Giới thiệu
Công cụ gồm hai tính năng cho người thiết kế và lắp tủ điện. Tab Kích thước tủ: chọn số lượng MCB, MCCB, contactor, biến tần, PLC cùng thanh cái, máng cáp, DIN rail và hệ số dự phòng để ra kích thước tủ tối thiểu (rộng × cao × sâu). Tab Thoát nhiệt: nhập kích thước tủ, vật liệu, nhiệt độ và tổn hao nhiệt của thiết bị để kiểm tra tủ có tự tản nhiệt đủ hay không, từ đó chọn quạt hoặc điều hòa tủ điện. Tiêu chuẩn tham khảo: IEC 61439, TCVN 7994, IEC 60890.
Cách công cụ tính kích thước tủ điện
- Cộng diện tích mặt trước của các thiết bị: Σ (số lượng × rộng × cao).
- Nhân hệ số dự phòng mở rộng (mặc định 20%), hệ số bố trí thực (20%) và hệ số theo kiểu tủ (treo tường ×1,0; tủ đứng ×0,9; DIN đơn ×1,1; ngoài trời ×1,15).
- Quy ra vùng thiết bị theo tỉ lệ cao/rộng của từng kiểu tủ.
- Cộng thêm khoang thanh cái, máng cáp ngang, khoảng hở giữa các tầng DIN rail và lề trên dưới cho chiều cao; cộng máng cáp dọc và lề hai bên rồi nhân hệ số đi cáp (15%) cho chiều rộng.
- Làm tròn lên bội số 50 mm và chọn kích thước tủ tiêu chuẩn gần nhất.
Đây là phương pháp ước tính nhanh. Kích thước chốt cuối cùng cần kiểm tra theo bản vẽ bố trí và catalogue thiết bị.
Kích thước thiết bị dùng trong công cụ
| Thiết bị | Rộng × cao (mm) |
|---|---|
| MCB 1 pha | 18 × 80 |
| MCB 3 pha | 54 × 80 |
| MCCB ≤ 250 A | 100 × 140 |
| MCCB > 250 A | 150 × 200 |
| Contactor ≤ 40 A | 45 × 80 |
| Contactor > 40 A | 75 × 110 |
| Relay nhiệt (OLR) | 45 × 60 |
| Biến tần ≤ 2,2 kW | 90 × 150 |
| Biến tần 3,7 – 22 kW | 130 × 230 |
| Biến tần > 22 kW | 200 × 330 |
| PLC compact | 90 × 80 |
| HMI | 120 × 100 |
| Nguồn 24 VDC | 45 × 90 |
Giá trị mặc định tham khảo, thực tế thay đổi theo hãng và model.
Thanh cái (busbar) và khoang busbar
| Dòng thanh cái (A) | Tiết diện mỗi pha (mm) | Khoảng hở cách điện ≥ (mm) | Chiều cao khoang (mm) |
|---|---|---|---|
| ≤ 100 | 15×3 | 25 | 120 |
| ≤ 160 | 20×4 | 25 | 130 |
| ≤ 250 | 25×5 | 25 | 150 |
| ≤ 400 | 40×5 | 30 | 160 |
| ≤ 630 | 50×6 | 32 | 200 |
| ≤ 800 | 60×8 | 35 | 220 |
| ≤ 1000 | 80×8 | 40 | 250 |
| ≤ 1250 | 100×8 | 45 | 280 |
| > 1250 | 120×10 | 50 | 300 |
Giá trị ước tính của công cụ. Thanh cái trên 630 A nên kiểm tra nhiệt định kỳ bằng camera hồng ngoại.
Công thức tính thoát nhiệt tủ điện
- Diện tích vỏ tủ: A = 2·W·H + 2·D·H + W·D
- Diện tích hiệu dụng: Ae = A × hệ số lắp đặt (đứng độc lập 1,0; sát tường một mặt 0,7; sát tường nhiều mặt 0,5; thoáng 4 mặt 1,3)
- Nhiệt thải qua vỏ: Qp = k × Ae × ΔT
- Lưu lượng quạt cần thiết: V = (Qt − Qp) / (0,34 × ΔT) (m³/h)
Trong đó ΔT là chênh lệch giữa nhiệt độ tối đa trong tủ và nhiệt độ môi trường (K), Qt là tổng tổn hao nhiệt của thiết bị (W), k là hệ số truyền nhiệt vỏ tủ.
| Vật liệu vỏ | k (W/m²·K) |
|---|---|
| Thép sơn tĩnh điện | 5,5 |
| Thép mạ kẽm | 6,0 |
| Nhựa / Fiberglass | 4,5 |
| Nhôm | 14 |
Mục tiêu thiết kế: mức tải nhiệt Qt / khả năng thải nhiệt không quá 80%.
Ví dụ: tủ 600 × 800 × 300 mm, tổn hao 250 W
Tủ thép sơn tĩnh điện (k = 5,5), đứng độc lập, nhiệt độ môi trường 40 °C, nhiệt độ tối đa trong tủ 55 °C (ΔT = 15 K). Diện tích vỏ A = 1,62 m², nhiệt thải qua vỏ Qp ≈ 133,7 W. Tổn hao 250 W lớn hơn khả năng tự thải nên tủ thiếu khoảng 116 W, nhiệt độ trong tủ dự kiến lên khoảng 68 °C nếu làm mát tự nhiên. Phần nhiệt cần xử lý thêm ≈ 116 W tương ứng quạt khoảng 23 m³/h hoặc điều hòa tủ công suất nhỏ nhất theo bảng của công cụ (500 W).
Tổn hao nhiệt tham khảo của thiết bị
| Thiết bị | Tổn hao (W/cái) |
|---|---|
| MCB 1 pha | 3 |
| MCB 3 pha | 8 |
| MCCB ≤ 250 A | 15 |
| MCCB > 250 A | 30 |
| Contactor ≤ 40 A | 4 |
| Contactor > 40 A | 10 |
| Relay nhiệt (OLR) | 3 |
| Biến tần ≤ 2,2 kW | 80 |
| Biến tần 3,7 – 22 kW | 350 |
| Biến tần > 22 kW | 800 |
| PLC compact | 25 |
| HMI | 18 |
| Nguồn 24 VDC | 15 |
Giá trị mặc định của công cụ. Nên lấy theo thông số nhà sản xuất khi có.
Lưu ý khi thiết kế và lắp đặt tủ điện
- Máng cáp chỉ lấp đầy tối đa 40% tiết diện; chừa khoảng 20% DIN rail trống để bảo trì.
- Cáp 24 VDC và cáp lực 380 V đi máng riêng, cách nhau từ 50 mm hoặc có vách kim loại chống nhiễu.
- Biến tần sinh nhiệt khoảng 3–5% công suất; biến tần trên 22 kW chừa khoảng thông gió từ 100 mm phía trên và dưới.
- Cấp bảo vệ IP gợi ý: treo tường và tủ đứng IP54, ngoài trời IP65 – IP66, DIN đơn IP40. Tủ ngoài trời nên có mái che, gioăng kín chu vi và sơn tĩnh điện chống UV.
- Tủ treo tường nặng trên 30 kg nên có thanh đỡ hông, tâm tủ đặt cao 1,2 – 1,5 m.
Câu hỏi thường gặp
Cách tính kích thước tủ điện như thế nào?
Cộng diện tích mặt trước của thiết bị, nhân hệ số dự phòng, bố trí và kiểu tủ, rồi cộng thêm khoang thanh cái, máng cáp, khoảng hở DIN rail và lề. Kết quả làm tròn lên bội số 50 mm.
Nên chừa dự phòng mở rộng bao nhiêu trong tủ điện?
Công cụ để mặc định 20%, điều chỉnh được từ 10% đến 50%. Nên chừa thêm khoảng 20% DIN rail trống để bảo trì.
Tủ điện nên chọn cấp bảo vệ IP nào?
Tủ treo tường và tủ đứng trong nhà thường IP54, tủ ngoài trời từ IP65 đến IP66, tủ DIN đơn trong nhà IP40.
Công thức tính nhiệt thải qua vỏ tủ điện?
Qp = k × Ae × ΔT. Trong đó k là hệ số truyền nhiệt của vật liệu vỏ, Ae là diện tích hiệu dụng của vỏ và ΔT là chênh lệch giữa nhiệt độ cho phép trong tủ và nhiệt độ môi trường.
Khi nào tủ điện cần quạt hoặc điều hòa?
Khi tổng tổn hao nhiệt của thiết bị vượt khả năng tự thải qua vỏ. Mục tiêu thiết kế là mức tải nhiệt không quá 80%. Phần nhiệt chênh lệch quyết định lưu lượng quạt hoặc công suất điều hòa.
Biến tần tỏa nhiệt bao nhiêu trong tủ?
Khoảng 3–5% công suất định mức. Vì vậy tủ có biến tần thường cần quạt thông gió hoặc điều hòa tủ điện.
Kết quả tính có thay thế bản vẽ thiết kế không?
Không. Đây là công cụ ước tính nhanh. Thiết kế tủ điện cần tuân theo IEC 61439, TCVN 7994, tính nhiệt theo IEC 60890 và dữ liệu của nhà sản xuất thiết bị.