Thiết kế tủ điện công nghiệp là công đoạn quan trọng để đảm bảo tủ điện vận hành chính xác và an toàn trong thực tế. Quá trình này không chỉ yêu cầu khắt khe về tính kỹ thuật, thẩm mỹ mà còn đòi hỏi người thực thi phải có kiến thức chuyên môn cao về kỹ thuật điện. Dưới đây là 9 bước tiêu chuẩn trong quy trình thiết kế tủ điện công nghiệp.
Tiêu chuẩn thiết kế tủ điện công nghiệp
Tủ điện công nghiệp hoạt động ở dòng điện, điện áp cao, môi trường vận hành có tính khắc nghiệt nên yêu cầu về tiêu chuẩn thiết kế cũng khắt khe hơn tủ điện dân dụng. Theo đó, việc thiết kế tủ điện công nghiệp phải đáp ứng được các tiêu chuẩn cơ bản sau.
Tiêu chuẩn quốc tế
- IEC 61439: Bộ tiêu chuẩn chung về thiết kế, thử nghiệm đối với tủ đóng cắt và điều khiển hạ áp. Cập nhật phiên bản mới nhất vào năm 2025.
- IEC 60529: Tiêu chuẩn về cấp bảo vệ (IP) của vỏ tủ điện.
- IEC 60947: Tiêu chuẩn về yêu cầu kỹ thuật và an toàn cho thiết bị đóng cắt/ điều khiển hạ áp lắp đặt trong tủ điện.
Tiêu chuẩn quốc gia
- TCVN 799-1:2009: Quy định về tủ điện đóng cắt và điều khiển hạ thế. Tuy nhiên, đa phần tủ điện ở Việt Nam đều được áp dụng trực tiếp tiêu chuẩn IEC 61439.
- TCVN 4255:2008: Quy định cấp bảo vệ của vỏ tủ điện công nghiệp.
- TCVN 6223:2016: Quy định yêu cầu kỹ thuật của tủ điều khiển và điều khiển tập trung.
Ngoài ra, thiết kế tủ điện cũng cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đặc thù như:
Yêu cầu an toàn
- Điện trở cách điện tối thiểu ≥1000 Ohms/V.
- Hệ thống tiếp địa kết nối đúng cách.
- Lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp với dòng điện định mức và dòng cắt ngắn mạch.
Yêu cầu về thiết bị và dây dẫn
- Thiết bị phải được bố trí khoa học theo từng khối chức năng, phù hợp với mục đích sử dụng.
- Dây cáp điện phải được đi trong máng/gen gọn gàng, được đánh số, nhãn mác cụ thể.
- Tính toán khoảng cách an toàn để đảm bảo dây dẫn không bị chồng chéo lên nhau, đặc biệt mạch động lực và mạch điều khiển không đi chung máng cáp.
Yêu cầu vỏ tủ
- Kích thước tủ điện phù hợp với không gian lắp đặt.
- Cấp độ IP phù hợp với chức năng từng loại tủ điện. Ví dụ, IP44 dùng cho tủ điện trong nhà, IP54 sử dụng cho tủ điện ngoài trời có mái che, IP65 thích hợp với tủ điện ngoài trời không mái che. Với tủ điện lắp đặt ở môi trường khắc nghiệt, yêu cầu chống bụi hoàn toàn và chống được tia nước áp lực mạnh, cấp độ IP phải từ 66 trở lên.
Quy trình thiết kế tủ điện công nghiệp tiêu chuẩn
Quy trình thiết kế tủ điện công nghiệp là một chuỗi các bước có tính logic, liên kết chặt chẽ với nhau, dựa trên tiêu chuẩn quốc tế phổ biến nhất là IEC 61439.
Dưới đây là 9 bước cơ bản trong quy trình thiết kế tủ điện công nghiệp.
Bước 1: Tính toán kỹ thuật và lựa chọn thiết bị cần thiết
Để tiết kiệm thời gian cho giai đoạn triển khai và thi công dự án, việc tính toán và lựa chọn thiết bị điện cần thiết là vô cùng quan trọng. Công đoạn này cần dựa vào tiêu chuẩn dòng điện, điện áp, yêu cầu của tủ điện và tính chất phụ tải để có phương án xác định chính xác chủng loại, số lượng và thông số kỹ thuật của từng nhóm thiết bị quan trọng gồm: thiết bị đóng ngắt (ACB/MCCB/MCB), thiết bị điều khiển (biến tần, PLC, contactor, relay) và tiết diện dây dẫn - thanh cái phù hợp.
Bước 2: Thiết kế sơ đồ trong và ngoài tủ điện
Sau khi xác định được số lượng và loại thiết bị cần thiết cho tủ điện, bạn cần thiết kế một bản vẽ chi tiết cho cả bên trong và bên ngoài tủ điện. 3 yếu tố quan trọng cần đảm bảo trong quá trình thiết kế sơ đồ tủ điện:
- Sơ đồ nguyên lý hoạt động: Sơ đồ này chịu trách nhiệm mô tả chi tiết cách các thiết bị hoạt động và liên kết với nhau, cũng như cách thức hoạt động - vận hành của hệ thống. Trong đó, mạch động lực và mạch điều khiển phải được tách biệt và có dấu hiệu nhận biết rõ ràng, đảm bảo sơ đồ tuân thủ nguyên tắc an toàn và các tiêu chuẩn về ký hiệu điện.
- Sơ đồ vật lý: Thông qua sơ đồ vật lý, kỹ sư có thể xác định được chính xác vị trí và cách hoạt động của từng thiết bị cụ thể. Vì vậy, sơ đồ này cần được sắp xếp một cách khoa học, vừa tối ưu về không gian, vật tư và chi phí lắp đặt, vừa duy trì được tính thẩm mỹ của công trình.
- Khả năng mở rộng: Sơ đồ tủ điện cần tính toán đến cả phương án mở rộng hoặc nâng cấp hệ thống trong tương lai, tránh tình trạng phải thay mới vỏ tủ hoặc thay đổi cấu trúc các thiết bị bên trong.
Bước 3: Lựa chọn vỏ tủ điện
Vỏ tủ điện có nhiều kích thước và kiểu dáng khác nhau, trong đó có 2 loại chính là dạng tủ nổi và tủ chìm. Bạn có thể lựa chọn các loại vỏ tủ có sẵn trên thị trường hoặc yêu cầu thiết kế vỏ riêng để tối ưu mục đích sử dụng.
Ngoài ra, việc lựa chọn vỏ tủ điện cũng cần quan tâm đến cấp bảo vệ (IP) và form tủ điện theo tiêu chuẩn IEC để đảm bảo vỏ tủ đáp ứng yêu cầu bảo vệ trong các môi trường vận hành khác nhau.
Bước 4: Lắp ráp thiết bị theo bản vẽ
Công đoạn này đòi hỏi sự chính xác và tỉ mỉ từ người thực hiện để đảm bảo thiết bị - linh kiện được kết nối đúng vị trí, đúng cách và đúng chiều dòng điện theo sơ đồ thiết kế ban đầu.
Bạn có thể tham khảo một số vị trí lắp đặt điển hình của các thiết bị quan trọng như sau:
- Aptomat tổng đặt ở góc tủ bên trái. Aptomat nhánh nằm ở hàng cuối.
- Cầu chì, bộ bảo vệ pha đặt ở góc phải trên cùng.
- Nút nhấn, đèn báo, đồng hồ đo lường - chỉ thị đặt ở vị trí cao trên bảng điều khiển hoặc ở mặt ngoài tủ.
- Cầu đấu lắp ở vị trí dưới cùng của tủ.
Bước 5: Lắp đặt thanh cái
Thanh cái busbar là “xương sống” truyền tải điện của tủ. Do đó, việc gia công và lắp đặt busbar rất cần thiết đối với các tủ có dòng điện tổng từ 100A, để hạn chế tình trạng quá tải hoặc mất điện đột ngột.
Công đoạn gia công và lắp đặt thanh cái gồm các bước:
- Cắt phôi đồng, đột lỗ trên thanh cái và tiến hành uốn thanh với kích thước và chiều dài phù hợp theo bản vẽ thiết kế.
- Mạ (thiếc hoặc niken) để tăng độ bền và khả năng dẫn điện cho thanh cái.
- Bọc thanh cái bằng PVC co nhiệt hoặc sơn epoxy theo các màu sắc khác nhau để dễ dàng nhận biết từng loại.
- Lắp đặt thanh cái vào vị trí quy định trong tủ điện và tiến hành siết chặt bulông vào giá đỡ.
- Kiểm tra lại tất cả các điểm siết ốc, sau đó lắp mica che chắn để bảo vệ busbar, cũng như cách điện với người vận hành.
Bước 6: Đấu nối dây điện
Một số nguyên tắc cần phải tuân thủ trong quá trình đấu nối mạch điện vào thiết bị:
- Đấu nối chuẩn kỹ thuật: Mọi dây dẫn cần được đấu nối đúng kỹ thuật, theo sơ đồ đã được thiết kế.
- Phân biệt các pha: Các pha phải được phân biệt theo màu sắc khác nhau và ghi chú rõ ràng ở cầu đấu nối.
- Tách biệt mạch động lực và mạch điều khiển: 2 mạch này cần đặt ở vị trí xa nhau và đi dây vuông góc để tránh nhiễu tín hiệu. Mạch động lực nên sử dụng cáp điện có tiết diện lớn, đầu cốt chắc chắn. Mạch điều khiển có thể sử dụng tiết diện dây nhỏ hơn, đi trong máng cáp riêng biệt.
- Đấu nối tuần tự: Mạch động lực nên được đấu nối trước, sau đó mới đến mạch điều khiển.
Bước 7: Kiểm tra toàn diện
Sau khi lắp đặt và đấu nối tủ điện, bước tiếp theo bạn cần thực hiện là kiểm tra toàn diện cả trong và ngoài để đảm bảo:
- Tất cả thiết bị đã được lắp đặt đúng vị trí, đúng kỹ thuật theo bản vẽ.
- Dây dẫn điện được đấu nối chính xác và siết chặt mối nối.
- Quá trình chạy thử tủ điện vận hành an toàn, đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật.
Nếu giai đoạn này có bất kỳ vấn đề, sự cố điện xảy ra, cần phải xử lý ngay lập tức trước khi đưa tủ điện vào vận hành chính thức.
Bước 8: Chạy thử và nghiệm thu
Đây là bước xác nhận chất lượng tủ điện theo tiêu chuẩn IEC, bao gồm:
- Kiểm tra ngoại quan: So sánh với bản vẽ kỹ thuật để đối chiếu số lượng, vị trí thiết bị, kiểm tra nhãn mác, độ siết ốc, độ chặt chẽ của mối nối hay mức độ bảo vệ của vỏ tủ.
- Kiểm tra điện trở cách điện: Bằng cách đo điện trở giữa các pha hoặc giữa dây pha và dây nối đất.
- Kiểm tra tính thông mạch: Kiểm tra hướng đi của dòng điện và đấu nối dây giữa các thiết bị.
- Chạy thử với tải và không tải: Vận hành thử các thiết bị điều khiển và kiểm tra dòng điện thực tế. Nếu có vấn đề, cần ngắt điện để đấu nối lại.
Bước 9: Bàn giao và vận hành tủ trong môi trường thực tế
Tủ điện sau khi chạy thử sẽ được vệ sinh sạch sẽ để loại bỏ mạt sắt, bụi bẩn hoặc vật cản, sau đó được bàn giao cho đơn vị vận hành kèm tài liệu kỹ thuật đầy đủ và đưa vào hoạt động thực tế.
- Tủ điện được khởi động và kết nối với lưới điện của nhà xưởng, nhà máy, khu công nghiệp.
- Tủ điện được xác định vị trí lắp đặt phù hợp, có biện pháp cố định chân tủ.
- Thiết lập hàng rào bảo vệ và biển cảnh báo để đảm bảo quá trình vận hành tủ điện diễn ra an toàn.
Một số câu hỏi về thiết kế tủ điện công nghiệp
Câu hỏi 1: Nguyên tắc chọn thiết bị khi thiết kế tủ điện công nghiệp là gì?
Trả lời: Khi chọn thiết bị cho tủ điện, cần phải cân bằng được 2 yếu tố quan trọng là chất lượng và chi phí. Với những dự án trọng điểm, có mức đầu tư lớn như dự án chính phủ, khu đô thị cao cấp, cụm công nghiệp nên chọn thiết bị từ các thương hiệu uy tín hàng đầu như ABB, Schneider, Siemens. Với dự án có quy mô trung bình, có thể ưu tiên lựa chọn thiết bị từ BTB Electric, LS, Hyundai hoặc Mitsubishi.
Câu hỏi 2: Yêu cầu về người thiết kế tủ điện công nghiệp là gì?
Trả lời: Người thiết kế tủ điện công nghiệp phải có chuyên môn cao về kỹ thuật điện để có thể tính toán được các thiết bị phù hợp cho tủ điện, cũng như am hiểu sơ đồ nguyên lý phức tạp của tủ điện.
Bên cạnh đó, người thiết kế tủ điện công nghiệp phải thành thạo sử dụng các công cụ tính toán điện chuyên dụng và các phần mềm thiết kế chuyên biệt như AutoCAD, EPLAN, SolidWorks để tạo ra các bản vẽ mạch động lực, mạch điều khiển chính xác.
