Cấu trúc Tủ và Đặc điểm Quy trình của Thiết bị Chuyển mạch Điện áp Thấp

I. Giới thiệu

Cấu trúc tủ điện là cơ sở cơ bản của thiết bị đóng cắt điện áp thấp, làm cho công nghệ sản xuất tủ trở thành nền tảng của tất cả các nền tảng. Là một vỏ bọc cấu trúc, tủ phải không chỉ đáp ứng yêu cầu tích hợp chức năng của các đơn vị điện khác nhau (như các loại tiêu chuẩn, kết hợp mô-đun và phân phối chức năng), mà còn phải đáp ứng các yêu cầu nội tại của tủ (như độ bền, độ tin cậy, vẻ ngoài gọn gàng và dễ điều chỉnh). Do sự khác biệt về yêu cầu cấu trúc tủ và khả năng sản xuất giữa các nhà sản xuất khác nhau, quy trình sản xuất không thể được chuẩn hóa cứng nhắc. Tuy nhiên, có những đặc điểm kỹ thuật phổ quát và quan trọng tồn tại trong sản xuất tủ. Những đặc điểm chính này được giới thiệu ngắn gọn dưới đây cùng với việc lựa chọn cấu trúc tủ.

II. Cấu trúc Tủ và Đặc điểm Kỹ thuật

Cấu trúc tủ và quy trình sản xuất của chúng có thể được phân biệt theo hình thức cấu trúc, phương pháp kết nối và lựa chọn vật liệu.

1. Phân loại theo Hình thức Cấu trúc

(1) Loại cố định:

Thiết kế này đảm bảo sự cố định đáng tin cậy của mỗi thành phần điện ở vị trí đã chỉ định trong tủ. Hình dạng tủ thường là hình hộp chữ nhật (ví dụ: bảng hoặc hộp), mặc dù cũng có dạng thang (ví dụ: kiểu bàn điều khiển). Các tủ như vậy có thể được sắp xếp theo từng đơn vị hoặc theo hàng.

Để đảm bảo độ chính xác về kích thước và hình học, các thành phần thường được lắp ráp theo giai đoạn - thường là bằng cách tạo hai tấm bên hoặc phần trái-phải trước, sau đó lắp ráp chúng thành toàn bộ tủ, hoặc bằng cách đáp ứng yêu cầu về kích thước bên ngoài trước và sau đó liên kết tuần tự các thành phần bên trong. Độ dài của các phần tạo nên các cạnh của tủ phải chính xác (với sai số được lấy là giá trị âm) để đảm bảo kích thước hình học tổng thể và vẻ ngoài bên ngoài. Đối với hai tấm bên, không nên có sự phồng lên ở giữa để đảm bảo sự căn chỉnh đúng khi sắp xếp.

Từ góc độ lắp đặt, mặt đáy không được có sự sụt lún. Trong quá trình căn chỉnh và lắp đặt, nền phẳng là cần thiết, nhưng cả nền phẳng và chính tủ đều có sai số nội tại. Trong quá trình căn chỉnh, sai lệch ngang phải được giảm thiểu và không được phép tích lũy, vì sai số tích lũy có thể gây biến dạng tủ, ảnh hưởng đến kết nối thanh dẫn, dẫn đến lắp đặt thành phần không chính xác, tạo ra sự tập trung ứng suất, và thậm chí rút ngắn tuổi thọ của thiết bị điện. Do đó, trong quá trình căn chỉnh, điểm nền cao nhất nên được sử dụng làm điểm tham chiếu, và các đơn vị tiếp theo nên được cân bằng và mở rộng dần. Khi độ phẳng nền lý tưởng và có thể dự đoán, việc mở rộng từ tâm ra ngoài cũng có thể được sử dụng để phân phối đều sai số tích lũy.

Để thuận tiện cho việc điều chỉnh và bù đắp cho sự tích lũy sai số, sai số chiều rộng của tủ thường được chỉ định là giá trị âm. Sau khi lắp ráp tất cả các thành phần của tủ, có thể cần tạo hình để đáp ứng yêu cầu về kích thước và hình học. Đối với sản xuất tủ tiêu chuẩn hoặc số lượng lớn, cần xem xét đầy đủ các đồ gá và đồ kẹp phù hợp để đảm bảo tính nhất quán cấu trúc. Mặt tham chiếu của đồ gá nên là đáy tủ, và các khối định vị trong đồ gá nên được sắp xếp để dễ dàng tiếp cận và vận hành. Các cửa bên ngoài và các phần tương tự, dễ bị biến dạng trong quá trình vận chuyển và lắp đặt, thường được điều chỉnh đồng đều trong quá trình lắp đặt cuối cùng.

(2) Loại rút ra (Kiểu ngăn kéo):

Thiết bị đóng cắt điện áp thấp rút ra bao gồm thân tủ cố định và đơn vị di động chứa các thành phần điện chính như cầu chì. Đơn vị di động phải dễ xử lý khi đưa vào và rút ra, được định vị đáng tin cậy khi lắp đặt, và có thể hoán đổi với các đơn vị khác cùng loại và thông số kỹ thuật. Phần tủ của thiết bị đóng cắt rút ra được sản xuất tương tự như tủ cố định. Tuy nhiên, do yêu cầu hoán đổi, tủ phải có độ chính xác cao hơn, và các bộ phận cấu trúc liên quan phải cho phép điều chỉnh đủ.

Đặc điểm sản xuất của thiết bị đóng cắt điện áp thấp rút ra là: (1) các phần cố định và di động phải chia sẻ một hệ thống tham chiếu chung; (2) các thành phần liên quan phải được điều chỉnh đến vị trí tối ưu bằng dụng cụ chuẩn chuyên dụng, bao gồm khung tủ chuẩn và ngăn kéo chuẩn; (3) kích thước quan trọng không được vượt quá sai số cho phép; (4) khả năng hoán đổi của các loại ngăn kéo giống nhau và thông số kỹ thuật phải đáng tin cậy.

2. Phân loại theo Phương pháp Kết nối

(1) Xây dựng hàn:

Ưu điểm bao gồm dễ chế tạo, độ bền cao và đáng tin cậy. Nhược điểm là sai số lớn, dễ bị biến dạng, khó điều chỉnh, thẩm mỹ kém và không thể mạ trước chi tiết. Ngoài ra, đồ gá hàn có yêu cầu cụ thể:

• Độ cứng cao, không dễ bị ảnh hưởng bởi sự biến dạng của chi tiết;

• Nhỏ hơn một chút so với kích thước danh nghĩa của chi tiết để bù đắp cho sự co lại sau khi hàn;

• Phẳng, đơn giản và dễ vận hành, hạn chế cơ chế xoay để tránh hư hỏng;

• Cần chọn kỹ các điểm đỡ để tránh ăn mòn mối hàn và cho phép kiểm tra và điều chỉnh dễ dàng, thêm đệm chống ăn mòn khi cần thiết.

Biến dạng hàn xảy ra do sự giãn nở nhiệt của phân tử ở khu vực hàn, gây ra sự dịch chuyển vi mô trong quá trình làm mát, dẫn đến ứng suất dư. Để giảm thiểu biến dạng, cần xem xét các quy trình tạo hình. Các phương pháp phổ biến bao gồm:

• Dự đoán phạm vi biến dạng thông qua thử nghiệm và biến dạng trước chi tiết theo hướng ngược lại trước khi hàn;

• Chỉnh sửa quá điều chỉnh sau khi hàn;

• Đập hoặc ép các khu vực co lại tương đối để cân bằng ứng suất;

• Làm nóng các khu vực phồng lên tương đối sau khi hàn để đạt được sự co lại đồng đều;

• Tiến hành xử lý nhiệt tổng thể khi cần thiết.

Ngoài ra, việc chọn điểm hàn, hướng đường hàn, thứ tự hàn và vị trí hàn điểm đều ảnh hưởng đến biến dạng sau khi hàn. Việc xử lý đúng cách có thể giảm biến dạng, mặc dù điều này phụ thuộc vào điều kiện cụ thể.

(2) Kết nối bằng vít:

Ưu điểm bao gồm phù hợp cho các chi tiết đã mạ, dễ điều chỉnh và hoàn thiện thẩm mỹ, thiết kế thành phần chuẩn hóa, tồn kho trước sản xuất, và sai số kích thước nhỏ trong khung. Nhược điểm bao gồm độ bền thấp hơn so với hàn, yêu cầu độ chính xác cao hơn cho các thành phần, và chi phí sản xuất tương đối cao. Vít thường là các chi tiết chuẩn, bao gồm các loại ốc vít, đai ốc, rivet, rivet mù, đai ốc kẹp điều chỉnh, đai ốc căng trước, và vít tự khoan. Cũng có các loại vít chuyên dụng (như các loại được sử dụng trong nhiều tủ điện áp thấp nhập khẩu).

Đặc điểm kỹ thuật: Sử dụng đồ gá để tạo hình và dụng cụ để định vị. Có thể sử dụng máy rửa áp lực khi cần thiết. Rivet thường yêu cầu kho lỗ trước, và cần chú ý bảo vệ lớp mạ trên các chi tiết đã mạ. Đối với các thành phần được gia công bằng trung tâm CNC chính xác hoặc thiết bị chuyên dụng, nếu đường kính lỗ kết nối giữ một khoảng cách nhỏ với đường kính của vít, có thể hoàn thành lắp ráp mà không cần đồ gá trong một bước. Đối với các thành phần hướng dẫn và định vị, cần sử dụng dụng cụ đo chuyên dụng để xác định vị trí trước, sau đó kiểm tra bằng dụng cụ chuẩn.

(3) Kết nối lai (Hàn và Vít):

Phương pháp này kết hợp ưu điểm của cả hai phương pháp trên. Hàn thường được sử dụng tại các điểm kết nối tủ, trong khi vít được sử dụng cho các phần biến đổi hoặc điều chỉnh. Tủ lớn khó mạ sau khi hàn, do đó bề mặt thường được sơn. Đối với các tủ ngoài trời làm từ vật liệu đã mạ đòi hỏi hàn, các khu vực hàn có thể được xử lý bằng phun kim loại nhiệt.

3. Phân loại theo Vật liệu Thành phần

(1) Vật liệu thanh:

Bao gồm thép góc, thép U, ống thép hình đặc biệt và thép U đặc biệt. Các thành phần làm từ thép góc hoặc thép U thường được kết nối bằng hàn. Trong quá trình chế tạo, các đầu kết nối phải khớp chặt với khoảng cách tối thiểu; nếu không, chất lượng hàn và biến dạng sẽ bị ảnh hưởng. 

Ống thép hình đặc biệt có thể được kết nối bằng hàn hoặc vít. Các phần kết nối thường yêu cầu các phụ kiện chuyên dụng phải mạnh mẽ và chính xác; nếu không, vẻ ngoài của tủ sẽ bị ảnh hưởng. Sử dụng ống thép hình đặc biệt đồng nhất với các lỗ cách đều (mô-đun) và các kết nối chuẩn cho phép lắp ráp tủ theo mô-đun, đơn giản hóa thiết kế, chuẩn bị thành phần và lập kế hoạch sản xuất. Tuy nhiên, phương pháp này có nhiều lỗ, hầu hết không được sử dụng, và hạn chế tính linh hoạt về không gian.

Đặc điểm sản xuất: Đảm bảo tính phổ quát và chính xác của các thành phần và kết nối. Cấu trúc tủ cơ bản thường được củng cố bằng các tấm. Ngoài ống thép hình đặc biệt, các thanh U hoặc ống hình chữ nhật có gân làm từ thép tấm cũng được sử dụng. Thanh U phù hợp cho mạ, trong khi ống hình chữ nhật có gân có thể bị rỉ sau khi mạ do axit còn lại từ quá trình tẩy, do đó cần thận trọng khi lựa chọn.

(2) Thành phần thép tấm (loại trừ thanh U và ống hình chữ nhật có gân)

Có thể tạo hình hoàn toàn theo yêu cầu, không bị hạn chế bởi các hình dạng sẵn có. Thiết kế cấu trúc này đòi hỏi nhiều công sức kỹ thuật, nhưng một khi được chuẩn hóa, sự thay đổi là tối thiểu. Các phần cấu trúc chính thường được hàn, trong khi các khu vực biến đổi hoặc điều chỉnh sử dụng vít (ví dụ: hộp điều khiển điện áp thấp và bàn điều khiển).

Do cấu trúc thép tấm chủ yếu được hàn và tạo hình trong một lần, cần giải quyết sự co lại hoặc phồng lên do hàn. Điểm hàn nên được phân bố đều, đường hàn mịn, tạo hình sau khi hàn, các cạnh thẳng, và phần giữa hai bên không được phồng lên vượt quá mép trước và sau. Nếu có vách ngăn bên trong, chúng nên được hàn sau khi hai bên được tạo hình đúng cách.

Tủ điều khiển kiểu bàn là phù hợp nhất cho các thành phần thép tấm. Khi nhiều đơn vị được sắp xếp theo hàng, mặt bàn nên được căn chỉnh và định vị chỉ sau khi toàn bộ hàng đã được đặt.

III. Kết luận

Như đã phân tích, việc lựa chọn cấu trúc tủ không chỉ phải được xác định bởi yêu cầu chức năng của thiết bị đóng cắt mà còn bởi các ràng buộc về quy trình sản xuất. Mức độ công nghệ sản xuất trực tiếp ảnh hưởng đến thiết kế cấu trúc và lựa chọn vật liệu của tủ.