Tiêu chuẩn thiết kế tủ điện hạ thế và sơ đồ lắp đặt

Chu Văn An

Tủ điện hạ thế được sản xuất theo tiêu chuẩn công nghiệp nên việc thiết kế, 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 tiêu chuẩn kỹ thuật, mời các bạn theo dõi bài viết sau đây của chúng tôi.

Tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế tủ điện hạ thế

Tiêu chuẩn trong thiết kế tủ điện hạ thế được đặt ra nhằm đảm bảo tủ điện được thiết kế, lắp đặt theo một tiêu 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 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 cho cụm thiết bị đóng cắt và điều khiển điện áp thấp.
• IEC 60947-2: Tiêu chuẩn chung về máy cắt – thiết bị đóng cắt hạ áp.
• IEC 60529; ISO 4255:2008: Tiêu chuẩn quy định mức độ bảo vệ của vỏ tủ.
• IEC 61641: Tiêu chuẩn về dung sai hồ quang điện của tủ điện.
• IEC 529: Tiêu chuẩn về cấp độ bảo vệ tủ điện áp thấp (IP).
• IEC 439-1: Tiêu chuẩn lắp ráp thiết bị đóng cắt và cơ cấu điều khiển điện áp thấp – Thử nghiệm điển hình.
• IEC 947-2: Tiêu chuẩn lắp ráp thiết bị đóng cắt và cơ cấu điều khiển hạ áp – áp dụng cho máy cắt.
• IEC 521: Tiêu chuẩn công tơ điện, độ chính xác cấp 2.
• IEC 145: Tiêu chuẩn đo công suất, cấp chính xác 2.

Ngoài ra, việc thiết kế tủ điện hạ thế còn cần phải đáp ứng các yêu cầu về kết cấu, vật liệu cũng như cách bố trí, lắp đặt các thiết bị trong tủ điện.

Yêu cầu về kết cấu và vật liệu

• Vỏ tủ: Phải làm bằng kim loại (thép tấm, nhôm, inox) hoặc composite chất lượng cao và sơn tĩnh điện/mạ kẽm để tăng độ bền và cách điện. Riêng đối với tủ phân phối cần thiết kế cửa trước và cửa bên có thể tháo lắp dễ dàng để thuận tiện cho việc lắp đặt, sửa chữa, bảo trì. Đồng thời, vỏ tủ cũng cần có khe thông gió để đảm bảo nhiệt độ bên trong không vượt quá ngưỡng cho phép.
• Thanh cái: Ưu tiên chất liệu đồng, có tiết diện đủ lớn để chịu được dòng điện định mức và dòng điện ngắn mạch.

Yêu cầu về bố trí và lắp đặt

• Tủ điện hạ thế cần được chia thành các ngăn, ngăn hoặc module để thuận tiện phân loại từng nhóm thiết bị. Mẫu chuẩn tham khảo từ Form 1 đến Form 4b (IEC 61439).
• Khoảng cách giữa các thiết bị trong tủ điện phải đảm bảo tiêu chuẩn an toàn. Mỗi thiết bị, mạch điện và dây điện phải được đánh số hoặc dán nhãn rõ ràng.
• Mặt cắt dây dẫn phải tương thích với dòng tải thiết kế, có khả năng mở rộng trong tương lai. Mạch nguồn và mạch tín hiệu phải chạy riêng biệt hoặc vuông góc để hạn chế nhiễu điện tử.

Yêu cầu đối với chức năng bảo vệ

• Tủ điện cần được trang bị đầy đủ các thiết bị bảo vệ quan trọng nhất như cầu dao, cầu dao, cầu chì… để bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch.
• Do vỏ tủ điện hầu hết được làm bằng kim loại nên cần ưu tiên có hệ thống nối đất 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

Quá trình thiết kế tủ điện hạ thế khá phức tạp với các bước cơ bản sau.

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 chính MSB, tủ phân phối nhánh DB hoặc tủ truyền tải điện ATS, tủ điều khiển chiếu sáng…
• Xác định các thông số quan trọng của tải: Bao gồm tổng công suất, dòng điện định mức, loại tải (ổ cắm, động cơ…).
• Đặc điểm của môi trường cài đặt: Trong nhà hay ngoài trời, có nhiệt độ và độ ẩm quá cao không? Các thông số này sẽ quyết định mức độ bảo vệ IP của tủ điện hạ thế.
• Nguồn điện: Điện áp (1 pha 220V hoặc 3 pha 380V), tần số 50/60Hz.

Sơ đồ nguyên lý thiết kế

• Vẽ sơ đồ mạch điện: Sơ đồ này phải thể hiện cụ thể, chi tiết các đường dây chính, các nhánh phụ tải, vị trí các thiết bị bảo vệ, điều khiển, đo lường, bù điện (nếu có).
• Thiết kế mạch điều khiển: Tạo sơ đồ mạch điều khiển và bảo vệ cho các nhóm thiết bị điều khiển như contactor, rơle, biến tần, PLC.
• Lựa chọn thiết bị phù hợp: Dựa vào dòng tải định mức và dòng ngắn mạch để chọn thông số kỹ thuật phù hợp cho cầu dao, cáp nguồn và thanh cái.

Sắp xếp kết cấu tủ

Xác định kích thước chính xác của khung tủ phù hợp với số lượng, kích thước của thiết bị và quyết định dạng ngăn cụ thể. Sau đó tạo bản đồ vị trí cho từng nhóm thiết bị, đảm bảo khoảng cách an toàn và hạn chế nhiễu điện từ.

Sơ đồ kết nối thiết kế

• Đường dây cáp điện: Lập sơ đồ đấu nối chi tiết, phân chia rõ ràng dây nguồn và dây điều khiển, đảm bảo các đường dây gọn gàng, có nhãn mác rõ ràng.
• Tính toán dây dẫn: Chọn tiết diện dây phù hợp với tổng công suất của tải.
• Hệ thống nối đất: Đảm bảo nối đất đúng cách để tránh dòng điện rò rỉ đi qua vỏ tủ kim loại gây điện giật.

Đánh giá và kiểm tra

• Đánh giá lại toàn bộ thiết kế dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành, đảm bảo tủ điện đạt tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia phù hợp.
• Đảm bảo tủ điện được trang bị các giải pháp đo lường, bảo vệ chính xác, an toàn.
• Hoàn thiện hồ sơ thiết kế bao gồm sơ đồ nguyên lý, bản vẽ bố trí, danh mục vật liệu và hướng dẫn sử dụng để chuẩn bị cho các bước tiếp theo.

Sơ đồ lắp đặt tủ phân phối hạ thế

Trước hết, sơ đồ nguyên lý hoạt động của tủ phân phối hạ thế cần thể hiện rõ ràng hai hệ thống phân phối điện độc lập (Hệ thống I và Hệ thống II), trong đó mỗi hệ thống sẽ nhận điện năng từ trạm biến áp trung gian và phân phối điện năng đến các phụ tải.

Sơ đồ thiết kế tủ phân phối hạ thế

Các thành phần chính có trong sơ đồ lắp đặt:

• Hệ thống phân phối trung thế I & II: Hai nguồn điện độc lập cung cấp cho hệ thống thông qua máy biến áp.
• Hệ thống máy biến áp I & II: Có nhiệm vụ hạ điện áp từ cấp trung áp về cấp điện áp tiêu chuẩn cho lưới điện hạ áp, phù hợp với phụ tải tiêu thụ.
• Hệ thống phân phối hạ áp I & II: Bao gồm các thiết bị đóng cắt tại từng 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.
• Bộ cách ly (ID, 2DL, 2DL): Có tác dụng kết nối hoặc cách ly 2 hệ thống khi xảy ra sự cố về điện. Trong trường hợp một hệ thống bị mất điện, bộ ngắt kết nối có thể chuyển tải từ hệ thống này sang hệ thống khác.

Nguyên lý hoạt động của tủ phân phối hạ thế:

• Ở trạng thái bình thường: Hệ thống I & II hoạt động độc lập, chủ động cấp điện cho từng tải riêng lẻ.
• Khi hệ thống gặp sự cố: Tải từ hệ thống này sẽ được chuyển sang hệ thống khác bằng dao kết nối ngang (3DL).
• Bù công suất phản kháng: Các tụ điện trong mỗi hệ thống hoạt động riêng biệt để tăng hệ số công suất.

Sơ đồ lắp đặt tủ phân phối hạ thế thực tế

Những 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 ráo và hoàn toàn không có vật cản. Trường hợp mặt sàn không bằng phẳng thì phải có cách đỡ chân tủ.
• Chênh lệch độ cao mặt phẳng không quá 2mm/1m chiều dài tủ.
• Khoảng cách từ tủ đến trước – sau và trần nhà cần tối thiểu là: 1.000mm đối với mặt sau tủ, 1.200 – 1.600mm đối với mặt trước tủ và 600mm đối với trần nhà.

Khi kết hợp các ngăn tủ

• Tháo bỏ hoàn toàn màng bọc thực phẩm hoặc bạt che tủ trước khi lắp đặt.
• Cố định tủ vào tủ hoặc tủ vào sàn bằng bu lông chắc chắn.
• Khi kết nối các thanh cái phải sử dụng thước đo hoặc định vị bằng laser để đảm bảo độ chính xác.

Khi kết nối cáp

• Tạo các lỗ cáp ở mặt trên hoặc mặt dưới của tủ. Đối với tủ không có đệm kín đáy thì cần buộc dây cáp vào thanh đỡ phía dưới để dây cáp không bị xê dịch.
• Đấu nối cáp theo sơ đồ thiết kế đã chuẩn bị sẵn. Lưu ý các đường dây cáp phải được đi gọn gàng để tránh hiện tượng rối dây cáp.

Sau khi lắp đặt tủ điện

• Kiểm tra toàn bộ vỏ tủ, loại bỏ những phần thừa, bụi bẩn, chướng ngại vật trong quá trình lắp đặt.
• Kiểm tra lớp cách điện trên mạch điều khiển cũng như khả năng cách điện tổng thể. Với mạch nối đất TNC, đầu nối đất cần được tháo ra trước khi đo.
• Sử dụng thiết bị chuyên dụng để đo độ cách nhiệt. Điện trở cách điện tối thiểu phải là 1.000 Ohms/V.
• Kiểm tra và chạy thử nguội trước khi cấp nguồn cho máy.
• Kiểm tra nhãn và đánh dấu các bộ phận của tủ.

Một số câu hỏi về thiết kế tủ điện hạ thế

Câu 1: Thiết kế tủ điện hạ thế cần đáp ứng những tiêu chuẩn gì?

Hồi đáp: Thiết kế tủ điện hạ thế cần đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế IEC 61439 và tiêu chuẩn quốc gia ISO 31:2004.

Câu 2: Tủ điện hạ thế cần có những yêu cầu gì?

Hồi đáp: 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 độ bảo vệ IP khác nhau.

Câu 3: Thiết kế tủ điện hạ thế có cần quan tâm đến khả năng mở rộng không?

Hồi đáp: Có. Tủ điện cần được thiết kế có thêm không gian để thuận tiện cho việc mở rộng hoặc nâng cấp hệ thống trong tương lai.