Tủ điện hạ thế được sản xuất theo tiêu chuẩn công nghiệp nên việc thiết kế và lắp đặt cũng cần đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia liên quan. Để tìm hiểu chi tiết về tiêu chuẩn và sơ đồ thiết kế tủ điện hạ thế chuẩn kỹ thuật, bạn hãy theo dõi bài viết sau đây của chúng tôi.
Các tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế tủ điện hạ thế
Tiêu chuẩn trong thiết kế tủ điện hạ thế đặt ra là để đảm bảo tủ điện được thiết kế và lắp đặt theo một chuẩn nhất định, an toàn cho cả thiết bị và con người. Tiêu chuẩn này áp dụng cho tất cả các loại tủ điện hạ thế nói chung.
Theo đó, có một số tiêu chuẩn thiết kế tủ điện hạ thế bắt buộc phải 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 về cụm thiết bị đóng cắt, điều khiển hạ áp.
- IEC 60947-2: Tiêu chuẩn chung về aptomat - thiết bị đóng cắt hạ thế.
- IEC 60529; TCVN 4255:2008: Tiêu chuẩn quy định cấp độ bảo vệ của vỏ tủ.
- IEC 61641: Tiêu chuẩn về khả năng chịu đựng hồ quang điện của tủ điện.
- IEC 529: Tiêu chuẩn về cấp độ bảo vệ tủ hạ thế (IP).
- IEC 439-1: Tiêu chuẩn lắp ráp cơ cấu đóng ngắt, điều khiển hạ áp - các Type Test.
- IEC 947-2: Tiêu chuẩn lắp ráp cơ cấu đóng ngắt, điều khiển hạ áp - áp dụng cho aptomat.
- IEC 521: Tiêu chuẩn công tơ điện hữu công, cấp chính xác 2.
- IEC 145: Tiêu chuẩn công tơ điện vô công, cấp chính xác 2.
Ngoài ra, thiết kế tủ điện hạ thế cũng cần đáp ứng các yêu cầu về kết cấu, vật liệu, cũng như cách bố trí, lắp đặt thiết bị có trong tủ điện.
Yêu cầu về kết cấu và vật liệu
- Vỏ tủ: Phải được cấu thành từ kim loại (thép tấm, nhôm, inox) hoặc composite cao cấp và được sơn tĩnh điện/ mạ kẽm để tăng độ bền và khả năng cách điện. Riêng với tủ phân phối, cần thiết kế cửa trước, cửa hông dễ dàng tháo rời để thuận tiện cho việc lắp đặt, sửa chữa, bảo trì. Đồng thời vỏ tủ cũng cần có các khe thông gió để đảm bảo nhiệt độ bên trong không vượt ngưỡng cho phép.
- Thanh cái: Ưu tiên vật liệu đồng, có tiết diện đủ lớn để chịu được dòng định mức và dòng ngắn mạch.
Yêu cầu về cách bố trí, lắp đặt
- Tủ điện hạ thế cần được phân chia thành các khoang, các ngăn hoặc dạng module để tiện lợi phân tầng theo từng nhóm thiết bị. Form tiêu chuẩn tham khảo từ Form 1 đến Form 4b (IEC 61439).
- Khoảng cách giữa các thiết bị có trong tủ điện phải đảm bảo tiêu chuẩn an toàn. Cần đánh số rõ ràng hoặc có nhãn mác cho từng thiết bị, mạch điện, dây dẫn.
- Tiết diện dây dẫn phải tương thích với dòng tải thiết kế, kèm theo khả năng mở rộng sau này. Riêng mạch động lực và mạch tín hiệu phải được đi riêng biệt hoặc vuông góc để hạn chế nhiễu điện tử.
Yêu cầu về chức năng bảo vệ
- Tủ điện cần được trang bị đầy đủ các thiết bị bảo vệ quan trọng nhất như aptomat, cầu dao, cầu chì… để bảo vệ trước quá tải, ngắn mạch.
- Do vỏ tủ điện đa phần làm bằng kim loại nên ưu tiên có hệ thống tiếp địa an toàn để đảm bảo dòng điện rò rỉ không gây nguy hiểm cho người vận hành.
Quy trình thiết kế tủ điện hạ thế
Quy trình thiết kế tủ điện hạ thế khá phức tạp với các bước cơ bản sau đây.
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 tổng MSB, tủ phân phối nhánh DB hay tủ chuyển nguồn ATS, tủ điều khiển chiếu sáng…
- Xác định thông số quan trọng của tải: Bao gồm tổng công suất, dòng điện định mức, loại phụ tải (ổ cắm, động cơ…).
- Tính chất của môi trường lắp đặt: Trong nhà hay ngoài trời, có tính chất khắc nghiệt về nhiệt độ, độ ẩm hay không? Các thông số này sẽ quyết định đến cấp bảo vệ IP của tủ điện hạ thế.
- Nguồn cấp: Điện áp (1 pha 220V hay 3 pha 380V), tần số 50/60Hz.
Thiết kế sơ đồ nguyên lý
- Vẽ sơ đồ mạch động lực: Sơ đồ này cần thể hiện cụ thể và chi tiết các đường dây chính, nhánh tải, vị trí của thiết bị bảo vệ, điều khiển, đo lường, bù công suất (nếu có).
- Thiết kế mạch điều khiển: Lập sơ đồ mạch điều khiển và bảo vệ cho nhóm thiết bị điều khiển như contactor, rơ le, biến tần, PLC.
- Lựa chọn thiết bị phù hợp: Dựa trên dòng tải định mức, dòng ngắn mạch để lựa chọn thông số kỹ thuật phù hợp cho aptomat, cáp điện, thanh cái.
Bố trí kết cấu tủ
Xác định chính xác kích thước của khung tủ phù hợp với số lượng và kích thước thiết bị, đồng thời quyết định Form phân khoang cụ thể. Sau đó lên sơ đồ vị trí theo từng nhóm thiết bị, đảm bảo khoảng cách an toàn và hạn chế nhiễu điện từ.
Thiết kế sơ đồ đấu nối
- Đường dây cáp điện: Lên sơ đồ đấu nối chi tiết, phân chia rành mạch dây động lực và dây điều khiển, đảm bảo đường dây đi gọn gàng, có nhãn mác rõ ràng.
- Tính toán dây dẫn: Lựa chọn tiết diện dây dẫn phù hợp với tổng công suất của tải.
- Hệ thống nối đất: Đảm bảo nối đất đúng tiêu chuẩn, tránh dòng điện rò rỉ truyền qua vỏ tủ kim loại gây giật điện.
Thẩm định và kiểm tra
- Đánh giá lại toàn bộ thiết kế trên cơ sở các tiêu chuẩn hiện hành, đảm bảo tủ điện đáp ứng được tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia phù hợp.
- Đảm bảo tủ điện được trang bị các giải pháp bảo vệ, đo lường chính xác, an toàn.
- Hoàn thiện hồ sơ thiết kế bao gồm sơ đồ nguyên lý, bản vẽ bố trí, danh mục vật tư, hướng dẫn sử dụng để chuẩn bị cho các bước tiếp theo.
Sơ đồ lắp đặt tủ điện phân phối hạ áp
Trước hết, sơ đồ nguyên lý hoạt động của tủ điện phân phối hạ áp cần thể hiện rõ 2 hệ thống phân phối điện độc lập (System I và System II), trong đó mỗi hệ thống sẽ nhận nguồn từ trạm biến áp trung gian và phân phối điện cho các tải.
Một sơ đồ thiết kế tủ điện phân phối hạ áp
Các thành phần chính có trong sơ đồ lắp đặt:
- Hệ thống phân phối trung áp I & II: Hai nguồn điện độc lập cấp cho hệ thống qua máy biến áp.
- Hệ thống máy biến áp I & II: Chịu trách nhiệm hạ điện áp từ cấp trung thế xuống mức điện áp tiêu chuẩn cho mạng hạ áp, phù hợp với tải tiêu thụ.
- Hệ thống phân phối hạ áp I & II: Bao gồm các thiết bị đóng cắt ở mỗi nhánh và hệ thống thanh cái, nhánh tải.
- Hệ thống bù công suất phản kháng I & II: Giúp cải thiện hệ số công suất và nâng cao chất lượng điện năng.
- Dao cách ly (ID, 2DL, 2DL): Có tác dụng kết nối hoặc cô lập 2 hệ thống khi có sự cố điện xảy ra. Trường hợp một hệ thống mất nguồn điện, dao cách ly có thể chuyển tải từ hệ thống này sang hệ thống kia.
Nguyên lý hoạt động của tủ điện phân phối hạ áp:
- Ở trạng thái bình thường: System I & II hoạt động độc lập, chủ động cấp điện cho tải riêng.
- Khi 1 hệ thống gặp sự cố: Tải từ hệ thống này sẽ được chuyển sang hệ thống còn lại nhờ dao nối ngang (3DL).
- Bù công suất phản kháng: Các tụ bù ở mỗi hệ thống hoạt động riêng biệt để tăng hệ số công suất.
Sơ đồ lắp đặt tủ điện phân phối hạ áp thực tế
Lưu ý quan trọng khi lắp đặt tủ điện hạ thế
Khu vực lắp đặt tủ
- Vị trí đặt tủ cần sạch sẽ, bằng phẳng, khô thoáng, loại bỏ hoàn toàn vật cản. Trường hợp mặt sàn không phẳng cần có biện pháp kê chân tủ.
- Sai lệch cao độ mặt phẳng không quá 2mm/1m chiều dài tủ.
- Khoảng cách từ tủ đến mặt trước - sau và trần cần đáp ứng tối thiểu: 1.000mm với lưng tủ, 1.200 - 1.600mm với mặt trước tủ và 600mm với trần tủ.
Khi ghép khoang tủ
- Gỡ bỏ hoàn toàn lớp bọc nilon hoặc tấm bạt che tủ trước khi lắp đặt.
- Cố định tủ với tủ hoặc tủ với sàn bằng bulong chắc chắn.
- Việc ghép nối thanh cái phải dùng thước li vô hoặc laser định vị để đảm bảo tính chính xác.
Khi đấu dây cáp
- Tạo lỗ luồn cáp trên nóc hoặc đáy tủ. Với tủ không có tấm bịt đáy, cần buộc cáp vào thanh đỡ ở phần đáy để cáp không bị xê dịch.
- Đấu dây cáp theo sơ đồ thiết kế đã chuẩn bị. Lưu ý đường dây cáp phải được đi gọn gàng, tránh bị rối cáp.
Sau khi lắp đặt tủ điện
- Kiểm tra toàn bộ vỏ tủ, loại bỏ các chi tiết thừa, bụi bẩn, vật cản trong quá trình lắp đặt.
- Kiểm tra cách điện trên mạch điều khiển cũng như khả năng cách điện toàn bộ. Với mạch tiếp địa có dạng TNC, cần tháo cực nối đất trước khi tiến hành đo.
- Dùng thiết bị chuyên dụng đo cách điện. Điện trở cách điện phải đạt tối thiểu 1.000 Ohms/V.
- Kiểm tra và test nguội trước khi cấp điện cho máy.
- Kiểm tra nhãn mác, đánh dấu các thành phần tủ.
Một số câu hỏi về thiết kế tủ điện hạ thế
Câu hỏi 1: Thiết kế tủ điện hạ thế cần đáp ứng các tiêu chuẩn nào?
Trả lời: Việc thiết kế tủ điện hạ thế cần đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế IEC 61439 và tiêu chuẩn quốc gia TCVN 31:2004.
Câu hỏi 2: Yêu cầu nào cho vỏ tủ điện hạ thế?
Trả lời: Vỏ tủ điện hạ thế cần có khả năng chống ăn mòn, chống bụi, chống nước và chống cháy nổ. Mỗi loại tủ sẽ có cấp bảo vệ IP khác nhau.
Câu hỏi 3: Thiết kế tủ điện hạ thế có cần xem xét khả năng mở rộng không?
Trả lời: Có. Tủ điện nên được thiết kế thêm không gian để thuận tiện cho việc mở rộng hoặc nâng cấp hệ thống sau này.
