Với vai trò điều khiển, kiểm soát và bảo vệ các thiết bị có trong hệ thống điện, tủ điện điều khiển là loại tủ không thể thiếu trong điện dân dụng và công nghiệp. Bài viết dưới đây của chúng tôi sẽ giúp bạn tìm hiểu chi tiết tủ điện điều khiển là gì, loại tủ này có cấu tạo và phân loại như thế nào?
Tủ điện điều khiển là gì?
Tủ điện điều khiển (Electric Control Cabinet) được coi là “bộ não” của toàn bộ hệ thống điện, chịu trách nhiệm điều khiển và giám sát tất cả các thiết bị có trong hệ thống, đặc biệt là các tải công suất lớn trong nhà máy, xí nghiệp, xưởng sản xuất như động cơ, bơm quạt, dây chuyền… Loại tủ này thường được trang bị màn hình HMI, PLC, biến tần, relay và các cảm biến để thực hiện chức năng tự động hóa hoặc hỗ trợ cơ chế vận hành bằng tay tùy theo mục đích sử dụng.
Ngoài chức năng chính là cấp nguồn cho tải, tủ điện điều khiển còn đảm nhận nhiều chức năng quan trọng như:
- Phân phối dòng điện, điện áp chính xác đến tải
- Kiểm soát việc khởi động và vận hành thiết bị, hệ thống
- Bảo vệ phụ tải trước các sự cố ngắn mạch, quá tải, mất pha, lỗi pha
- Cho phép lập trình và cài đặt các thiết bị điện tử phức tạp
- Bảo vệ chống lại sự truy cập trái phép.
Cấu tạo của tủ điện điều khiển
Tương tự cấu trúc chung của tủ điện, tủ điện điều khiển cũng bao gồm 2 thành phần chính là vỏ tủ và các thiết bị, linh kiện bên trong.
Vỏ tủ
Vỏ tủ điện điều khiển chủ yếu được làm từ thép tấm không gỉ được sơn tĩnh điện, thép tấm mạ kẽm hoặc inox 304 có độ dày tiêu chuẩn từ 1-2mm, đảm bảo các tiêu chí kín, cứng và vững chắc. Đi kèm vỏ tủ là các phụ kiện như khóa, bản lề, gioăng cao su chống nước, chống bụi xâm nhập.
Thiết bị trong tủ
- Thiết bị điều khiển trung tâm (PLC): “Bộ não” của tủ điều khiển, có nhiệm vụ điều khiển các quy trình, hoạt động trong tủ, cung cấp khả năng điều khiển từ xa và tích hợp với nhiều thiết bị khác. Cùng nhóm linh kiện điều khiển còn có bộ truyền động servo và bộ xử lý lõi CTRL-X.
- Thiết bị đóng ngắt: Gồm MCB, MCCB, ACB, RCBO… giúp bảo vệ thiết bị và hệ thống khi có sự cố điện xảy ra.
- Thiết bị điều khiển: Rơ le, contactor, timer… tăng cường khả năng đóng cắt mạch điện tự động, điều khiển các chức năng phụ trợ.
- Bộ cấp nguồn: Chịu trách nhiệm chuyển đổi điện áp để cung cấp nguồn điện ổn định và an toàn cho nhóm thiết bị điều khiển.
- Bộ khởi động: Biến tần/Khởi động mềm, khởi động sao tam giác… giúp điều chỉnh và giám sát tốc độ - mô men khởi động của động cơ 3 pha.
- Thanh cái: Dẫn điện và phân phối điện đến các khối chức năng trong tủ, đồng thời còn có khả năng duy trì điện áp ổn định và tản nhiệt sinh ra. Thanh cái thường được sơn epoxy hoặc mạ kẽm để tăng khả năng cách điện và chống ăn mòn.
- Hệ thống làm mát: Gồm có quạt làm mát, bộ lọc bụi giúp duy trì nhiệt độ tủ trong ngưỡng quy định.
- Hệ thống dây dẫn: Có nhiệm vụ truyền tải điện và kết nối các thiết bị điện trong tủ. Đi kèm hệ thống này là các thang máng, cầu đấu, ống luồn dây…
Ứng dụng của tủ điện điều khiển
Tủ điện điều khiển được ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ dân dụng cho đến công nghiệp, đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống điện tự động hóa.
- Tự động hóa công nghiệp: Tủ điều khiển quản lý và kiểm soát các dây chuyền lắp ráp, robot công nghiệp, dây chuyền sản xuất, quy trình đóng gói…
- Tự động hóa tòa nhà: Tủ điều khiển thực hiện chức năng quản lý hệ thống chiếu sáng, HVAC, hệ thống an ninh và kiểm soát ra vào.
- Phân phối năng lượng: Tại các nhà máy điện, trạm biến áp, tuabin gió, tuabin hơi nước, tủ điều khiển giúp kiểm soát và giám sát mạng lưới năng lượng.
- Trong vận tải, giao thông: Tủ điều khiển được sử dụng trong hệ thống kiểm soát giao thông tại các sân bay, kho bãi, cảng biển…, nhất là điều khiển hệ thống lực kéo, phanh trong ngành đường sắt, tàu hỏa hay quản lý hệ thống cung cấp điện khẩn cấp cho thang máy, thang cuốn.
Cách phân loại tủ điện điều khiển
Tủ điện điều khiển được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, như: chức năng, thiết bị điều khiển, phương thức khởi động… Dưới đây là các loại tủ điện điều khiển phổ biến.
Tủ điều khiển động cơ (MCC)
Loại tủ này thường được dùng để điều chỉnh cơ chế khởi động, thay đổi tốc độ hoặc lưu lượng các loại động cơ công suất lớn như máy bơm, quạt, trạm trộn bê tông, máy nghiền, máy cắt, tời… Ngoài chức năng cấp nguồn động lực, tủ MCC còn có khả năng bảo vệ động cơ trước quá tải, ngắn mạch, quá áp.
Dựa vào phương thức khởi động, tủ điện điều khiển động cơ được chia thành:
- Khởi động cứng: Áp dụng cho động cơ công suất nhỏ (<10kW), dùng phương pháp khởi động sao - tam giác.
- Khởi động mềm: Phù hợp với các loại động cơ có mô-men quán tính lớn nhưng nguồn cấp yếu, giúp tiết kiệm năng lượng và duy trì tuổi thọ của động cơ.
- Khởi động dùng biến tần: Nguyên lý hoạt động của phương pháp này khá tương đồng với khởi động mềm, đi kèm khả năng thay đổi tốc độ động cơ. Khởi động bằng biến tần cho khả năng ổn định điện áp, hạn chế tối đa tình trạng sụt áp ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ.
Tủ điện điều khiển PLC
Tủ PLC được lập trình bởi phần mềm PLC, cho phép điều khiển tự động máy móc theo yêu cầu của quy trình sản xuất. Toàn bộ hành động cài đặt, điều chỉnh, giám sát tủ PLC đều được thực hiện qua màn hình cảm ứng. Loại tủ này có tính bảo mật cao, muốn thay đổi thông số, chức năng đều cần có mật khẩu; đồng thời có thể kết nối với máy tính giám sát và dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu tăng công suất hoặc bổ sung thiết bị phụ trợ.
Tủ PLC được ưu tiên sử dụng trong các hệ thống điện thông minh, yêu cầu tính chính xác cao để tối ưu năng suất công việc, giảm thiểu tối đa lao động thủ công.
Tủ điện điều khiển HVAC
Trong hệ thống điều hòa không khí, tủ điều khiển đảm nhận nhiệm vụ điều phối quạt gió, bơm cấp gió, van điều tiết nhiệt độ và độ ẩm.
Hệ thống tủ này thường áp dụng phương thức khởi động sao-tam giác, khởi động mềm hoặc khởi động biến tần cho quạt, máy nén. Ngoài ra, tủ điều khiển HVAC cũng có khả năng bảo vệ mất pha, ngược pha, quá dòng, quá áp để đảm bảo tuổi thọ cho các thiết bị bên trong.
Tủ điều khiển xử lý nước
Đây là loại tủ phổ biến tại các trạm xử lý nước cấp hoặc nước thải quy mô lớn, có chức năng điều khiển bơm, khuấy, máy thổi khí, van điều tiết hóa chất theo tín hiệu từ PLC, cảm biến.
Tủ xử lý nước giúp người vận hành theo dõi, giám sát sát sao các thông số chất lượng nước và dễ dàng phát hiện các điểm bất thường. Từ đó, quy trình xử lý nước có tính an toàn và ổn định, giảm can thiệp theo cách thủ công, thụ động.
Tủ điều khiển trạm bơm
Tủ điện điều khiển tại các trạm bơm cấp nước, cứu hỏa thường dùng PLC, cảm biến và công tắc dòng chảy để tự động đóng/ngắt máy bơm theo chương trình đã cài đặt.
Ngoài ra, tủ này còn có thể giám sát dòng điện, điện áp, áp suất hay nhiệt độ của bơm để chống quá tải, quá nhiệt, mất nước, ngược pha. Hầu hết tủ điều khiển trạm bơm đều được tích hợp biến tần để điều khiển tự động tốc độ máy bơm và tối ưu áp lực theo yêu cầu của hệ thống.
Tủ tụ bù
Chức năng chính của tủ tụ bù là hiệu chỉnh hệ số công suất phản kháng, gia tăng hệ số cosφ để giảm phí phạt từ Điện lực hàng tháng.
Nhóm thiết bị đặc thù trong tủ tụ bù gồm có tụ bù và cuộn kháng bảo vệ tụ bù, với các phương pháp bù linh hoạt gồm: bù nền, bù tĩnh, bù động, bù riêng, bù theo nhóm…
Tủ ATS
Tủ ATS được ứng dụng phổ biến tại các hệ thống có yêu cầu cao về tính ổn định của nguồn điện. Hoạt động theo cơ chế ưu tiên nguồn chính, tủ điều khiển ATS có nhiệm vụ chuyển nguồn tự động trong trường hợp nguồn chính gặp vấn đề hoặc khi lưới điện đã khôi phục. Nguồn chính của tủ ATS thường là điện lưới hoặc điện tái tạo (năng lượng mặt trời, gió), nguồn phụ thường là máy phát điện/ điện dự phòng trong pin lưu trữ.
Lưu ý khi lắp đặt, vận hành tủ điện điều khiển
- Cần chọn mua tủ điện điều khiển đến từ các thương hiệu uy tín trong và ngoài nước. Tuyệt đối không mua tủ trôi nổi, kém chất lượng, không rõ nguồn gốc hoặc không đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
- Bắt buộc phải có sơ đồ điện trước khi tiến hành lắp đặt tủ điện điều khiển. Ngoài ra, vỏ tủ, thiết bị, linh kiện trong tủ phải tương thích với thông số và yêu cầu trong sơ đồ điện.
- Trước khi mở tủ điện điều khiển để can thiệp, đảm bảo nguồn cấp cho tủ đã được ngắt hoàn toàn và có biển cảnh báo chống đóng điện đột ngột.
- Trường hợp cần kiểm tra các thành phần, các kết nối của tủ điện điều khiển bằng mắt hoặc kiểm tra mùi của bộ phận cách điện bị cháy, cần ngắt dây nguồn cấp cho tủ.
- Người chịu trách nhiệm vận hành, giám sát, kiểm tra tủ điện phải có kiến thức chuyên môn cao, am hiểu các quy định an toàn điện để tránh những tai nạn điện đáng tiếc.
Câu hỏi thường gặp về tủ điện điều khiển
Câu hỏi 1: Tủ phòng cháy chữa cháy có phải tủ điện điều khiển không?
Trả lời: Có. Tủ PCCC là 1 loại tủ điện điều khiển có nhiệm vụ điều tiết hoạt động chữa cháy như phát tín hiệu cảnh báo và điều khiển hoạt động bơm nước theo các nguồn ưu tiên đã được lập trình.
Câu hỏi 2: Tủ điện điều khiển có chức năng bảo vệ không?
Trả lời: Có. Một trong những chức năng chính của tủ điện điều khiển là bảo vệ phụ tải khí có các sự cố điện như: ngắn mạch, quá tải, mất pha, lỗi pha.
