Tủ Điện Là Gì? Cấu Tạo, Phân Loại & Ứng Dụng Chi Tiết 2025

Tủ điện là một thành phần không thể thiếu trong bất kỳ hệ thống điện nào, từ dân dụng đến điện công nghiệp. Nói một cách đơn giản, đây là thiết bị dùng để chứa các linh kiện và thiết bị điện như aptomat, công tắc, biến áp, contactor… Chúng thường được lắp đặt gọn gàng trong một vỏ kim loại hoặc composite có dạng hình chữ nhật hoặc vuông.

Chức năng chính của tủ điện là bảo vệ các thiết bị đóng cắt điện, phân phối nguồn điện cho công trình, và quan trọng nhất là đảm bảo cách ly người sử dụng khỏi các thiết bị mang điện, ngăn ngừa tai nạn. Tủ điện được sử dụng rộng rãi với dải công suất rất lớn, từ vài chục ampere trong gia đình đến 6300A tại các nhà máy công nghiệp.

Cấu Tạo Tủ Điện Gồm Những Gì?

Một tủ điện hoàn chỉnh được cấu thành từ 2 bộ phận chính: Vỏ tủ bảo vệ (làm từ thép, inox hoặc composite) và các thiết bị điện bên trong (như Aptomat, Contactor, Relay, nút nhấn…) để thực hiện chức năng đóng cắt, bảo vệ và điều khiển.

Một tủ điện hoàn chỉnh được cấu thành từ 2 bộ phận chính: Vỏ tủ bảo vệ và các thiết bị điện bên trong.

1. Vỏ Tủ Bảo Vệ Bên Ngoài

Vỏ tủ là lớp vỏ kim loại (thép mạ kẽm, inox) hoặc composite, được sơn tĩnh điện. Chức năng của nó là bao bọc, bảo vệ các thiết bị điện bên trong khỏi va đập, bụi, nước và cách ly người vận hành khỏi nguồn điện.

Vỏ tủ thường được chế tạo từ thép mạ kẽm dày 1.0-2.0mm hoặc inox, sau đó phủ sơn tĩnh điện (trơn hoặc nhăn) với các màu phổ biến như xám, cam, kem nhăn.

• Vật liệu: Đối với môi trường ăn mòn cao như nhà máy hóa chất, người ta ưu tiên sử dụng vỏ inox hoặc composite.
• Kích thước: Rất đa dạng, chiều cao phổ biến từ 200mm đến 2200mm, rộng từ 200mm trở lên và sâu từ 150mm đến 1000mm.
• Thiết kế cánh:
  • Tủ 1 cánh: Thường dùng cho tủ dân dụng, tủ điều khiển tải nhỏ dưới 100A.
  • Tủ 2 cánh: Dùng cho tủ phân phối ≥100A, tủ đặt ngoài trời hoặc những nơi cần chống bụi/nước.

2. Thiết Bị Điện Bên Trong

Thiết bị điện bên trong là “linh hồn” của tủ, bao gồm các khí cụ chính như Aptomat (CB) để bảo vệ, Contactor để đóng cắt, Relay để giám sát, cùng các nút nhấn, đèn báo và cầu đấu dây.

Đây là “linh hồn” của tủ điện, bao gồm các khí cụ điện thực hiện chức năng đóng cắt, bảo vệ, và điều khiển.

• Aptomat (CB): Đây là thiết bị bảo vệ đa năng, tự động ngắt mạch khi có sự cố quá tải, ngắn mạch, quá áp hoặc dòng rò. Các loại chính bao gồm MCB (6-125A), MCCB (100-1600A), và ACB (630-6300A). (Xem chi tiết Aptomat là gì?)
• Contactor (Khởi động từ): Dùng để điều khiển đóng cắt các động cơ hoặc thiết bị công suất lớn. Contactor hoạt động tự động thông qua tín hiệu điều khiển, thường thấy trong các tủ điều khiển động cơ bơm, quạt công nghiệp. (Tìm hiểu thêm về contactor khởi động từ là gì).
• Relay bảo vệ: Gồm relay nhiệt (bảo vệ quá tải), relay bảo vệ pha (phát hiện mất pha, đảo pha), relay quá dòng. Chúng kích hoạt cắt mạch khi phát hiện các thông số vận hành bất thường.
• Nút nhấn và công tắc: Dùng cho vận hành thủ công (nút nhấn thường/nhấn dừng) hoặc màn hình HMI cảm ứng cho các tủ điều khiển PLC hiện đại. Nút dừng khẩn cấp (màu đỏ) luôn có để cắt toàn bộ mạch khi có sự cố.
• Thiết bị phụ trợ:
  • Quạt tản nhiệt + lưới lọc bụi: Giúp làm mát linh kiện, kéo dài tuổi thọ.
  • Terminal block (cầu đấu dây): Giúp đấu nối dây điện gọn gàng, an toàn.
  • Đèn báo: Hiển thị trạng thái hoạt động (ví dụ: xanh-bình thường, đỏ-lỗi).
  • Test block: Dùng để kiểm tra dòng, áp khi bảo trì.

Phân Loại Tủ Điện: 3 Cách Phân Loại Chính

Tủ điện được phân loại theo 3 cách chính: Theo điện áp (Hạ thế, Trung thế, Cao thế), theo chức năng (Tủ phân phối MSB/DB, Tủ điều khiển MCC/PLC, Tủ ATS, Tủ tụ bù), và theo lĩnh vực ứng dụng (Dân dụng, Công nghiệp).

Tủ điện được phân loại theo nhiều tiêu chí, nhưng phổ biến nhất là 3 cách sau:

1. Phân Loại Theo Điện Áp

Phân loại theo điện áp chia tủ thành 3 loại: Tủ hạ thế (dưới 1kV – phổ biến nhất), Tủ trung thế (từ 1kV – 35kV, dùng tại trạm biến áp), và Tủ cao thế (trên 35kV, dùng cho hệ thống truyền tải điện quốc gia).

Đây là cách phân loại cơ bản nhất, chia tủ điện dựa trên mức điện áp vận hành. Để hiểu rõ sự khác biệt, bạn có thể đọc bài viết phân biệt điện trung thế, điện hạ thế và điện cao thế.

• Tủ điện hạ thế: Làm việc với điện áp < 1kV (phổ biến là 220V/380V). Đây là loại tủ điện phổ biến nhất, cốt lõi của việc lắp đặt hệ thống điện hạ thế trong dân dụng và công nghiệp nhỏ. Gồm các loại tủ MSB, MDB, DB, ATS.
• Tủ điện trung thế: Điện áp từ 1kV đến 35kV. Tủ này thường đặt tại các trạm biến áp, làm nhiệm vụ phân phối từ cao thế xuống hạ thế. Vỏ tủ dày hơn và yêu cầu cách điện cực kỳ nghiêm ngặt.
• Tủ điện cao thế: Điện áp > 35kV, chủ yếu dùng trong các trạm điện lớn và hệ thống truyền tải điện quốc gia.

2. Phân Loại Theo Chức Năng

Theo chức năng, tủ điện được chia thành: Tủ phân phối (MSB, MDB, DB) để chia nguồn; Tủ điều khiển (MCC, PLC) để vận hành động cơ/quy trình; Tủ chuyển đổi (ATS) để đổi nguồn dự phòng; và Tủ tụ bù để cải thiện hệ số công suất.

Tủ Điện Phân Phối

• Tủ phân phối tổng MSB (Main Switchboard): Đặt ngay sau trạm biến áp (hạ thế từ 15kV → 380VAC). Đây là nơi nhận nguồn điện chính và phân phối đi các khu vực. Dòng điện định mức: 600A – 6300A. Cấu trúc thường là module, có thể gồm: ngăn ACB/MCCB tổng, ngăn tụ bù, ngăn ATS, ngăn MCB ngõ ra.
• Tủ phân phối trung gian MDB (Main Distribution Board): Đặt giữa MSB và các tủ DB, chịu trách nhiệm phân phối nguồn cho nhiều khu vực hoặc nhiều tầng (dòng 400A – 2500A).
• Tủ phân phối nhánh DB (Distribution Board): Đặt gần thiết bị tải nhất, cung cấp điện trực tiếp cho động cơ, ổ cắm, đèn… Cấu trúc đơn giản gồm MCCB/MCB, đèn báo pha, và đôi khi là cầu chì.

Tủ Điện Điều Khiển

• Tủ điều khiển MCC (Motor Control Center): Chuyên dùng để điều khiển và bảo vệ các động cơ công suất lớn. Các phương thức khởi động phổ biến trong tủ MCC bao gồm:
  • Khởi động trực tiếp (DOL): Cho động cơ < 10kW.
  • Khởi động Sao-Tam giác: Cho động cơ 10-30kW, giúp giảm dòng khởi động.
  • Khởi động mềm (Soft Starter): Cho động cơ > 30kW, giảm dòng khởi động êm ái.
  • Biến tần (VFD): Điều chỉnh tốc độ động cơ, tiết kiệm 20-40% điện năng. Đây là một trong những giải pháp giám sát động cơ hiệu quả nhất.
• Tủ điều khiển PLC: Tủ tự động hóa, sử dụng bộ lập trình PLC để vận hành quy trình sản xuất, thường đi kèm giao diện HMI cảm ứng. Ứng dụng trong dây chuyền sản xuất thực phẩm, dược phẩm, ô tô…

Tủ Chuyển Đổi Và Bù

• Tủ chuyển nguồn ATS (Automatic Transfer Switch): Tự động chuyển đổi nguồn điện giữa điện lưới và máy phát/UPS khi có sự cố mất điện. Thời gian chuyển mạch thường từ 5-10 giây.
• Tủ tụ bù (Tủ bù công suất phản kháng): Dùng để nâng cao hệ số công suất cosφ (thường lên 0.92-0.95), giúp giảm tổn thất trên đường dây và tiết kiệm 10-30% tiền điện (do tránh bị phạt cosφ).

3. Phân Loại Theo Lĩnh Vực Ứng Dụng

Theo ứng dụng, tủ điện chia làm 2 loại chính: Tủ điện dân dụng (công suất nhỏ 20-100A, thiết bị cơ bản) và Tủ điện công nghiệp (công suất lớn 100-6300A, cấu trúc phức tạp, yêu cầu vận hành 24/7).

• Tủ điện dân dụng: Công suất nhỏ (20-100A), thiết bị cơ bản (MCB, RCCB/ELCB).
• Tủ điện công nghiệp: Công suất lớn (100-6300A), cấu trúc phức tạp, yêu cầu vận hành ổn định 24/7. Nếu gặp sự cố, việc tìm một dịch vụ sửa tủ điện công nghiệp uy tín là rất quan trọng.

Chức Năng Và Ứng Dụng Thực Tế

5 Chức Năng Chính

Tủ điện có 5 chức năng chính: 1. Bảo vệ thiết bị (ngắt quá tải, ngắn mạch); 2. Phân phối điện an toàn (chia nguồn); 3. Điều khiển vận hành (khởi động/dừng); 4. Giám sát hệ thống (đo đếm); 5. Đảm bảo an toàn cho con người (cách ly).

1. Bảo vệ thiết bị điện: Tự động ngắt khi quá tải, ngắn mạch, rò điện. Giúp tăng tuổi thọ thiết bị 30-50%.
2. Phân phối điện an toàn: Chia nguồn tổng thành nhiều mạch độc lập, dễ quản lý và bảo trì.
3. Điều khiển vận hành: Khởi động/dừng động cơ, tự động hóa quy trình.
4. Giám sát hệ thống: Đo đếm điện năng, hiển thị thông số (V, A, kW, cosφ), cảnh báo sớm sự cố.
5. Đảm bảo an toàn con người: Cách ly người vận hành khỏi điện áp nguy hiểm.

Ứng Dụng Theo Lĩnh Vực

Tủ điện được ứng dụng ở mọi nơi: Công nghiệp (nhà máy, khu công nghiệp), Thương mại (tòa nhà, bệnh viện, TTTM), Dân dụng (nhà ở, chung cư), và Hạ tầng (trạm biến áp, chiếu sáng công cộng).

• Công nghiệp:
  • Nhà máy sản xuất: Tủ MCC điều khiển băng tải, máy nén, bơm.
  • Khu công nghiệp: Tủ MSB 3200-6300A phân phối cho cụm nhà xưởng. (Tham khảo dịch vụ thi công điện nhà xưởng chuyên nghiệp).
  • Nhà máy thực phẩm/dược: Tủ inox IP65, tủ PLC tự động hóa.
• Thương mại:
  • Tòa nhà văn phòng: Tủ MSB 1600-2500A, tủ DB mỗi tầng.
  • Trung tâm thương mại: Tủ ATS, tủ điều khiển HVAC.
  • Bệnh viện: Tủ ATS chuyển mạch nhanh (<3s) cho phòng mổ, ICU.
• Dân dụng:
  • Nhà ở, chung cư, biệt thự: Tủ điện tổng 1-3 pha 40-100A, tủ công tơ.
• Hạ tầng:
  • Trạm biến áp (nơi chứa máy biến áp): Tủ trung thế RMU, tủ hạ thế LV.
  • Chiếu sáng đô thị, trạm bơm nước…

Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ)

1. Tủ điện dân dụng và công nghiệp khác nhau như thế nào?

Khác biệt chính nằm ở công suất, độ phức tạp và giá thành. Tủ dân dụng công suất nhỏ (20-100A), thiết bị cơ bản (MCB), giá rẻ. Tủ công nghiệp công suất cực lớn (100-6300A), thiết bị phức tạp (ACB, PLC, Biến tần), yêu cầu vận hành 24/7 và giá thành cao hơn gấp nhiều lần.

Tủ dân dụng công suất nhỏ (20-100A), thiết bị cơ bản (MCB, RCCB), giá rẻ. Tủ công nghiệp công suất lớn (100-6300A), thiết bị phức tạp (MCCB, ACB, PLC, biến tần), cấu trúc nhiều ngăn, yêu cầu vận hành ổn định 24/7, giá thành cao hơn nhiều.

2. Nên chọn vật liệu tủ điện là tôn hay inox?

Chọn tôn (thép sơn tĩnh điện) cho môi trường trong nhà, khô ráo, không ăn mòn để tiết kiệm chi phí. Chọn inox (thường là 304/316) cho môi trường khắc nghiệt như nhà máy thực phẩm, dược phẩm, xử lý hóa chất, hoặc khu vực ven biển nhiễm mặn, ẩm ướt.

Tôn phù hợp cho môi trường trong nhà, không ăn mòn, giá rẻ. Inox bắt buộc dùng cho nhà máy thực phẩm, dược phẩm, môi trường ẩm/nhiễm mặn, hoặc yêu cầu vệ sinh cao.

3. Tủ điện cần bảo trì định kỳ như thế nào?

Tủ điện cần kiểm tra 3-6 tháng/lần (vệ sinh, siết ốc, đo nhiệt) và bảo dưỡng lớn 1 năm/lần (bôi mỡ tiếp điểm, hiệu chuẩn). Quan trọng nhất là dùng dịch vụ scan nhiệt để phát hiện sớm nguy cơ chập cháy. Doanh nghiệp nên dùng dịch vụ bảo trì hệ thống điện trọn gói.

Kiểm tra 3-6 tháng/lần: Vệ sinh bụi, siết lại đầu cáp, đo nhiệt độ tiếp điểm. Một phần quan trọng của việc này là sử dụng dịch vụ scan nhiệt tủ điện (Thermal Scan) để phát hiện điểm nóng bất thường.
Bảo dưỡng 1 năm/lần: Bôi mỡ tiếp điểm, hiệu chuẩn đồng hồ. Các doanh nghiệp nên có kế hoạch bảo trì tủ điện hạ thế và bảo trì tủ trung thế định kỳ, hoặc sử dụng dịch vụ bảo trì hệ thống điện trọn gói.

4. Form tủ điện (Form 1, 2, 3, 4) là gì?

Form tủ điện là tiêu chuẩn (IEC 61439) quy định mức độ ngăn cách ly bên trong tủ. Form 1 là không phân chia (chung 1 khoang). Form 4 là mức cao nhất, chia khoang riêng biệt cho thanh cái, thiết bị, và cáp nối. Form càng cao thì càng an toàn, dễ bảo trì và giá càng cao.

Form thể hiện mức độ cách ly giữa các bộ phận bên trong tủ. Form 1 (không phân chia) đến Form 4 (phân chia hoàn toàn từng ngăn thiết bị, thanh cái, đấu dây). Form càng cao thì càng an toàn, dễ bảo trì và giá càng cao.

5. Chỉ số IP của tủ điện có ý nghĩa gì?

IP (Ingress Protection) là tiêu chuẩn chống bụi và chống nước. Chữ số đầu (0-6) chỉ mức chống bụi, chữ số sau (0-8) chỉ mức chống nước. Ví dụ: IP54 (chống bụi, chống nước văng – dùng ngoài trời có mái che), IP65 (chống bụi hoàn toàn, chống phun nước mạnh – dùng ngoài trời, nhà máy thực phẩm).

IP (Ingress Protection) gồm 2 chữ số (IPXY): X là mức chống bụi (từ 0-6), Y là mức chống nước (từ 0-8). Ví dụ: IP54 (chống bụi, chống nước văng – tủ ngoài trời có mái che), IP65 (chống bụi hoàn toàn, chống phun nước mạnh – tủ ngoài trời, nhà máy thực phẩm).

6. Tủ điện có thể tự lắp đặt được không?

Không nên. Tủ dân dụng (< 40A) có thể tự lắp nếu có kiến thức. Tủ công suất lớn (> 100A) phải do thợ có chứng chỉ. Tủ công nghiệp và trung/cao thế bắt buộc phải do đơn vị có năng lực pháp lý và chuyên môn như các nhà thầu cơ điện thực hiện.

• Tủ dân dụng < 40A: Có thể tự lắp nếu có kiến thức cơ bản.
• Tủ > 100A: Nên thuê thợ điện có chứng chỉ.
• Tủ công nghiệp: Bắt buộc đơn vị là nhà thầu cơ điện có năng lực thiết kế, lắp đặt.
• Tủ trung/cao thế: Bắt buộc đơn vị có giấy phép của Bộ Công Thương. Lắp đặt sai có thể gây cháy nổ, giật điện.

7. Tủ điện có tiêu chuẩn quốc tế nào cần tuân thủ?

Tiêu chuẩn quốc tế quan trọng nhất là IEC 61439 (về tủ điện hạ thế) và IEC 60529 (về chỉ số IP). Tại Việt Nam, tiêu chuẩn tương ứng là TCVN 7472:2004.

Tiêu chuẩn chính là IEC 61439 (tiêu chuẩn quốc tế về tủ điện hạ thế) và TCVN 7472:2004 (Tiêu chuẩn Việt Nam).