Tủ điện là gì? Cấu tạo và công dụng của tủ điện

Chu Văn An

Tủ điện là thiết bị quen thuộc trong nhiều hệ thống điện, từ dân dụng đến công nghiệp. Tính chất và quy mô của hệ thống điện thường quyết định đến loại tủ cũng như các thiết bị chứa trong tủ. Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng các bạn tìm hiểu tủ điện là gì? Cấu tạo và công dụng của tủ điện là gì?

Tủ điện là gì?

Tủ điện (tên tiếng Anh là Electric Cabinet) là thiết bị hình hộp kim loại dùng để chứa đựng, bảo vệ các thiết bị điện như công tắc, nút bấm, cầu dao, cầu dao, máy biến thế, công tơ điện…

Tủ điện cho phép người vận hành điều khiển và giám sát tất cả các thiết bị điện, mạch cơ khí trong hệ thống sử dụng năng lượng điện. Tủ điện còn cung cấp giải pháp nhanh chóng và thuận tiện nhất để khắc phục, xử lý các sự cố liên quan đến điện và các thiết bị điện, đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động an toàn, ổn định.

Hình dạng phổ biến nhất của tủ điện là hình vuông và hình chữ nhật với lớp vỏ có khả năng chống gỉ và cách điện. Tủ điện xuất hiện trong tất cả các hệ thống điện từ công trình dân dụng, nhà ở đến các tòa nhà thương mại, khu công nghiệp quy mô lớn. Chức năng của từng loại tủ điện sẽ quyết định số lượng, tính chất của các thiết bị chứa trong tủ.

Cấu trúc tủ điện tiêu chuẩn

Một chiếc tủ điện tiêu chuẩn thường có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính bao gồm: Vỏ tủ, các thiết bị điện bên trong và các phụ kiện hỗ trợ.

Vỏ tủ

Vỏ tủ điện hầu hết là những hộp kim loại làm bằng nhôm hoặc inox sơn tĩnh điện, chia thành nhiều ngăn, ngăn bên trong để chứa đầy đủ các thiết bị điện cần thiết.

Vỏ tủ có nhiệm vụ bảo vệ các thiết bị điện bên trong khỏi bụi bẩn, nước, côn trùng và va đập cơ học. Vì vậy, tiêu chuẩn NEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia Mỹ) quy định vỏ tủ phải đạt tiêu chuẩn IP theo đặc tính riêng của từng loại tủ, cần đảm bảo độ bền cao và khả năng chống ăn mòn cho các loại tủ thông thường. Các thông số kỹ thuật tiêu biểu này cũng cần được thể hiện đầy đủ ở mặt ngoài của tủ.

Thiết bị điện nội bộ

Các thiết bị điện thường xuất hiện trong tủ điện bao gồm:

• Thiết bị chuyển mạch chính: Có thể là ACB, MCCB, MCB, RCBO, cầu dao, cầu chì để đóng/ngắt mạch điện trước khi xảy ra sự cố điện.
• Thiết bị điều khiển: Chẳng hạn như contactor, rơle, biến tần, khởi động mềm để tự động điều khiển hoạt động của hệ thống.
• Dây dẫn và thiết bị kết nối: Bao gồm các loại cáp điện, đầu nối, thanh cái… để kết nối các mạch điện.

Phụ kiện hỗ trợ

• Đường ray DIN: Có tác dụng sửa chữa, lắp đặt các thiết bị điện một cách linh hoạt.
• Thiết bị hiển thị và cảnh báo: Đèn báo, nút ấn, nút dừng khẩn cấp, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, màn hình hiển thị… thường được đặt ở bên ngoài tủ để 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 dụng như dàn tụ điện chứa tụ điện và cuộn cảm, tủ chuyển nguồn có bộ biến đổi nguồn tự động ATS và bộ điều khiển ATS…

Tủ điện hoạt động như thế nào?

Tủ điện đóng vai trò là trung tâm phân phối điện năng trong hệ thống điện, có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ nguồn chính và phân phối đến các mạch điện khác nhau. Mỗi mạch điện thường sẽ có một thiết bị bảo vệ riêng biệt, đảm bảo mọi sự cố xảy ra ở mạch điện đó đều không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.

Quy trình hoạt động của tủ điện được thể hiện như sau:

• Tiếp nhận điện: Tủ điện chính được nối trực tiếp với nguồn điện chính (thường là lưới điện). Nguồn điện đi vào bảng điều khiển thông qua cổng dịch vụ và được chuyển đến các thanh cái bên trong.
• Phân phối điện: Từ thanh cái, nguồn điện được phân phối tới từng mạch riêng lẻ. Mỗi mạch điện sẽ có cầu dao hoặc cầu chì riêng, giúp điều khiển và bảo vệ dòng điện. Thiết kế này cho phép tủ điện quản lý tải hiệu quả, hạn chế tình trạng quá tải trong các mạch điện.
• 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 nhiều lớp thiết bị chuyển mạch nhằm ngắt điện kịp thời trước khi xảy ra sự cố quá tải, ngắn mạch, rò rỉ. Một số tủ điện hiện đại còn được trang bị chức năng chống sét lan truyền nhằm ngăn ngừa hiện tượng quá điện áp đột ngột.

Công dụng của tủ điện

Lắp đặt tủ điện là giải pháp phân phối, điều khiển mạch điện một cách có hệ thống và thẩm mỹ.

• Tăng khả năng bảo vệ các thiết bị điện bên trong tủ khỏi tác động cơ học và các yếu tố môi trường, đồng thời bảo vệ con người khỏi các sự cố về điện.
• Phân phối và điều khiển dòng điện đến các mạch hiệu quả, giảm thiểu tình trạng quá tải.
• Tăng tính thẩm mỹ cho các thiết bị điện và công trình, đặc biệt quan trọng đối với các công trình hiện đại.
• Hỗ trợ người vận hành giám sát, điều khiển hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống chỉ bằng một tủ điều khiển duy nhất, rất cần thiết cho các hệ thống công nghiệp phức tạp, góp phần tiết kiệm thời gian và chi phí vận hành.
• Tăng độ tin cậy trong trường hợp khẩn cấp nhờ khả năng chống cháy và va đập.
• Hỗ trợ quá trình kiểm tra, xử lý sự cố hoặc bảo trì của kỹ sư bằng cách theo dõi các chỉ số và quan sát hoạt động của tất cả các thiết bị, dây chuyền trên bảng điều khiển.

Cách phân loại tủ điện

Tùy theo những tiêu chí khác nhau mà tủ điện sẽ có những cách phân loại khác nhau.

Theo chức năng

Tủ điện được chia thành nhiều loại như sau:

• Tủ RMU: Dùng cho các trạm biến áp nhỏ, trạm biến áp ngoài trời, trạm rơle, trạm phân phối để thực hiện chức năng đo điện áp, tín hiệu trong hệ thống FRTU.
• Tủ chính MSB: Nằm gần trạm biến áp, có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp và phân phối điện từ tủ chính đến tủ nhánh và các khu vực trong hệ thống phụ tải.
• Tủ công tắc nguồn ATS: Đảm nhận chức năng chuyển đổi linh hoạt các nguồn điện giữa nguồn chính và nguồn phụ để đảm bảo tính liên tục và ổn định của hệ thống.
• Tủ đồng bộ: Chịu trách nhiệm đấu nối các máy phát điện với nhau hoặc đấu nối lưới điện với máy phát điện trong trường hợp lưới điện có sự cố.
• Tủ tụ điện: Dùng để bù công suất phản kháng, góp phần tiết kiệm chi phí vận hành.

Theo vị trí lắp đặt

• Tủ điện trong nhà: Thông thường các tủ phân phối như MSB, DB… có kích thước nhỏ gọn, không chiếm diện tích lắp đặt. Vỏ tủ được làm bằng thép, nhôm, nhựa ABS, Composite hoặc inox có màu xám nhạt đặc trưng.
• Tủ điện ngoài trời: Do môi trường lắp đặt khắc nghiệt nên tủ ngoài trời yêu cầu mức độ bảo vệ (IP) cao hơn nhiều so với tủ trong nhà. Chất liệu tủ chủ yếu là inox, thép CT3, inox hoặc có khả năng chống gỉ tốt và có chỉ số IP66 trở lên, đi kèm khả năng chịu nhiệt và chống cháy cao lên đến 3 giờ.

Theo điện áp

• Tủ điện hạ thế: Thường được sử dụng cho hệ thống điện hạ thế (điện dân dụng hoặc điện công nghiệp).
• Tủ điện trung thế: Được sử dụng chủ yếu trong các dự án điện công nghiệp như trạm điện phân phối của khu chung cư, nhà máy, khu công nghiệp để cắt và bảo vệ đường dây truyền tải điện.

Ứng dụng của tủ điện

Tủ điện được sử dụng rộng rãi trong mọi hệ thống điện. Tùy theo tính chất và yêu cầu của hệ thống mà tủ điện sẽ đảm nhiệm những chức năng chuyên dụng khác nhau.

Ứng dụng dân sự

Trong các hộ gia đình, chung cư, biệt thự, nhà cao cấp, tủ điện quản lý việc phân phối điện đến hệ thống chiếu sáng, HVAC và các 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, cầu dao khi có sự cố quá tải, ngắn mạch. Ngoài ra, tủ điện còn được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện trong trường hợp các hộ gia đình sử dụng năng lượng mặt trời hoặc máy phát điện dự phòng.

Vì các thiết bị điện dân dụng có công suất không quá lớn nên kích thước tủ điện dân dụng thường nhỏ và kết cấu đơn giản hơn so với các ứng dụng công nghiệp, thương mại.

Ứng dụng thương mại

Trong các tòa nhà thương mại, bảng điện quản lý tải điện cao hơn và xử lý các yêu cầu phân phối điện phức tạp hơn nên chúng thường được chia thành các bảng điện chuyên dụng cho các hệ thống khác nhau như chiếu sáng, điều hòa, thang máy và thiết bị văn phòng.

Tủ điện 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 ảnh,…

Ứng dụng công nghiệp

Trong môi trường công nghiệp, các bảng điện chịu trách nhiệm quản lý tải nặng để cung cấp năng lượng cho máy móc và dây chuyền sản xuất công suất cao, đồng thời giám sát và điều khiển động cơ từ xa thông qua hệ thống bảng điều khiển chuyên dụng. Vì vậy, tủ điện công nghiệp phải bền, chắc chắn, chịu được áp lực dòng điện, điện áp cao.

Môi trường công nghiệp cũng tạo ra nhiều loại tủ điện công nghiệp với những đặc tính, công năng khác nhau.

Những câu hỏi thường gặp về tủ điện là gì?

Câu hỏi 1: Tủ điện có an toàn không?

Hồi đáp: Có. Tủ điện được thiết kế theo tiêu chuẩn an toàn riêng nên đáp ứng yêu cầu bảo vệ trước các sự cố về điện. Ngoài ra, tủ điện còn chứa các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ mạch điện chống quá tải, ngắn mạch… nên giảm thiểu nguy cơ cháy nổ. Tuy nhiên, tủ điện cần được lắp đặt đúng cách và bảo trì thường xuyên để giảm thiểu rủi ro. Ngoài ra, bạn không nên chọn mua tủ điện nổi sẽ rất nguy hiểm trong quá trình sử dụng.

Câu hỏi 2: Lắp đặt tủ điện mất bao lâu?

Hồi đáp: Tùy theo tính chất, kích thước của tủ điện mà thời gian lắp đặt sẽ khác nhau. Thông thường, một chiếc tủ điện đơn giản chỉ có 1-2 ngăn phải mất 1-2 ngày mới hoàn thành. Tủ điện phức tạp dành cho hệ thống chuyên dụng mất 5-10 ngày mới hoàn thành.

Câu 3: Có cần bảo trì tủ điện không?

Hồi đáp: Có. Tủ điện cần được bảo trì, kiểm tra định kỳ 3-6 tháng một lần để kịp thời phát hiện các sự cố tiềm ẩn.