Hệ thống điện công nghiệp là mạng lưới phức tạp được thiết kế để phân phối, điều khiển và bảo vệ nguồn điện cung cấp cho các máy móc, thiết bị sản xuất và chiếu sáng trong nhà máy, xí nghiệp. Để vận hành an toàn và hiệu quả, một hệ thống điện công nghiệp cần có sự phối hợp của nhiều thành phần cốt lõi.
1. Nguồn Cung Cấp và Thiết Bị Bảo Vệ Chủ Yếu trong Hệ Thống Điện Công nghiệp
Đây là nơi điện năng đi vào hệ thống và được kiểm soát, bảo vệ ở mức cao nhất. Đây là nơi khởi đầu của hệ thống điện công nghiệp
- Máy biến áp (Transformer)
- Chức năng: Giảm điện áp từ lưới điện truyền tải (thường là trung áp, ví dụ 22kV hay 35kV) xuống mức sử dụng công nghiệp (thường là hạ áp 380V/220V).
- Tầm quan trọng: Đảm bảo điện áp phù hợp với yêu cầu của thiết bị trong nhà máy.
- Máy cắt/Bộ ngắt mạch chính (Main Circuit Breaker – CB)
- Chức năng: Là thiết bị bảo vệ trung tâm của toàn bộ hệ thống hạ áp. Nó tự động ngắt mạch khi có sự cố quá tải, ngắn mạch hoặc sự cố chạm đất.
- Vị trí: Đặt ngay sau máy biến áp hoặc tại đầu vào của tủ phân phối chính (MSB).
Xem https://www.se.com/vn/en/product-category/4200-power-circuit-breakers-switches/
- Thiết bị chống sét (Surge Protective Devices – SPD)
- Chức năng: Bảo vệ thiết bị điện khỏi các xung điện áp cao đột ngột (quá áp) do sét đánh hoặc do đóng cắt các phụ tải lớn.
- Tầm quan trọng: Giúp kéo dài tuổi thọ và giảm hư hỏng cho các thiết bị điện tử nhạy cảm.
2. Hệ Thống Phân Phối, Lắp Đặt và Điều Khiển
Các thành phần này chịu trách nhiệm đưa điện năng từ nguồn chính đến từng phụ tải một cách an toàn và có kiểm soát, đồng thời tổ chức hệ thống dây dẫn gọn gàng.
- Tủ điện (Switchgear/Panelboard)
- Chức năng: Là nơi lắp đặt và bảo vệ các thiết bị đóng cắt, điều khiển và đo lường. Đây là xương sống của hệ thống điện công nghiệp.
- Phân loại phổ biến: Tủ điện chính (MSB), Tủ phân phối nhánh (DB), Tủ điều khiển động cơ (MCC), Tủ ATS (chuyển nguồn tự động).
- Thang máng cáp (Cable Tray/Ladder)
- Chức năng: Là hệ thống đỡ và quản lý cáp điện, dây tín hiệu. Chúng dùng để sắp xếp, bảo vệ cáp và định tuyến chúng xuyên suốt nhà máy. Là thành phần cơ khí không thể thiếu trong hệ thống điện công nghiệp.
- Tầm quan trọng:
- An toàn: Ngăn chặn cáp bị hư hỏng cơ học, giảm nguy cơ chập cháy do ma sát hoặc quá nhiệt.
- Thẩm mỹ & Bảo trì: Tạo sự gọn gàng, dễ dàng theo dõi, kiểm tra và bảo trì cáp khi cần thiết.
- Phân loại: Thang cáp (Cable Ladder) cho tải trọng lớn và máng cáp (Cable Tray) cho tải trọng nhỏ hơn.
- Dây dẫn và Cáp điện (Cables and Conductors)
- Chức năng: Truyền tải điện năng giữa các thiết bị. Nó được ví là mạch máu trong hệ thống điện công nghiệp.
- Yêu cầu: Phải được chọn đúng tiết diện (đảm bảo chịu tải) và có lớp cách điện phù hợp với môi trường lắp đặt.
- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ nhánh (Secondary Circuit Breakers)
- Bao gồm các CB nhánh (MCCB, MCB), Cầu chì và Rơ-le (Relay).
- Chức năng: Bảo vệ từng mạch nhánh hoặc từng thiết bị riêng lẻ, cô lập sự cố để không làm ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.
3. Thiết Bị Đo Lường và Giám Sát
Giúp người vận hành theo dõi tình trạng hoạt động của hệ thống điện công nghiệp để kịp thời phát hiện và xử lý sự cố.
- Đồng hồ đo lường (Meters)
- Đo các thông số như điện áp (V), dòng điện (A), công suất (W, VA, VAR), tần số (Hz).
- Phổ biến: Đồng hồ đa năng (Multi-function Meter) cho phép đo nhiều thông số cùng lúc và tích hợp truyền thông.
- Biến dòng/Biến áp đo lường (CT/VT)
- Chức năng: Hạ dòng điện (CT – Current Transformer) và điện áp (VT – Voltage Transformer) từ mức cao xuống mức tiêu chuẩn (thường là $5 \text{ A}$ và $100 \text{ V}$) để cung cấp cho các đồng hồ đo và rơ-le bảo vệ.
- Đèn báo và nút nhấn (Indicators and Pushbuttons)
- Đèn báo: Hiển thị trạng thái hoạt động (ON/OFF, Trip) của các thiết bị.
- Nút nhấn: Dùng để điều khiển thủ công các thiết bị đóng cắt hoặc khởi động/dừng máy.
4. Thiết Bị Điều Khiển Tự Động và Phụ Tải
Đây là phần kết nối điện năng với các quá trình sản xuất thực tế.
- Thiết bị điều khiển động cơ (Motor Control Devices)
- Công tắc tơ (Contactor): Thiết bị đóng cắt chịu tải, dùng để cấp điện cho động cơ theo tín hiệu điều khiển.
- Rơ-le nhiệt (Thermal Overload Relay): Bảo vệ động cơ khỏi quá tải kéo dài.
- Khởi động mềm (Soft Starter) hoặc Biến tần (Variable Frequency Drive – VFD): Điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ, giúp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ cơ khí.
- Bộ điều khiển logic khả trình (PLC – Programmable Logic Controller)
- Chức năng: Là “bộ não” của hệ thống tự động hóa. Nó nhận tín hiệu từ các cảm biến và đưa ra lệnh điều khiển các thiết bị chấp hành (như công tắc tơ, van, bơm) theo chương trình đã lập trình sẵn.
- Hệ thống nối đất (Grounding System)
- Chức năng: Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị bằng cách tạo đường dẫn có trở kháng thấp để dòng điện sự cố (như sét hoặc chạm vỏ) đi xuống đất. Đây là một thành phần bảo vệ cực kỳ quan trọng.
