập sự cố nhanh chóng để bảo vệ hệ thống điện phân phối mạng vòng. RMU được thiết kế theo cấu trúc metal enclosed, cách điện khí SF6, hoạt động ở cấp điện áp trung thế tới 36kV 630A.
Tủ RMU được chia thành các ngăn riêng biệt chứa nhiều thiết bị đóng ngắt, bảo vệ như máy cắt, dao cách ly, rơ le, cầu chì giúp cô lập lập tức sự cố trên mạch với các phần còn lại, nhằm ngăn chặn phần bị lỗi lan rộng. Do đó, tủ RMU là một phần không thể thiếu trong các trạm phân phối, trạm đóng cắt từ lưới trung thế, hoặc trong các công trình lớn như khách sạn, trung tâm thương mại, tòa nhà chung cư, khu công nghiệp, bệnh viện, bến cảng…
Tủ điện cứu hỏa
Tủ điện cứu hóa (Tủ điện PCCC) là trang bị bắt buộc trong mọi công trình, mọi lĩnh vực, từ hộ gia đình đến các công trình dân dụng, thương mại, công nghiệp.
Tủ điện cứu hỏa (Electrical cabinet fire suppression) được thiết kế để hoạt động theo một quy trình thống nhất: Nếu hệ thống PCCC bị rò rỉ nước hoặc nguồn nước có vấn đề, tủ sẽ tự động vận hành bơm bù áp lực. Khi có cháy, cảm biến báo cháy lập tức hoạt động và truyền tín hiệu về tủ để vận hành bơm chính. Trường hợp mất điện hoặc bơm chính hư hỏng, tủ điện tự động vận hành bơm xăng, nhiên liệu cần thiết. Tủ điện PCCC cũng có cơ chế tự động sạc và thông báo tình trạng sạc đầy của ắc quy.
Tủ chuyển nguồn ATS
Tủ điện ATS (Automatic Transfer Switches) thường được lắp đặt trong các ứng dụng yêu cầu phụ tải được cấp điện liên tục như bệnh viện, trung tâm dữ liệu… giúp chuyển đổi nguồn điện tự động giữa nguồn chính và nguồn dự phòng trong trường hợp nguồn lưới gặp sự cố.
Tủ chuyển nguồn ATS hoạt động dựa trên nguyên lý ưu tiên nguồn chính, tức là trong mọi điều kiện, trừ khi nguồn chính có vấn đề, ATS sẽ luôn ở chế độ để nguồn lưới đi qua. Khi nguồn chính mất điện, tủ ATS tự động chuyển sang nguồn dự phòng (có thể là máy phát điện) để hạn chế tối đa tình trạng gián đoạn nguồn điện.
Các thông số quan trọng của tủ ATS:
- Điện áp định mức: 380V/415V
- Dòng điện định mức: 1600A/2000A/2500A/3200A/6300A
- Thời gian chuyển mạch: 5-10s
Tủ điện chuyển nguồn thường được chia thành 3 loại gồm:
- 1 nguồn điện lưới, 1 nguồn điện dự phòng
- 2 nguồn điện lưới, 1 nguồn điện dự phòng
- 1 nguồn điện lưới, 2 nguồn máy phát dự phòng.
Tủ tụ bù
Tủ tụ bù (Capacitor cabinet) gồm nhiều tụ bù mắc song song với tải, giúp nâng cao hệ số cosφ, giảm công suất phản kháng, từ đó giảm điện năng tiêu thụ cũng như tiền phạt từ Điện lực tại các nhà xưởng, xí nghiệp, dây chuyền sản xuất.
Loại tủ này được lắp đặt khá phổ biến trong các mạng điện hạ thế, đặc biệt là khi hệ thống sử dụng nhiều phụ tải có tính cảm kháng cao. Tủ tụ bù nên được đặt tại phòng kỹ thuật riêng với một số trang thiết bị bắt buộc như: tụ bù, bộ điều khiển tụ bù, aptomat, contactor, đèn chỉ báo, đồng hồ đo.
Tủ điện công tơ
Tủ điện công tơ có chức năng đo lường, giám sát điện năng kỹ thuật hoặc điện năng thương mại cho các hộ gia đình, đơn vị tiêu thụ điện hoặc đơn vị Điện lực. Tủ điện này rất dễ bắt gặp trong các trạm biến áp, nhà máy, văn phòng, chung cư… với nhiều công suất khác nhau phụ thuộc vào phụ tải (tải 1 pha hay tải 3 pha).
- Với tải 3P công suất lớn (>100A): Nên dùng công tơ gián tiếp kết hợp biến dòng thứ cấp 1A hoặc 5A.
- Với tải 3P công suất nhỏ (<100A): Có thể dùng công tơ trực tiếp 10/20A, 10/40A, 20/40A,...
- Với tải 1P: Đa phần sử dụng công tơ 1P trực tiếp 3/9A, 5/20A, 10/40A.
Tủ điện hòa đồng bộ
Tủ hòa đồng bộ (Synchronizing Panel) được thiết kế để kết nối các máy phát điện hay các nguồn điện đang hoạt động độc lập có thể làm việc song song cùng nhau. Theo đó, khi nguồn điện lưới gặp sự cố, 2 hoặc nhiều máy phát điện có trong hệ thống sẽ tự động khởi động, tự hòa đồng bộ và chia tải với nhau. Bên cạnh đó, tủ còn có chức năng giám sát phụ tải và quyết định số lượng máy phát điện hoạt động theo nhu cầu cụ thể của tải.
Tủ hòa đồng bộ thường được chia thành nhiều ngăn, trong đó có 1 ngăn điều khiển chính cho nguồn lưới và các ngăn tủ điều khiển độc lập cho từng máy phát. Tủ hỗ trợ 2 chế độ vận hành là tự động và thủ công, đồng thời tích hợp cả chức năng cảnh báo, giám sát trên màn hình LCD, đèn chỉ báo, loa báo.
Câu hỏi về các loại tủ điện công nghiệp
Câu hỏi 1: Để bù công suất phản kháng, giảm phí phạt Điện lực nên lắp đặt tủ điện loại nào?
Trả lời: Trường hợp này nên lắp đặt tủ tụ bù để cải thiện hệ số cosφ, từ đó nâng cao chất lượng điện năng.
Câu hỏi 2: Tủ điện PCCC có bắt buộc lắp đặt ở mọi công trình không?
Trả lời: Có. An toàn phòng chống cháy nổ là điều kiện cơ bản tại mỗi công trình. Vì vậy cần trang bị hệ thống PCCC tại mọi công trình từ dân dụng, thương mại đến công nghiệp.
