Tủ điện là gì? Vật liệu và tiêu chuẩn của tủ điện

Tủ điện là gì?

Tủ điện là một loại tủ dùng để lắp đặt thiết bị điện hoặc điện tử, bao gồm các công tắc, núm vặn và màn hình hiển thị, đồng thời ngăn ngừa nguy cơ điện giật cho người sử dụng và bảo vệ các thiết bị bên trong khỏi tác động của môi trường. Tủ điện là phần duy nhất của thiết bị mà người dùng có thể nhìn thấy. Nó có thể được thiết kế không chỉ để đáp ứng các yêu cầu về tính tiện ích mà còn để tạo tính thẩm mỹ. 

Các quy định có thể yêu cầu các tính năng và hiệu suất nhất định cho tủ điện, đặc biệt trong những khu vực nguy hiểm như nhà máy hóa dầu hoặc mỏ than. Khi đóng gói thiết bị điện tử, tủ điện có thể phải đáp ứng nhiều yêu cầu như tản nhiệt, chống nhiễu tần số vô tuyến, bảo vệ chống phóng tĩnh điện, cùng với các yếu tố về chức năng, thẩm mỹ và thương mại.

Các linh kiện thường gặp bên trong tủ điện

Tủ điện được thiết kế để chứa tất cả các bộ phận quan trọng giúp hệ thống vận hành an toàn và ổn định. Dưới đây là một số thành phần phổ biến thường có trong tủ điện:

• Aptomat: Là thiết bị bảo vệ tự động ngắt điện khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép. Aptomat giúp bảo vệ thiết bị và con người khỏi nguy cơ quá tải hoặc ngắn mạch, ngăn chặn sự cố trước khi gây hư hại.
• Cầu đấu: Dùng để nối và sắp xếp nhiều dây điện một cách gọn gàng. Cầu đấu giúp hệ thống dây điện an toàn, dễ quản lý và thuận tiện khi sửa chữa hoặc nâng cấp.
• Rơ-le (Relays): Hoạt động như công tắc tự động, cho phép một mạch điện điều khiển mạch điện khác. Rơ-le đặc biệt hữu ích trong các hệ thống phức tạp, nơi các thiết bị cần được bật hoặc tắt theo trình tự chính xác.
• Bộ nguồn: Chuyển đổi nguồn điện đầu vào thành điện áp và dòng điện phù hợp cho các linh kiện bên trong tủ. Nếu không có nguồn ổn định, toàn bộ hệ thống sẽ không thể hoạt động đúng cách.
• Dây dẫn và cáp: Bên trong mọi tủ điện đều có nhiều dây dẫn và cáp kết nối các thành phần với nhau. Việc sắp xếp và dán nhãn dây gọn gàng giúp việc bảo trì và khắc phục sự cố trở nên dễ dàng và an toàn hơn.
• Thanh ray DIN: Là thanh kim loại dùng để cố định các thiết bị như rơ-le, aptomat hoặc cầu đấu. Thanh ray giúp bố trí linh kiện chắc chắn, đúng khoảng cách, tạo sự gọn gàng và hiệu quả cho tủ điện.
• Cửa tủ: Bảo vệ toàn bộ các thiết bị bên trong tủ điện. Phần lớn cửa tủ có thể khóa để ngăn truy cập trái phép và được bịt kín nhằm chống bụi, ẩm. Dù đơn giản, nhưng đây là bộ phận góp phần quan trọng vào độ an toàn và độ bền của hệ thống.

Tiêu chuẩn

Trên phạm vi quốc tế, IEC 60529 phân loại các mã IP (Ingress Protection – mức độ bảo vệ chống xâm nhập) của tủ điện.

Tại Hoa Kỳ, Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị điện Quốc gia (NEMA) công bố các tiêu chuẩn về loại tủ điện NEMA, quy định hiệu suất của các loại tủ điện khác nhau. Các tiêu chuẩn NEMA bao gồm khả năng chống ăn mòn, bảo vệ khỏi mưa và khả năng chống ngập nước, v.v.

Vật liệu

Tủ điện thường được làm từ nhựa cứng hoặc kim loại như thép, thép không gỉ hoặc nhôm. Các tủ thép có thể được sơn hoặc mạ kẽm. Thiết bị sản xuất hàng loạt thường có tủ điện tùy chỉnh, trong khi các tủ tiêu chuẩn được sử dụng cho các thiết bị chế tạo riêng hoặc sản xuất số lượng nhỏ. 

Đối với tủ nhựa, ABS thường được dùng cho các ứng dụng trong nhà, không ở môi trường khắc nghiệt. Các loại nhựa polycarbonate, có gia cường bằng sợi thủy tinh, hoặc fiberglass được sử dụng khi cần tủ chắc hơn, và có thể đi kèm với gioăng để ngăn bụi và độ ẩm.

Các tủ kim loại có thể đáp ứng yêu cầu về dẫn điện để đảm bảo an toàn điện và che chắn thiết bị bên trong khỏi nhiễu điện từ (EMI). Các tủ không làm từ kim loại có thể yêu cầu các bước lắp đặt bổ sung để đảm bảo hệ thống ống dẫn kim loại được nối đất đúng cách.

Thép không gỉ và thép cacbon

Cả thép cacbon và thép không gỉ đều được sử dụng để chế tạo tủ điện nhờ độ bền cao và khả năng chống ăn mòn. Các vật liệu này cũng chống ẩm và chống hóa chất. Chúng là những lựa chọn chắc chắn nhất trong các vật liệu chế tạo tủ. 

Thép cacbon có thể được cán nóng hoặc cán nguội. Thép cacbon cán nóng được sử dụng cho các ứng dụng dập và tạo hình vừa phải

Trong khi tấm thép cán nguội được sản xuất từ thép thấp cacbon, sau đó cán nguội tới độ dày nhất định và có thể đáp ứng các tiêu chuẩn ASTM A366 và ASTM A611.

Tủ điện bằng thép không gỉ phù hợp với các ứng dụng trong ngành y tế, dược phẩm và thực phẩm vì chúng kháng khuẩn và kháng nấm nhờ bề mặt không xốp. Các tủ thép không gỉ có thể được thiết kế để rửa sạch bằng nước trong các khu vực sản xuất thực phẩm, ví dụ như trong các nhà máy chế biến thực phẩm.

Nhôm

Nhôm được lựa chọn nhờ trọng lượng nhẹ, độ bền tương đối, chi phí thấp và khả năng chống ăn mòn. Vật liệu này hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt và rất chắc chắn, có khả năng chịu va đập mạnh với độ dẻo cao. Nhôm cũng có tác dụng che chắn chống nhiễu điện từ (EMI).

Polycarbonate

Tủ điện fiberglass chịu được hóa chất trong các ứng dụng ăn mòn. Vật liệu này có thể sử dụng trong mọi dải nhiệt độ cả trong nhà và ngoài trời. Fiberglass có thể lắp đặt trong những môi trường luôn ẩm ướt.

Sợi thủy tinh

Một số tủ điện fiberglass có các lỗ đục sẵn có thể tháo ra để lắp cáp, đầu nối hoặc ống dẫn. Khi các lỗ này nhỏ và chủ yếu dùng để che giấu các mối nối điện khỏi tầm nhìn hoặc bảo vệ chúng khỏi việc can thiệp trái phép, chúng còn được gọi là hộp nối, tủ ngoài trời hoặc về mặt kỹ thuật là giao diện phục vụ khu vực.

Truyền thông

Tủ điện truyền thông là các cấu trúc di động, có thể được lắp ráp hoàn chỉnh hoặc lắp ráp modular tại hiện trường, có khả năng chứa hệ thống thiết bị điện tử truyền thông. Những tủ điện này cung cấp môi trường bên trong được kiểm soát cho thiết bị truyền thông và thỉnh thoảng cho nhân viên bảo trì. Tủ được thiết kế với khóa, hệ thống an ninh và báo động nhằm ngăn chặn việc truy cập trái phép. Tủ điện cũng có thể được trang bị mặt ngoài trang trí để tuân thủ các yêu cầu xây dựng địa phương.

Nguy cơ cháy

Tủ điện có nguy cơ xảy ra cháy, có thể rất dữ dội (lên tới cấp megawatt), do đó đây là một vấn đề quan trọng trong kỹ thuật an toàn phòng cháy chữa cháy.

Những Đặc Điểm Quan Trọng Cần Xem Xét Khi Lựa Chọn Tủ Điện

Không phải tủ điện nào cũng giống nhau. Việc chọn loại tủ phù hợp phụ thuộc vào môi trường sử dụng và mức độ bảo vệ cần thiết. Dưới đây là những yếu tố quan trọng cần cân nhắc:

Vật liệu:

• Chất liệu của tủ rất quan trọng. Nếu tủ được lắp đặt ngoài trời hoặc trong nhà xưởng, kim loại như thép không gỉ là lựa chọn bền và chắc chắn.
• Đối với môi trường trong nhà, tủ bằng nhựa hoặc sợi thủy tinh có thể là lựa chọn tốt vì nhẹ, không gỉ sét và dễ bảo trì.

Kích thước :

Hãy chọn tủ có kích thước phù hợp với thiết bị bên trong, đồng thời chừa không gian trống để dễ dàng bổ sung linh kiện trong tương lai. Một tủ điện quá chật có thể gây quá nhiệt hoặc khó sửa chữa.

Cấp bảo vệ IP hoặc NEMA:

• Chỉ số IP hoặc NEMA cho biết mức độ bảo vệ tủ khỏi bụi và nước.
• Chỉ số càng cao thì khả năng bảo vệ càng tốt — đặc biệt quan trọng với tủ đặt ngoài trời hoặc trong môi trường nhiều bụi bẩn, ẩm ướt.

Thông gió:

• Một số linh kiện điện có thể sinh nhiệt trong quá trình hoạt động. Vì vậy, tủ nên có lỗ thông gió hoặc quạt làm mát để duy trì nhiệt độ ổn định và tránh hư hại do quá nhiệt.

Bảo mật:

• Nên chọn tủ điện có cửa khóa an toàn để bảo vệ thiết bị bên trong và tránh người không phận sự tiếp cận. Ở những khu vực nhạy cảm, có thể cần biện pháp an ninh bổ sung như khóa điện tử hoặc cảm biến cảnh báo.

Lợi ích của tủ điện thiết kế theo yêu cầu 

Đôi khi, các tủ điện tiêu chuẩn không thể đáp ứng được toàn bộ nhu cầu của hệ thống. Trong trường hợp đó, tủ điện thiết kế theo yêu cầu là lựa chọn tối ưu – được chế tạo riêng để phù hợp chính xác với nhu cầu của bạn và giúp hệ thống hoạt động trơn tru, hiệu quả hơn.

Tùy chỉnh theo hệ thống của bạn 

• Tủ điện tùy chỉnh có thể được thiết kế với kích thước và bố cục chính xác theo yêu cầu.
  Nhờ đó, tất cả các linh kiện đều lắp vừa khít, không lãng phí không gian và tránh được bố trí bất tiện.
  Giải pháp này đặc biệt lý tưởng cho các không gian hẹp hoặc hệ thống có cấu trúc độc đáo.

Dễ dàng nâng cấp 

• Nhiều tủ điện thiết kế riêng sử dụng kiểu mô-đun, cho phép thay thế hoặc bổ sung linh kiện dễ dàng sau này.
• Tính linh hoạt này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí khi bạn cần mở rộng hoặc thay đổi hệ thống.

Hiệu suất cao hơn

• Khi mọi linh kiện được bố trí hợp lý, hiệu suất của toàn hệ thống được cải thiện rõ rệt.
• Thiết kế tủ tùy chỉnh giúp tối ưu luồng không khí, đường đi dây điện, và giảm nguy cơ quá tải hoặc sụt áp.

Giảm khó khăn trong bảo trì 

• Với bố cục khoa học và các linh kiện được dán nhãn rõ ràng, việc kiểm tra và khắc phục sự cố trở nên dễ dàng hơn.
• Điều này không chỉ rút ngắn thời gian bảo trì mà còn giảm rủi ro sai sót trong quá trình sửa chữa.