Tin tức
Cách thiết kế tủ điện hạ thế và sơ đồ lắp đặt
Thiết kế tủ điện hạ thế không chỉ là chọn vỏ tủ rồi lắp thiết bị. Thiết kế đúng cần bắt đầu từ phụ tải, nguồn điện và dòng ngắn mạch. Điều kiện môi trường cũng cần được xem xét ngay từ đầu. Sau đó, kỹ sư xác định cấu hình tủ và thiết bị bảo vệ. Tiết diện dây, thanh cái và phương án phân khoang cũng cần được tính toán. IEC 61439-1 quy định các yêu cầu chung về kết cấu và đặc tính kỹ thuật. Tiêu chuẩn cũng đưa ra phương pháp verification cho cụm tủ điện hạ áp.
Tiêu chuẩn nào được áp dụng khi thiết kế tủ điện hạ thế?
Với tủ phân phối điện hạ áp, IEC 61439-1:2020 là tiêu chuẩn quy định các yêu cầu chung. Tiêu chuẩn này đề cập đến điều kiện làm việc, yêu cầu kết cấu, đặc tính kỹ thuật và các phương pháp verification của cụm tủ. Đối với tủ đóng cắt và điều khiển công suất, IEC 61439-2:2020 quy định các yêu cầu riêng cho cụm PSC-assembly. Phạm vi tiêu chuẩn bao gồm hệ thống AC đến 1.000 V hoặc DC đến 1.500 V.
Một số tiêu chuẩn liên quan thường cần xem xét gồm:
- IEC 60947-2:2024: áp dụng cho circuit-breaker trong hệ thống hạ áp. Tiêu chuẩn này bao phủ thiết bị có điện áp định mức đến 1.000 V AC hoặc 1.500 V DC.
- IEC 60529: quy định hệ thống phân cấp cấp bảo vệ IP của vỏ thiết bị điện.
- IEC TS 61641:2026: đề cập đến khả năng bảo vệ trước sự cố hồ quang bên trong cụm tủ hạ áp. Tài liệu xem xét áp suất, nhiệt và khí nóng sinh ra từ hồ quang.
Quy trình thiết kế tủ điện hạ thế từ đầu đến cuối
Một bản thiết kế tốt phải biến yêu cầu vận hành thành các thông số điện cụ thể. Quy trình dưới đây giúp hạn chế tình trạng tủ đủ thiết bị nhưng không phù hợp với tải thực tế.
Xác định nguồn điện và phụ tải
Trước tiên, cần thu thập điện áp, số pha, tần số, công suất tải và chế độ vận hành. Với hệ thống 3 pha, có thể xác định dòng điện gần đúng theo công thức:
I = P / (√3 × U × cosφ × η)
Trong đó, P là công suất tác dụng, U là điện áp dây. cosφ là hệ số công suất, η là hiệu suất động cơ.
Không nên lấy tổng công suất danh định rồi chọn aptomat ngay. Cần xác định dòng làm việc, hệ số đồng thời và loại tải. Đặc tính khởi động cũng cần được xem xét.
Động cơ có dòng khởi động cao. Vì vậy, phương án bảo vệ có thể khác so với tải điện trở.
Xác định dòng ngắn mạch
Dòng ngắn mạch tại điểm lắp đặt ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cắt của thiết bị bảo vệ và cụm tủ.
Thông số này cần được tính từ nguồn, máy biến áp, chiều dài cáp và trở kháng mạng điện. Khi chọn máy cắt, khả năng cắt phải phù hợp với dòng sự cố tại vị trí lắp đặt.
Vì vậy, không nên chọn MCCB chỉ dựa trên dòng định mức. MCCB 400 A vẫn có thể không phù hợp nếu khả năng cắt thấp hơn dòng sự cố của hệ thống.
Lập sơ đồ nguyên lý
Sau khi có dữ liệu tải, kỹ sư xây dựng sơ đồ một sợi và sơ đồ điều khiển nếu tủ có chức năng tự động.
Sơ đồ cần thể hiện nguồn vào, máy cắt tổng, thanh cái và các nhánh tải. Thiết bị đo lường và bảo vệ cũng cần được thể hiện đầy đủ.
Với tủ ATS, sơ đồ cần thể hiện logic chuyển nguồn và liên động giữa các thiết bị đóng cắt.
Với tủ điều khiển động cơ, cần bổ sung contactor, relay bảo vệ, biến tần hoặc PLC tùy cấu hình. Mỗi thiết bị phải có mã định danh thống nhất giữa sơ đồ, bản vẽ bố trí và bảng đấu dây.
Bố trí thiết bị và kết cấu tủ điện hạ thế
Khi sơ đồ điện đã được chốt, bước tiếp theo là chuyển thiết kế thành bố trí cơ khí. Đây là phần ảnh hưởng đến tản nhiệt, đấu nối và bảo trì sau này.
Thiết bị công suất lớn nên được bố trí theo nhóm chức năng. Máy cắt tổng thường đặt ở vị trí dễ thao tác. Thanh cái cần có khoảng cách điện phù hợp với thiết kế và điều kiện làm việc.
Dây động lực và dây điều khiển nên được tổ chức thành các tuyến riêng khi cần. Cách bố trí này giúp giảm giao cắt và thuận tiện kiểm tra khi bảo trì.
Kích thước tủ không nên chỉ tính theo diện tích thiết bị. Cần dành không gian cho bán kính uốn cáp, đầu cốt và thanh đấu dây. Khe thông gió và khả năng mở rộng cũng cần được tính toán.
Lựa chọn thanh cái
Thanh cái thường sử dụng đồng hoặc nhôm tùy theo thiết kế. Tiết diện thanh cái không nên chỉ chọn dựa trên dòng tải.
Thiết kế cần xem xét dòng định mức, điều kiện nhiệt và phương pháp lắp đặt. Mật độ thiết bị và khả năng chịu dòng ngắn mạch cũng cần được tính toán.
IEC 61439 yêu cầu cụm tủ đáp ứng các yêu cầu verification liên quan đến đặc tính và kết cấu.
Xác định cấp bảo vệ IP
Cấp IP cần được lựa chọn dựa trên môi trường lắp đặt thực tế. IEC 60529 quy định mức bảo vệ của vỏ trước vật rắn và nước.
Tủ trong phòng điện sạch có yêu cầu khác tủ ngoài trời hoặc khu vực nhiều bụi, hơi ẩm. Khi tăng mức kín của tủ, cần xem xét khả năng tản nhiệt. Điều này giúp hạn chế nhiệt độ bên trong tăng quá mức.
Sơ đồ lắp đặt tủ điện phân phối hạ áp
Sơ đồ lắp đặt cần thể hiện rõ mối quan hệ giữa nguồn, thiết bị đóng cắt, thanh cái và các nhánh phụ tải. Với tủ phân phối, sơ đồ thường bắt đầu từ nguồn vào → máy cắt tổng → thanh cái → máy cắt nhánh → tải.
Với hệ thống hai nguồn, sơ đồ có thể bố trí hai ngõ vào và thiết bị liên lạc giữa hai thanh cái. Việc chuyển tải cần có phương án liên động và điều kiện vận hành phù hợp.
Không nên mặc định mọi tủ hai nguồn đều có thể đóng song song. Việc đóng song song cần xét đến đồng bộ, cấu hình hệ thống và yêu cầu thiết bị.
Kiểm tra tủ điện trước khi cấp nguồn
Thiết kế chưa kết thúc khi bản vẽ hoàn thành. IEC 61439 yêu cầu thực hiện verification phù hợp với cấu hình của cụm tủ.
Trước khi đóng điện, cần đối chiếu tủ thực tế với hồ sơ thiết kế. Nội dung gồm thiết bị, dây dẫn, đầu nối và nhãn mạch. Đồng thời, cần kiểm tra khoảng cách điện, liên kết bảo vệ và các điểm đấu nối.
Các phép kiểm tra phải phù hợp với thiết kế và tiêu chuẩn áp dụng. Mạch bảo vệ, đầu nối và tình trạng cách điện cần được kiểm tra kỹ trước khi vận hành.
Không nên áp dụng một giá trị điện trở cách điện cố định cho mọi tủ. Giá trị thử cần dựa trên điện áp thử, cấu hình mạch và tiêu chuẩn áp dụng. Ngoài ra, cần xem xét hướng dẫn của nhà sản xuất thiết bị.
Những sai sót thường gặp khi thiết kế tủ điện hạ thế
Một số lỗi xuất phát từ việc chỉ quan tâm đến dòng định mức mà bỏ qua điều kiện vận hành.
- Chọn aptomat theo dòng tải nhưng bỏ qua dòng ngắn mạch khiến khả năng bảo vệ không phù hợp với điểm lắp đặt. Ngược lại, chọn thiết bị quá lớn có thể làm giảm hiệu quả bảo vệ dây dẫn.
- Bố trí thiết bị quá sát nhau có thể làm tăng nhiệt độ cục bộ. Khi đó, khả năng mang tải của thiết bị phải được xem xét lại theo điều kiện thực tế.
- Không dự phòng không gian và đầu cáp khiến việc mở rộng hoặc thay thế thiết bị sau này khó thực hiện.
- Không thống nhất mã thiết bị giữa sơ đồ và tủ thực tế làm tăng thời gian xác định mạch khi xử lý sự cố.
Thiết kế tủ điện hạ thế cần đảm bảo đúng công suất, an toàn điện và phù hợp với nhu cầu sử dụng. Thiết kế hợp lý giúp hệ thống vận hành ổn định và thuận tiện bảo trì.
HT NEXTECH cam kết thiết kế tủ điện hạ thế theo yêu cầu kỹ thuật và điều kiện thực tế. Giải pháp được tính toán phù hợp với từng công trình.
Liên hệ hotline 0985 485 068 để được tư vấn và báo giá thiết kế tủ điện hạ thế.
Bài viết liên quan: