Tủ điện công nghiệp là gì? - Cấu tạo, phân loại và ứng dụng

Tủ điện công nghiệp là bộ phận không thể thiếu trong bất kì hệ thống điện công nghiệp nào, từ các nhà máy quy mô lớn tới các công xưởng gia đình. Có nhiều loại tủ điện khác nhau, đảm nhiệm nhiệm vụ riêng trong hệ thống như phân phối điện, điều khiển hay khắc phục sự cố điện. Trong bài viết sau đây từ BTB Electric, bạn sẽ tìm hiểu về các thiết bị có trong tủ điện công nghiệp và các loại dòng tủ này hiện đang được sử dụng.

Tủ điện công nghiệp là gì?

Tủ điện công nghiệp là tủ điện sử dụng trong mạng điện công nghiệp 3 pha, chứa các thiết bị điện vận hành cho hệ thống hoặc một nhóm thiết bị phụ tải. Tủ điện công nghiệp có chức năng:

• Điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống điện
• Bảo vệ các thiết bị điện như thiết bị đóng cắt, thiết bị điều khiển, thiết bị theo dõi, thiết bị chất lượng điện.
• Bảo vệ an toàn cho con người trước dòng điện khi thao tác trực tiếp trên tủ hoặc ở gần.
• Đo lường các chỉ số điện áp, dòng điện công suất, nhiệt độ,..

Tủ điện công nghiệp được đặt trong phòng kỹ thuật, phòng điều khiển tập trung, nơi người vận hành dễ dàng điều khiển, theo dõi các thông số kỹ thuật. Bên cạnh đó, vị trí đặt từng loại tủ điện còn phụ thuộc và nhiệm vụ của dòng tủ đó, ví dụ:

• Loại tủ điện phân phối tổng được ưu tiên đặt gần trạm biến áp
• Loại tủ chuyển nguồn được đặt gần các nguồn điện chính và phụ
• Loại tủ phân phối nhánh có thể đặt gần các thiết bị phụ tải

Cấu tạo tủ điện công nghiệp

Một tủ điện công nghiệp đạt chuẩn thường có cấu trúc cơ khí vững chắc dạng hình hộp vuông/hình chữ nhật và hệ thống linh kiện bên trong được sắp xếp khoa học theo từng phân khu, khoang chức năng riêng biệt.

Vỏ tủ điện 

Được chế tạo từ thép tấm cán nguội, nhôm hoặc Inox 304/316 bền bỉ với độ dày từ 1.2mm - 2.5mm. Bề mặt vỏ tủ thường được phủ sơn tĩnh điện chống ăn mòn và chống gỉ sét. Tùy theo yêu cầu vận hành, vỏ tủ có thể được thiết kế dạng khung tự đứng hoặc dạng hộp treo tường.

Hệ thống thiết bị bên trong

BTB Electric phân chia các thiết bị trong tủ điện công nghiệp thành 3 nhóm: nhóm thiết bị đặc thù, nhóm thiết bị chung và nhóm thiết bị phụ trợ. Các nhóm thiết bị này được lắp đặt chắc chắn, phân chia vào các khoang riêng biệt.

Tụ bù & Cuộn kháng: Có tác dụng cải thiện hệ số công suất, lọc sóng hài và tiết kiệm điện năng. Đây là 2 thiết bị quan trọng nhất trong tủ bù công suất phản kháng và một số loại tủ cơ bản khác. Ngoài ra có thể sử dụng bộ điều khiển tụ bù cho các hệ tủ công nghiệp chức năng phức tạp, điều khiển tự động.
Bộ chuyển nguồn ATS và bộ điều khiển ATS: Giúp tự động điều phối giữa nguồn lưới và nguồn máy phát dự phòng trong trường hợp nguồn chính gặp sự cố. ATS được lắp đặt phổ biến nhất trong tủ chuyển nguồn.
Bộ lọc sóng hài AHF: Bộ lọc sóng hài sản sinh sóng hài ở bước sóng đối nghịch nhằm triệt tiêu sóng hài trong môi trường, bảo vệ tụ bù và các thiết bị điện khác.
Bộ lập trình PLC: "Bộ não" xử lý các lệnh tự động hóa phức tạp, có thể tìm thấy ở các loại tủ tự động hóa cao.
Biến tần & Khởi động mềm: Chịu trách nhiệm điều khiển tốc độ động cơ, giảm dòng khởi động, thường được lắp đặt ở nhiều loại tủ như tủ bơm nước, tủ máy nén khí, tủ điều khiển băng tải, tủ thông gió…
Nhóm thiết bị chung
MCB: Lắp cho các loại tủ điện công nghiệp cỡ nhỏ, sử dụng cho điện 1 pha 220V và điện 3 pha 380V. MCB đảm nhiệm việc bảo vệ thiết bị điện phụ tải, đóng ngắt điện khi có sự cố quá tải, ngắn mạch.
MCCB: Lắp cho các loại tủ điện quy mô từ nhỏ tới lớn, sử dụng cho điện 3 pha 380V. MCCB có nhiệm vụ tương tự MCB và có thể điều khiển từ xa.
Contactor: Điều khiển các thiết bị điện phía phụ tải, hoạt động ở mức công suất lớn và được đặt trong nhiều loại tủ công nghiệp.
Cầu chì: Có nhiệm vụ ngắt mạch nhanh
Nhóm thiết bị phụ trợ - linh kiện
Bao gồm thanh cái đồng, nút dừng khẩn cấp, đèn báo pha, đồng hồ đo đa năng, quạt thông gió…

Ngoài ra một số tủ điện có sử dụng các loại rơ le, bộ đếm thời gian, biến tần,... Xem chi tiết tại: Các thiết bị và linh kiện trong tủ điện công nghiệp

Vai trò chiến lược của tủ điện công nghiệp

Tủ điện công nghiệp không chỉ là vật chứa thiết bị điện công nghiệp mà còn là "hệ điều hành" đảm bảo sự an toàn và hiệu suất cho toàn bộ hạ tầng kỹ thuật điện.

Điều phối năng lượng tập trung

Tủ điện công nghiệp đảm nhận vai trò huyết mạch trong việc tiếp nhận, kiểm soát và phân phối nguồn điện đến từng khu vực sản xuất. Thông qua hệ thống đóng cắt linh hoạt, người vận hành có thể kiểm soát hoàn toàn dòng điện, đảm bảo năng lượng được cung cấp đúng mục đích và an toàn cho từng thiết bị hạ nguồn. 

Bảo vệ đa tầng cho con người và thiết bị

Tủ điện công nghiệp được chế tạo theo các tiêu chuẩn kỹ thuật điện khắt khe, cho khả năng bảo vệ linh kiện bên trong khỏi tác động khắc nghiệt từ môi trường (bụi, độ ẩm, va đập). Quan trọng hơn, thiết kế cách điện tuyệt đối giúp bảo vệ tính mạng con người và việc tích hợp các thiết bị bảo vệ thông minh cũng ngăn chặn tức thì các nguy cơ ngắn mạch, quá tải. 

Số hóa việc giám sát và quản lý

Tủ điện công nghiệp hiện nay đóng vai trò như trung tâm dữ liệu tại chỗ, cho phép người vận hành quản lý và giám sát hệ thống một cách khoa học từ vị trí duy nhất. Thông qua màn hình HMI và các đồng hồ đo kỹ thuật số, người vận hành có thể giám sát trực quan các thông số (V, A, P, Hz), từ đó chủ động kiểm soát tình trạng hệ thống, dự báo hỏng hóc và tối ưu hóa chi phí điện năng.

Đọc thêm: Quy trình các bước thiết kế tủ điện công nghiệp chi tiết

Các loại tủ điện công nghiệp phổ biến

Cách phân loại tủ điện công nghiệp thường được sử dụng là phân theo chức năng với các nhóm: tủ điện điều khiển, tủ điện phân phối, tủ điện bảo vệ.

Theo chức năng vận hành

• Tủ điện phân phối (Distribution Board): Bao gồm tủ phân phối tổng (MSB) và tủ phân phối phụ (DB). Nhiệm vụ chính là đóng cắt, phân chia nguồn điện lưới cho các nhánh phụ tải.
• Tủ điện điều khiển (Control Panel): Sử dụng các thiết bị như PLC, biến tần, khởi động từ để điều khiển động cơ, dây chuyền sản xuất hoặc hệ thống bơm.
• Tủ tụ bù (Capacitor Cabinet): Có chức năng bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất, giúp doanh nghiệp giảm tiền phạt công suất vô công từ ngành điện.
• Tủ chuyển mạch tự động (ATS): Tự động chuyển đổi giữa nguồn điện lưới và nguồn máy phát dự phòng khi có sự cố mất điện.
• Tủ điều khiển PCCC: Chuyên dụng cho hệ thống bơm chữa cháy, đảm bảo hoạt động tức thì khi có tín hiệu báo cháy.

Theo vị trí lắp đặt

• Tủ âm tường: Loại tủ được thiết kế để lắp đặt trong tường với cấu trúc nhỏ gọn, giúp tiết kiệm không gian và tăng tính thẩm mỹ phù hợp với các nhà máy, xưởng sản xuất có diện tích hạn chế. 
• Tủ trong nhà: Đa phần tủ điện công nghiệp hiện nay đều được đặt trong nhà, tại các phòng kho hoặc phòng kỹ thuật riêng biệt. 
• Tủ ngoài trời: Được thiết kế để chống chịu điều kiện thời tiết khắc nghiệt với mái che, gioăng cao su chống nước và cấp bảo vệ IP cao, thích hợp với các ứng dụng ngoài trời như các trạm điện, trạm thu phí, máy biến áp, các công trình giải trí. 

Theo điện áp định mức

• Tủ điện cao thế: Sử dụng trong các trạm truyền tải điện năng rất lớn.
• Tủ điện trung thế: Thường dùng trong các trạm biến áp, khu công nghiệp (điện áp từ 1kV đến 35kV).
• Tủ điện hạ thế: Loại phổ biến nhất trong các nhà máy, tòa nhà (điện áp dưới 1kV, thường là 220V/380V).

Theo vật liệu chế tạo vỏ tủ

• Tủ thép sơn tĩnh điện: Loại phổ biến nhất, có giá thành hợp lý, độ bền cao trong môi trường thông thường.
• Tủ Inox (304 / 316): Chuyên dùng cho môi trường hóa chất, chế biến thực phẩm hoặc các khu vực ven biển nhờ khả năng chống ăn mòn, gỉ sét tuyệt vời.
• Tủ Composite/nhựa cách điện: Thường dùng cho các tủ điện nhỏ, tủ điện điều khiển ngoài trời ở các khu vực có độ ẩm cao hoặc yêu cầu cách điện an toàn tuyệt đối.

Bí quyết lựa chọn tủ điện công nghiệp tối ưu

Việc lựa chọn đúng loại tủ điện không chỉ đảm bảo hiệu quả vận hành mà còn là bài toán tối ưu chi phí đầu tư lâu dài. Để chọn được sản phẩm phù hợp, bạn cần xem xét dựa trên nhiều tiêu chí cốt lõi.  

Xác định chính xác nhu cầu và mục đích sử dụng

Đây là bước định hình các thông số kỹ thuật nền tảng cho tủ điện:

• Tính toán công suất: Cần xác định tổng công suất tải hiện tại và dự phòng thêm khoảng 20 - 25% cho việc mở rộng thiết bị trong tương lai. Điều này giúp tránh tình trạng tủ bị quá nhiệt hoặc phải thay mới toàn bộ khi quy mô sản xuất tăng lên.
• Thông số nguồn điện: Xác định rõ điện áp định mức (220V/380V), tần số và cường độ dòng điện ngắn mạch để lựa chọn thiết bị đóng cắt có dòng cắt phù hợp.
• Chức năng chuyên biệt: Tủ được dùng để phân phối tổng (MSB), điều khiển động cơ (MCC), bù công suất hay chuyển nguồn tự động (ATS)?

Đánh giá môi trường vận hành

Độ bền của tủ điện phụ thuộc rất lớn vào khả năng thích nghi với môi trường xung quanh:

• Nhiệt độ và độ ẩm: Với môi trường nóng ẩm tại Việt Nam, tủ điện cần được tích hợp quạt thông gió hoặc máy điều hòa tủ điện. Trong môi trường độ ẩm cực cao, việc sử dụng điện trở sấy là bắt buộc để ngăn chặn hiện tượng phóng điện do ngưng tụ hơi nước.
• Tác nhân ăn mòn: Nếu lắp đặt tại nhà máy hóa chất hoặc khu vực ven biển, hãy ưu tiên vỏ tủ bằng Inox 304/316 hoặc Composite thay vì thép sơn tĩnh điện thông thường.
• Chỉ số bảo vệ (IP): Đối với môi trường nhiều bụi bẩn hoặc lắp đặt ngoài trời, hãy chọn tủ có cấp bảo vệ từ IP54 đến IP66 để đảm bảo ngăn chặn tuyệt đối sự xâm nhập của vật thể lạ và nước.

Tối ưu vị trí và không gian lắp đặt

• Khu vực hạn chế diện tích: Sử dụng tủ điện thiết kế dạng treo tường hoặc tủ module khung rời để linh hoạt trong việc bố trí.
• Đặc thù vị trí: Tủ ngoài trời cần có thiết kế mái che vát dốc để thoát nước nhanh và cánh tủ 2 lớp để bảo vệ các nút nhấn, đồng hồ khỏi tác động trực tiếp của ánh nắng mặt trời. Riêng tủ điện trong nhà lại không yêu cầu cấp bảo vệ quá khắt khe. 

Tiêu chuẩn và chứng nhận

Một tủ điện chất lượng phải được sản xuất và thử nghiệm theo các tiêu chuẩn quốc tế uy tín như:

• IEC 61439-1 & 2: Tiêu chuẩn quan trọng nhất cho tủ đóng cắt và điều khiển hạ thế.
• Tiêu chuẩn Form tủ: Lựa chọn Form ngăn cách (Form 1, 2, 3 hay 4) phù hợp với yêu cầu về an toàn khi bảo trì và độ quan trọng của phụ tải.

Nhóm thiết bị cho tủ điện công nghiệp từ BTB Electric

BTB Electric là nhà sản xuất các dòng thiết bị điện công nghiệp chất lượng cao. Các thiết bị của chúng tôi khá đa dạng từ nhóm thiết bị đóng ngắt, nhóm thiết bị điều khiển và nhóm thiết bị chất lượng điện. Tất cả sản phẩm từ BTB Electric đều đạt các tiêu chuẩn EN/IEC và chứng nhận bởi các tổ chức kiểm định hàng đầu thế giới. 

Sản phẩm từ BTB Electric là giải pháp đồng bộ, chất lượng cao để ứng dụng trong các dòng tủ điện công nghiệp. Các thiết bị của chúng tôi đã xuất hiện trong nhiều hệ thống điện công nghiệp nhà máy, nhà xưởng, trạm biến áp,.. tại Việt Nam. Các thiết bị điện của BTB Electric không chỉ có hiệu suất vận hành cao, ổn định mà còn giúp tăng tuổi thọ các thiết bị phụ tải, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất. Tham khảo giải pháp tại: https://btb-electric.com/vi/ung-dung/

Tham khảo một số sản phẩm của chúng tôi:

• ACB BTB Electric: Ứng dụng trong tủ điều khiển MSB
• MCCB BTB Electric: Ứng dụng trong đa dạng tủ điện công nghiệp
• Tụ bù BTB Electric: Ứng dụng trong tủ tụ bù
• Tụ bù thông minh BTB Electric: Ứng dụng trong tủ tụ bù
• Bộ chuyển nguồn ATS BTB Electric: Ứng dụng trong tủ chuyển nguồn ATS
• Bộ lọc sóng hài AHF BTB Electric: Ứng dụng trong tủ tụ bù hoặc tủ phân phối MSB

Các nhà đầu tư, nhà thầu mong muốn hợp tác cùng chúng tôi hãy liên hệ qua email: asian@btb-electric.com 

Câu hỏi thường gặp về tủ điện công nghiệp

Câu hỏi 1: Tại sao tủ điện công nghiệp hay có âm thanh "e e" hoặc rung nhẹ?

Trả lời: Âm thanh này thường là tiếng rung của các lá thép trong contactor hoặc biến áp. Nếu tiếng kêu quá lớn kèm mùi khét, có thể các tiếp điểm đã bị mòn hoặc lỏng ốc vít thanh cái gây hiện tượng thoát nhiệt. Bạn cần kiểm tra ngay để tránh cháy nổ.

Câu hỏi 2: Chỉ số IP65 trên vỏ tủ điện công nghiệp có ý nghĩa gì?

Trả lời: IP65 nghĩa là vỏ tủ có khả năng chống bụi hoàn toàn (số 6) và chống lại các tia nước áp lực từ mọi hướng (số 5). Đây là tiêu chuẩn lý tưởng cho các tủ điện đặt ngoài trời hoặc trong nhà máy thực phẩm thường xuyên vệ sinh bằng vòi xịt.

Câu hỏi 3: Làm sao để hạn chế tình trạng nhảy Aptomat vô cớ trong tủ điện?

Trả lời: Bạn cần kiểm tra xem dòng định mức của Aptomat có thấp hơn dòng khởi động của tải hay không. Ngoài ra, việc đấu nối dây không chặt gây phát nhiệt cũng là nguyên nhân phổ biến khiến thiết bị bảo vệ kích hoạt nhầm. Vì vậy, nên thực hiện bảo trì, siết lại các đầu cosse định kỳ 6 tháng một lần.