Với việc sử dụng công nghệ tiên tiến và thiết bị chất lượng, lắp đặt tủ điện công nghiệp đóng vai trò không thể thiếu trong việc tạo nên một môi trường sản xuất hiệu quả và an toàn, đồng
TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀI
Tìm hiểu chung về tủ điện, tủ điện công nghiệp
Tủ điện là nơi chứa các thiết bị điện, các đấu nối, mạch điều khiển, cầu dao,… nhằm điều khiển hệ thống cung cấp điện cho một hệ thống phụ tải nào đó Chúng thường có hình chữ nhật hoặc hình vuông, tùy theo vị trí và mục đích sử dụng Tủ điện là bộ phận không thể thiếu được trong các hệ thống cung cấp điện, từ các gia đình đến các nhà máy, tòa nhà cao tầng Mục đích của tủ điện là để tách biệt các thiết bị điều khiển mạng lưới điện tránh xa người sử dụng thông thường
Tủ điện công nghiệp là các loại tủ điện được dùng trong rất nhiều ngành khác nhau và được ứng dụng khác nhau Tủ điện công nghiệp khác với các loại tủ điện gia đình đó là chúng thường được thiết kế với kích thước to hơn, chịu được rất nhiều tác động từ điều kiện thời tiết bên ngoài Vì thế, loại tủ điện công nghiệp này được sử dụng rất phổ biến ở các công trình lớn
Tủ điện dân dụng là thiết bị được dùng để chứa các thiết bị điện như Aptomat, contactor, ổ cắm, cầu giao, biến thế, biến áp, đồng hồ đo điện, bộ điều khiển…vvv ở trong những nhà máy cũng như các công trình xây dựng dân dụng, thương mại.
Phân loại tủ điện
Hiện nay có khá nhiều tiêu chí để phân loại tủ điện Ta có thể kể đến một số cách phân loại hay thấy như sau:
• Theo điện thế: có Tủ điện cao thế, Tủ điện trung thế và Tủ điện hạ thế
• Theo chức năng: Tủ điện phân phối, Tủ điện điều khiển, Tủ điện động lực,…
• Theo lĩnh vực ứng dụng: Tủ điện công nghiệp và Tủ điện dân dụng
1.2.1 Theo điện thế: a Tủ điện cao thế
Tủ điện cao thế rất ít khi gặp trong mạng lưới điện dân dụng bởi vì dể đảm bảo an toàn cho người và các thiết bị điện thì chúng ta thường dùng các trạm điện
7 điện trung thế và hạ thế Tuy nhiên, trong những điều kiện đặc biệt nguồn điện cao thế vẫn được sử dụng đặc biệt trong việc truyền tải điện từ nhà máy điện, sau các trạm điện cao thế nào thường sẽ có dùng tủ điện cao thế để cất giữ các thiết bị điều khiển, các loại cầu giao công tắc và đầu nối
Hình 1.2.1.1 Tủ điện cao thế b Tủ điện trung thế
Tủ trung thế được sử dụng để đóng ngắt và bảo vệ các đường dây cung cấp điện trung thế Tủ trung thế thường hay được lắp đặt trong nhà máy phát điện, các trạm truyền tải và phân phối điện, hay các trạm phân phối điện trong khu công nghiệp, khu dân cư, hoặc trong các trạm điện trung thế của các trạm khách hàng sử dụng điện trung thế như: tòa nhà, nhà máy, cảng biển, sân bay và thường được đặt trước các trạm hạ thế
Hình 1.2.1.3 Một số hình ảnh tủ điện trung thế c Tủ điện hạ thế
Tủ điện hạ thế là vị trí mà tại đó, nguồn cung cấp điện được chia thành các mạch riêng biệt, mỗi mạch trong số đó được quản lý và đảm bảo bằng cầu chì hoặc các thiết bị chuyển mạch của tủ điện như máy cắt, aptomat… Tủ điện hạ thế đóng vài trò quan trọng trong các công trình dân dụng và công nghiệp Chúng ta biết rằng đặt ngay sau các trạm hạ thế là các tủ điện phân phối hạ thế Có chức năng chính là đóng cắt, bảo vệ an toàn cho hệ thống điện phụ tải Trong dân dụng cũng như trong công nghiệp đều sử dụng nguồn điện chuẩn sau các trạm hạ thế này
Hình 1.2.1.3 Tủ điện hạ thế
1.2.2 Theo chức năng a Tủ điện phân phối (Tủ DB)
Tủ điện phân phối DB (Distribution Board) là tủ phân phối được sử dụng trong các mạng điện hạ thế Vị trí của tủ DB thường là sau các tủ phân phối tổng (MSB) để chúng có thể hỗ trợ cung cấp truyền tải điện cho mạng lưới điện hạ thế Dòng điện định mức có thể đến 1000A, cung cấp điện cho 1 nhóm thiết bị hoặc thiết bị đầu cuối (máy bơm, động cơ, máy móc…) Tủ được đặt gần phụ tải, bên trong tủ bao gồm MCB/RCCB, đèn báo pha, cầu chì Một số tủ đặc biệt có gắn đồng hồ kWh, Amper kế, Volt kế, bảo vệ mất pha, tụ bù…
Tủ điện phân phối được sử dụng trong các mạng điện hạ thế, lắp đặt tại phòng vận hành kỹ thuật điện của các công trình công nghiệp, nhà máy, xưởng công nghiệp, trung tâm thương mại, chung cư, trường học, cầu cảng, sân bay…
Hình 1.2.2.1 Tủ điện phân phối
Tủ điện điều khiển là tủ điện động cơ dùng để điều khiển và bảo vệ động các động cơ, máy bơm có công suất lớn trong các nhà máy, xưởng sản xuất, các trạm bơm, trạm trộn bê tông,
Có nhiều loại tủ điện điều khiển khác nhau dựa vào các phương thức khởi động, điều khiển tùy thuộc vào loại động cơ và yêu cầu của khách hàng như là: khởi động trực tiếp, khởi động sao tam giác, khởi động mềm, biến tần,
Hình 1.2.2.2 Tủ điện điều khiển c Tủ điện động lực
Tủ bảng điện động lực là một loại tủ điện hạ thế được sử dụng để đóng ngắt các thiết bị có công suất lớn Tủ có các bộ điều khiển khả trình như PLC, vi xử lý, máy tính,… để giúp người dùng có thể vận hành tủ thuận tiện hơn
Tủ điện này được sử dụng trong các mạng điện hạ thế của công trình dân dụng Đa dạng về mẫu mã, kích thước, màu sắc,… phù hợp để lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau Thông thường, tủ động lực thường có hình vuông hoặc hình chữ nhật, tùy theo vị trí và mục đích sử dụng
Hình 1.2.2.3 Tủ điện động lực
1.2.3 Theo lĩnh vực ứng dụng a Tủ điện công nghiệp
Tủ điện công nghiệp là các loại tủ điện được dùng trong rất nhiều ngành khác nhau và được ứng dụng khác nhau Tủ điện công nghiệp khác với các loại tủ điện gia đình đó là chúng thường được thiết kế với kích thước to hơn, chịu được rất nhiều tác động từ điều kiện thời tiết bên ngoài Vì thế, loại tủ điện công nghiệp này được sử dụng rất phổ biến ở các công trình lớn
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại tủ điện công nghiệp khác nhau Tùy vào từng ứng dụng và nhu cầu sử dụng mà có các loại tủ điện khác nhau như: tủ điện viễn thông, tủ mạng, tủ điều khiển, tủ điện phân phối…Nên tùy vào từng nhu cầu sử dụng khác nhau có thể lựa chọn được loại tủ điện công nghiệp phù hợp nhất
Hình 1.2.3.1 Một số tủ điện công nghiệp
Tủ điện dân dụng là thiết bị được dùng để chứa đựng các thiết bị điện như: Aptomat, biến thế, biến áp, contactor, ổ cắm, cầu giao, đồng hồ đo điện, bộ điều khiển, thông thường sẽ được sử dụng ở các công trình xây dựng dân dụng như nhà cửa, chung cư,
Với vỏ tủ điện dân dụng được thiết kế và sản xuất theo các tiêu chuẩn công nghiệp Các loại vỏ tủ điện thường được thiết kế với hình dạng chữ nhật, 1 hoặc 2 lớp cánh tùy theo nhu cầu người sử dụng Kết hợp với đó là đồng hồ đo chỉ số điện năng, đèn báo tín hiệu, bảng điều khiển, màn hình hiển thị, được gắn ở mặt trước của tủ điện
Hình 1.2.3.2 Tủ điện dân dụng
THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN
Sơ đồ khối
Giải thích sơ đồ khối
1 Khối Nguồn: Đây là khối cung cấp nguồn năng lượng cần thiết cho hệ thống
Nó có thể là nguồn điện hoặc năng lượng khác để duy trì hoạt động của các thành phần khác
2 Khối Động Lực: Khối này sử dụng năng lượng từ Khối Nguồn để tạo ra công suất hoặc lực nhằm điều khiển các tải Nó có thể là động cơ hoặc các thiết bị tạo ra chuyển động cơ học
3 Tải: Đây là thành phần cuối cùng của hệ thống, nơi năng lượng từ Khối Động
Lực được sử dụng Tải có thể là bất kỳ thiết bị hoặc hệ thống nào mà cần cung cấp năng lượng để hoạt động (ví dụ: máy móc, thiết bị điện tử, v.v.)
4 Đo Lường & Báo Pha: Khối này có chức năng giám sát và đo lường các thông số của hệ thống, như dòng điện, điện áp, hoặc pha Nó có thể cảnh báo nếu hệ thống gặp sự cố hoặc bất thường
5 Mạch Điều Khiển: Khối này đảm nhận nhiệm vụ điều khiển toàn bộ hệ thống, điều chỉnh các thông số và đảm bảo hoạt động của Khối Động Lực và các thành phần khác Mạch điều khiển có thể bao gồm vi điều khiển, rơ le, hoặc các mạch logic
Tính toán lựa chọn thiết bị
Lấy ví dụ: Dùng quạt hút khói công nghiệp có công suất = 2kW
Công thức tính công suất điện P = U* I*COSϕ*√𝟑
Trong đó : P là công suất tiêu thụ (Đơn vị : kW, W)
Qua tính toán ta chọn MCB 3P - 10A – 3kA
Qua tính toán ta chọn Coil 10A
Tính chọn dây dẫn điện cho tải theo MCB:
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.3.1 Sơ đồ mạch động lực
Bảo vệ bằng MCB (Cầu dao tự động): Mạch được khởi động và bảo vệ bởi MCB Nếu có sự cố như quá dòng, MCB sẽ tự động ngắt để bảo vệ mạch
Khi nhấn nút START (nút khởi động), dòng điện sẽ được cấp đến cuộn dây của các contactor K1 và K2, tương ứng với hai động cơ (DC1 và DC2)
Khi contactor K1 hoặc K2 được cấp điện, nó sẽ đóng các tiếp điểm chính để cấp điện cho động cơ, và động cơ sẽ bắt đầu hoạt động
Khi nhấn nút STOP (nút dừng), cuộn dây contactor sẽ bị ngắt điện, mở các tiếp điểm chính và dừng cấp điện cho động cơ, khiến động cơ ngừng hoạt động
Bảo vệ rơle nhiệt: Mạch có các rơle nhiệt T1, T2, và T3 để bảo vệ động cơ khỏi hiện tượng quá tải Nếu dòng điện chạy qua động cơ vượt quá mức cho phép, rơle nhiệt sẽ ngắt mạch điều khiển, ngăn không cho động cơ hoạt động để bảo vệ hệ thống Đèn báo: Có các đèn báo hiệu (H1, H2) hiển thị trạng thái hoạt động của mạch, như đèn sáng khi mạch đang hoạt động và tắt khi mạch ngừng
Hình 2.3.2 Sơ đồ mạch điều khiển
Sơ đồ tủ điện
Hình 2.4.1 Sơ đồ mặt tủ
Hình 2.4.2 Sơ đồ bố trí thiết bị
Hình 2.4.3 Các mặt của tủ điện
Danh sách thiết bị
STT Tên thiết bị Mã hàng Hãng Số lượng Đơn vị
XA2EVQ3LC Schneider 7 Cái
5 Rơ le thời gian (Timer)
2.7 Giới thiệu các thiết bị chính a Aptomat (MCB)
Aptomat là từ tiếng Nga dùng để gọi thiết bị đóng cắt tự động hay còn gọi là cầu dao tự động, được viết tắt là CB (Circuit Breaker) hoặc được gọi tắt là Át
Aptomat có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, nhiệm vụ chính của Aptomat là bảo vệ mạch điện, ngăn các trường hợp quá tải, ngắn mạch, sụt áp, truyền công suất ngược, chống giật, chống rò, bảo vệ theo từ nhiệt
- Dựa theo cấu tạo: Dạng tép (MCB), Dạng khối (MCCB)
- Theo số pha/ số cực: 1pha, 3 pha,…
- Theo chức năng: Thường, chống rò,…
- Dựa theo dòng cắt ngắn mạch
- Dựa theo khả năng chỉnh dòng
Contactor (khởi động từ) là một thiết bị đóng ngắt mạch điện thông qua cơ cấu điện từ Contactor cũng tương tự như rơ le điện từ nhưng contactor có thể mang dòng điện lớn từ 10A lên đến vài nghìn A Chúng không thể bảo vệ dòng điện khỏi ngắn mạch hay quá tải, tuy nhiên chúng có thể ngắt dòng điện một khi cuộn dây bị chập
Contactor có 3 bộ phận chính:
- Nam châm điện Nam châm điện bao gồm cuộn dây dùng để tạo ra lực hút nam châm, lõi sắt và lò xo có tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu
- Buồng dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm chập, cháy nên cần hệ thống dập hồ quang bảo vệ mạch
- Hệ thống tiếp điểm: Chức năng chính của bộ phận này là mang dòng điện đến các điểm khác nhau bên trong mạch điện Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ Tiếp điểm chính có khả năng cho dòng điện lớn đi qua còn tiếp điểm phụ cho phép dòng điện nhỏ hơn 5A chạy qua
Hình 2.6.2 Contactor và cấu tạo Thông số cơ bản của contactor:
- Dòng điện định mức (Udm)
- Điện áp định mức ( lđm)
- Khả năng đóng của contctor
- Khả năng ngắt của contactor
- Độ bền điện Nguyên lý hoạt động của contactor tương đối đơn giản Dòng điện chạy qua contactor kích hoạt nam châm điện Khi đó, nam châm điện sẽ tạo ra từ trường
Hình 2.6.3 Nguyên lý hoạt động của contactor
26 giúp hút phần lõi từ di động và hình thành mạch từ kín Nhờ bộ phận liên động giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ làm cho tiếp điểm chính đóng lại và các tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái c Nút nhấn
Nút nhấn là một loại khí cụ dùng để đóng/ngắt các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển
Nút ấn thường được đặt trên bảng điều khiển, tủ điện, công tắc nút nhấn,
Khi thao tác với nút ấn, quý khách cần dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện
Cấu tạo của nút ấn gồm: hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở (NO) thường đóng (NC) và vỏ bảo vệ
- Đối với nút nhấn nhả: Các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái khi có lực tác động vào nút ấn Ngược lại, tiếp điểm sẽ trở lại trạng thái ban đầu khi không còn lực tác động vào nút ấn
- Đối với nút nhấn giữ: Các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái khi có lực tác động vào nút nhấn Khi không còn lực tác động vào nút ấn, trạng thái tiếp điểm vẫn duy trì, tác động lực vào nút nhấn thêm một lần nữa để tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu
- Nguyên lý hoạt động của nút ấn là một quy trình gồm các bước nối tiếp nhau, cụ thể như sau:
- Khi người dùng nhấn nút, tiếp điểm động sẽ chạm vào tiếp điểm tĩnh và làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm
- Trong một số trường hợp nhất định, người sử dụng sẽ cần giữ nút hoặc nhấnliêntụcvàonútấnđểkích hoạt cho thiết bị hoạt động
- Một số loại nút nhấn khác sẽ có chốt giữ nút bật cho đến khi người sử dụng nhấn thêm lần nữa.
Hình 2.6.4 Cấu tạo nút nhấn d Đèn báo pha Đèn báo pha tủ điện có chức năng hiển thị các tín hiệu của hệ thống tủ bảng điện như báo lỗi, báo pha,… vì sản phẩm có góc nhìn rộng và ánh sáng phát ra chất lượng cao
Thông số kỹ thuật đèn báo pha tủ điện:
- Điện áp của đèn báo pha tủ điện: 220VAC/220VDC (ngoài ra còn có nguồn cấp 24VDC, 24VAC, 110VDC, 110VAC) tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng
- Dòng điện tiêu thụ: >20mA
- Tuổi thọ của đèn:
