Tủ điện là thiết bị quen thuộc trong nhiều hệ thống điện, từ dân dụng đến công nghiệp. Tính chất, quy mô của hệ thống điện thường quyết định đến loại tủ cũng như các thiết bị có trong tủ điện. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cùng bạn tìm hiểu tủ điện là gì? Tủ điện có cấu tạo và công dụng như thế nào?
Tủ điện là gì?
Tủ điện (tên tiếng Anh là Electric Cabinet) là thiết bị hình hộp bằng kim loại dùng để chứa và bảo vệ các thiết bị điện như công tắc, nút nhấn, cầu dao, aptomat, biến áp, đồng hồ đo...
Tủ điện cho phép người vận hành có thể điều khiển, giám sát tất cả thiết bị điện và mạch điện cơ khí có trong hệ thống bằng cách sử dụng năng lượng điện. Tủ điện cũng cung cấp giải pháp nhanh nhất và thuận tiện nhất để khắc phục, xử lý các sự cố liên quan đến điện, thiết bị điện, đảm bảo toàn bộ hệ thống vận hành an toàn và ổn định.
Hình dạng phổ biến nhất của tủ điện là hình vuông và hình chữ nhật với phần vỏ có đặc tính chống gỉ, cách điện. Tủ điện xuất hiện trong tất cả các hệ thống điện từ công trình dân dụng, nhà ở đến tòa nhà thương mại, khu công nghiệp quy mô lớn. Chức năng của từng loại tủ điện sẽ quyết định đến số lượng và tính chất các thiết bị có trong tủ.
Cấu tạo tủ điện tiêu chuẩn
Một tủ điện tiêu chuẩn thường có cấu tạo 3 thành phần chính gồm: Vỏ tủ, các thiết bị điện bên trong và phụ kiện hỗ trợ.
Vỏ tủ
Vỏ tủ điện đa phần là các hộp kim loại làm từ nhôm hoặc thép không gỉ được sơn tĩnh điện, bên trong chia thành nhiều khoang, ngăn để chứa tất cả các thiết bị điện cần thiết.
Vỏ tủ chịu trách nhiệm bảo vệ các thiết bị điện bên trong khỏi bụi bẩn, nước, côn trùng và va đập cơ học. Do đó, tiêu chuẩn NEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia Hoa Kỳ) quy định, vỏ tủ phải đáp ứng các chuẩn IP theo đặc trưng riêng của từng loại tủ, trong đó cần đảm bảo độ bền cao và khả năng chống ăn mòn cho các loại tủ phổ thông. Các thông số kỹ thuật đặc trưng này cũng cần được hiển thị đầy đủ bên ngoài vỏ tủ.
Các thiết bị điện bên trong
Các thiết bị điện thường xuất hiện trong tủ điện gồm có:
- Thiết bị đóng cắt chính: Có thể là ACB, MCCB, MCB, RCBO, cầu dao, cầu chì để đóng/ngắt mạch điện trước các sự cố điện.
- Thiết bị điều khiển: Như contactor, relay, biến tần, bộ khởi động mềm để tự động điều khiển hoạt động của hệ thống.
- Dây dẫn và thiết bị đấu nối: Gồm dây cáp điện, đầu cosse, thanh cái… để kết nối các mạch điện.
Phụ kiện hỗ trợ
- Thanh ray DIN: Có tác dụng cố định và lắp đặt các thiết bị điện một cách linh hoạt.
- Thiết bị hiển thị và cảnh báo: Đèn chỉ báo, nút nhấn, nút dừng khẩn cấp, đồng hồ đo điện áp, dòng điện, màn hình hiển thị… thường đặt ở mặt ngoài tủ để thuận tiện quan sát.
- Khóa liên động: Giúp đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
Ngoài ra, một số tủ chuyên dụng sẽ có các thiết bị chuyên biệt như tủ tụ bù chứa tụ bù và cuộn kháng, tủ chuyển nguồn có bộ chuyển nguồn tự động ATS và bộ điều khiển ATS…
Tủ điện hoạt động như thế nào?
Tủ điện đóng vai trò như một trung tâm phân phối dòng điện trong hệ thống điện, chịu trách nhiệm nhận điện từ nguồn chính và phân bổ đến các mạch khác nhau. Mỗi mạch điện thông thường sẽ có thiết bị bảo vệ riêng biệt, đảm bảo bất kỳ sự cố nào xảy ra ở mạch đó đều không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.
Quy trình vận hành của tủ điện được thể hiện như sau:
- Tiếp nhận điện: Tủ điện chính được kết nối trực tiếp với nguồn điện chính (thường là điện lưới). Điện đi vào bảng điều khiển thông qua cổng dịch vụ và được dẫn đến các thanh cái bên trong.
- Phân phối điện: Từ thanh cái, điện được phân phối đến từng mạch riêng lẻ. Mỗi mạch sẽ có cầu dao hoặc cầu chì riêng, giúp kiểm soát và bảo vệ dòng điện. Thiết kế này cho phép tủ điện quản lý tải hiệu quả, hạn chế tình trạng quá tải ở các mạch.
- Cơ chế an toàn: Một trong những chức năng chính của tủ điện là đảm bảo an toàn điện. Vì vậy, tủ điện được trang bị khá nhiều lớp thiết bị đóng cắt để kịp thời ngắt điện trước sự cố quá tải, ngắn mạch, rò rỉ. Một số tủ điện hiện đại còn được bổ sung thêm chức năng chống sét lan truyền để ngăn ngừa các đợt quá áp đột ngột.
Công dụng của tủ điện
Lắp đặt tủ điện là giải pháp phân phối và kiểm soát các mạch điện một cách có hệ thống và thẩm mỹ.
- Tăng khả năng bảo vệ các thiết bị điện bên trong tủ khỏi va đập cơ học và các yếu tố môi trường, đồng thời bảo vệ con người trước các sự cố điện.
- Phân phối và kiểm soát dòng điện đến các mạch một cách hiệu quả, hạn chế tối đa tình trạng quá tải.
- Tăng tính thẩm mỹ cho cụm thiết bị điện và công trình, đặc biệt quan trọng với các công trình hiện đại.
- Hỗ trợ người vận hành theo dõi, kiểm soát hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống chỉ với 1 tủ điện điều khiển duy nhất, tối cần thiết với hệ thống công nghiệp phức tạp, góp phần tiết kiệm thời gian và chi phí vận hành.
- Gia tăng tính tin cậy trong các trường hợp khẩn cấp nhờ khả năng chống cháy, chống va đập.
- Hỗ trợ quá trình kiểm tra, xử lý sự cố hoặc bảo trì, bảo dưỡng của các kỹ sư bằng cách theo dõi chỉ số và quan sát hoạt động của tất cả thiết bị, đường dây trên bảng điều khiển.
Cách phân loại tủ điện
Theo các tiêu chí khác nhau, tủ điện sẽ có cách phân loại khác nhau.
Theo chức năng
Tủ điện được phân chia thành rất nhiều loại như sau:
- Tủ RMU: Sử dụng cho các trạm biến áp cỡ nhỏ, trạm biến áp ngoài trời, trạm chuyển tiếp, trạm phân phối để thực hiện chức năng đo lường điện áp và các tín hiệu trong hệ thống FRTU.
- Tủ tổng MSB: Đặt gần trạm biến áp, chịu trách nhiệm chuyển đổi điện áp và phân phối điện từ tủ tổng đến tủ nhánh và các khu vực trong hệ thống phụ tải.
- Tủ chuyển nguồn ATS: Đảm nhận chức năng chuyển đổi nguồn điện linh hoạt giữa nguồn chính và nguồn phụ nhằm đảm bảo tính liên tục và ổn định của hệ thống.
- Tủ hòa đồng bộ: Có nhiệm vụ hoà các máy phát điện với nhau hoặc hòa lưới điện với máy phát trong trường hợp lưới điện gặp sự cố.
- Tủ tụ bù: Dùng để bù công suất phản kháng, góp phần tiết kiệm chi phí vận hành.
Theo vị trí lắp đặt
- Tủ điện trong nhà: Thường là tủ phân phối như MSB, DB… có kích thước nhỏ gọn, không tốn diện tích lắp đặt. Vỏ tủ cấu thành từ thép, nhôm, nhựa ABS, Composite hoặc Inox với màu xám nhạt đặc trưng.
- Tủ điện ngoài trời: Do môi trường lắp đặt có tính khắc nghiệt nên tủ ngoài trời yêu cầu cấp độ bảo vệ (IP) cao hơn nhiều so với tủ trong nhà. Vật liệu làm tủ chủ yếu là inox, thép CT3, thép không gỉ hoặc chống gỉ tốt và có chỉ số IP66 trở lên, đi kèm là khả năng chịu nhiệt cao và khả năng chống cháy lên đến 3 giờ.
Theo điện thế
- Tủ hạ thế: Thường dùng cho hệ thống điện hạ thế (điện dân dụng hoặc điện công nghiệp).
- Tủ trung thế: Phần lớn sử dụng trong các dự án điện công nghiệp như trạm điện phân phối của chung cư, nhà máy, khu công nghiệp để đóng ngắt và bảo vệ đường dây truyền tải điện.
Ứng dụng của tủ điện
Tủ điện được ứng dụng đa dạng trong mọi hệ thống điện. Tùy vào tính chất, yêu cầu của hệ thống mà tủ điện sẽ đảm nhận các chức năng chuyên biệt khác nhau.
Ứng dụng dân dụng
Tại các hộ gia đình, chung cư, biệt thự, nhà ở cao cấp, tủ điện quản lý việc phân phối điện đến hệ thống chiếu sáng, HVAC và thiết bị dân dụng như tivi, tủ lạnh, bếp điện, điều hòa..., đồng thời đảm bảo an toàn điện thông qua hệ thống cầu dao, aptomat ngắt mạch khi có quá tải hoặc ngắn mạch. Ngoài ra, tủ điện cũng được dùng để chuyển đổi nguồn điện trong trường hợp hộ dân cư sử dụng điện mặt trời hoặc máy phát điện dự phòng.
Do các thiết bị điện dân dụng có công suất không quá lớn nên kích thước tủ điện dân dụng thường nhỏ, cấu trúc cũng đơn giản hơn so với ứng dụng công nghiệp hoặc thương mại.
Ứng dụng thương mại
Trong các tòa nhà thương mại, tủ điện quản lý tải điện cao hơn và xử lý yêu cầu phân phối điện phức tạp hơn nên thường được phân chia thành tủ bảng điện chuyên dụng cho các hệ thống khác nhau như chiếu sáng, điều hòa không khí, thang máy và thiết bị văn phòng.
Tủ điện cho ứng dụng thương mại cũng cần đáp ứng nhu cầu bảo vệ quá áp để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm như máy tính, máy quay,...
Ứng dụng công nghiệp
Trong môi trường công nghiệp, tủ điện chịu trách nhiệm quản lý tải nặng để cung cấp năng lượng cho máy móc công suất lớn và dây chuyền sản xuất, đồng thời giám sát và điều khiển từ xa động cơ thông qua hệ thống bảng điều khiển chuyên dụng. Vì vậy, tủ điện công nghiệp phải có đặc tính bền bỉ, chắc chắn, chịu được áp lực về dòng điện, điện áp cao.
Môi trường công nghiệp cũng tạo ra nhiều loại tủ điện công nghiệp với tính chất và chức năng khác nhau.
Câu hỏi thường gặp về tủ điện là gì?
Câu hỏi 1: Tủ điện có an toàn không?
Trả lời: Có. Tủ điện được thiết kế theo các chuẩn an toàn riêng nên đáp ứng được yêu cầu bảo vệ trước các sự cố điện. Hơn nữa, trong tủ điện có chứa các thiết bị đóng ngắt và bảo vệ mạch điện trước quá tải, ngắn mạch… nên hạn chế tối đa tình trạng cháy nổ. Tuy nhiên, tủ điện cần được lắp đặt đúng kỹ thuật và bảo trì thường xuyên để giảm thiểu rủi ro. Ngoài ra, không nên chọn mua tủ điện trôi nổi, sẽ rất nguy hiểm trong quá trình sử dụng.
Câu hỏi 2: Thời gian lắp đặt tủ điện là bao lâu?
Trả lời: Tùy vào tính chất và quy mô của tủ điện mà thời gian lắp đặt sẽ khác nhau. Thông thường, tủ điện đơn giản chỉ có 1-2 ngăn cần từ 1-2 ngày để hoàn thành. Tủ điện phức tạp cho hệ thống chuyên biệt lại cần từ 5-10 ngày mới có thể hoàn thiện.
Câu hỏi 3: Có cần bảo trì tủ điện không?
Trả lời: Có. Tủ điện cần được bảo dưỡng, kiểm tra định kỳ từ 3-6 tháng/lần để kịp thời phát hiện các sự cố tiềm ẩn.
