Lắp Đặt Điện Cho Máy Nén Khí và Hệ Thống Khí Nén Nhà Xưởng

Máy nén khí nên được cấp điện bằng một lộ cáp riêng đi thẳng từ tủ phân phối, có aptomat (MCCB) riêng, chọn theo dòng định mức ghi trên nhãn máy chứ không theo công suất kW. Từ khoảng 7,5 kW trở lên, máy cần khởi động sao – tam giác, khởi động mềm hoặc biến tần để dòng khởi động không làm sụt áp cả xưởng. Phòng máy nén còn phải có quạt hút, ổ cắm cho máy sấy khí và van xả nước ngưng, tất cả tính từ lúc thiết kế.

Bài này đi vào phần điện cho riêng cụm khí nén: cách tính dòng, chọn kiểu khởi động, thiết bị bảo vệ và những chỗ hay làm sai khi bố trí phòng máy. Phần điện tổng thể của xưởng (trạm biến áp, tủ tổng, chiếu sáng, tiếp địa) anh chị xem ở bài lắp đặt hệ thống điện nhà xưởng trọn gói.

Vì sao máy nén khí cần được tính riêng trong hệ thống điện

Trong nhiều xưởng cơ khí, nhựa, bao bì hay may mặc, máy nén khí là thiết bị chạy nhiều giờ nhất và cũng là một trong những phụ tải động cơ lớn nhất. Nó có ba đặc điểm khiến phần điện phải làm kỹ hơn một máy móc thông thường:

• Đóng cắt liên tục. Máy chạy có tải, chạy không tải rồi dừng theo áp suất bình chứa. Mỗi lần khởi động lại là một lần dòng điện tăng vọt.
• Dòng khởi động lớn. Động cơ khởi động trực tiếp có thể kéo dòng gấp khoảng 6–8 lần dòng định mức trong vài giây. Nếu máy nén và các máy CNC, máy ép nhựa dùng chung một lộ cáp, mỗi lần máy nén khởi động là đèn chớp, biến tần máy khác có thể báo lỗi thấp áp.
• Đặt trong phòng nóng. Máy nén thải ra phần lớn năng lượng dưới dạng nhiệt. Phòng kín, không thông gió thì cả động cơ lẫn tủ điện đều chạy ở nhiệt độ cao, aptomat dễ nhảy và tuổi thọ thiết bị giảm.

Vì vậy khi lập danh sách phụ tải, máy nén khí nên được ghi thành một dòng riêng, kèm kiểu khởi động. Cách đưa từng máy vào bảng tính có hướng dẫn chi tiết trong bài tính phụ tải điện nhà xưởng từ danh sách máy móc.

Bước 1: Đọc nhãn máy và tính dòng điện

Trên nhãn (nameplate) hoặc catalog của máy nén luôn có công suất động cơ (kW hoặc HP), điện áp (thường 380 V – 3 pha – 50 Hz ở Việt Nam), dòng định mức và kiểu khởi động. Nên lấy dòng định mức của cả máy, vì con số này đã gồm quạt làm mát và mạch điều khiển bên trong.

Nếu chỉ có công suất, có thể ước tính theo công thức quen thuộc:

I = P / (√3 × U × cosφ × η)

Trong đó P là công suất động cơ (W), U là điện áp dây (380 V), cosφ là hệ số công suất (động cơ máy nén thường khoảng 0,85–0,9), η là hiệu suất động cơ (khoảng 0,9–0,95 với động cơ cỡ vừa).

Ví dụ tính cho máy nén trục vít 37 kW

Đây là ví dụ minh họa, số liệu thực tế phải lấy theo nhãn máy:

• P = 37 kW, U = 380 V, cosφ = 0,87, η = 0,93
• I = 37.000 / (1,732 × 380 × 0,87 × 0,93) ≈ 70 A
• Nếu khởi động trực tiếp, dòng khởi động có thể lên khoảng 420–490 A
• Khởi động sao – tam giác, dòng khởi động còn khoảng một phần ba, tức khoảng 140–165 A
• Khởi động bằng biến tần, dòng khởi động gần như không vượt dòng định mức

Con số 70 A này là cơ sở để chọn aptomat, contactor, rơ le nhiệt và tiết diện cáp ở các bước sau.

Bước 2: Chọn kiểu khởi động phù hợp

Nhiều máy nén trục vít đời mới đã có sẵn bộ khởi động sao – tam giác hoặc biến tần trong vỏ máy. Khi đó, phần việc của đội điện là kéo cáp nguồn đến đúng đầu cực của máy và lắp aptomat bảo vệ tại tủ phân phối. Với máy piston cỡ nhỏ hoặc máy cũ không có tủ điều khiển, cần làm thêm tủ khởi động riêng. Bảng dưới tóm tắt các lựa chọn thường gặp:

Máy nén biến tần đáng cân nhắc khi lượng khí dùng thay đổi nhiều trong ngày, vì máy giảm tốc thay vì chạy không tải. Nếu xưởng dùng khí đều ba ca, máy tốc độ cố định khởi động sao – tam giác thường đủ dùng và rẻ hơn. Quyết định này nên bàn với nhà cung cấp máy nén, đội điện chỉ cần biết sớm để tính cáp, tủ và tụ bù.

Bước 3: Thiết bị bảo vệ cho lộ cấp điện máy nén

Một lộ cấp điện cho máy nén khí đầy đủ thường có các thiết bị sau, tính từ tủ phân phối đến máy:

1. Aptomat (MCCB hoặc MCB) tại tủ phân phối. Dòng định mức chọn lớn hơn dòng làm việc của máy một bậc, đường cong cắt phải chịu được dòng khởi động mà không nhảy. Với máy 70 A như ví dụ trên, thường chọn MCCB khoảng 100 A, có chỉnh được dòng cắt càng tốt. Không nên chọn quá lớn vì aptomat sẽ không còn bảo vệ được cáp.
2. Contactor và rơ le nhiệt (nếu máy chưa có tủ khởi động sẵn). Rơ le nhiệt chỉnh theo dòng định mức trên nhãn động cơ, không chỉnh cao hơn để “đỡ nhảy”.
3. Rơ le bảo vệ mất pha, đảo pha. Máy nén trục vít quay ngược chiều chỉ vài giây cũng có thể hỏng cụm đầu nén. Nhiều máy đã tích hợp sẵn, nếu không có thì nên lắp thêm, nhất là xưởng dùng chung trạm với nhiều đơn vị.
4. Dây tiếp địa riêng đi cùng cáp nguồn, nối vỏ máy, vỏ tủ, bình chứa khí và máy sấy về thanh tiếp địa của tủ.
5. Công tắc dừng khẩn cấp đặt ở cửa phòng máy, dễ thấy, để cắt máy mà không phải vào sát thiết bị.

Với tủ khởi động lắp riêng, nên làm tủ có quạt hút và lưới lọc bụi vì phòng máy nén thường nóng và có hơi dầu. Các bước lắp tủ và kiểm tra trước khi đóng điện có trong bài lắp đặt tủ điện công nghiệp nhà xưởng.

Bước 4: Chọn cáp và tuyến đi dây

Cáp cấp cho máy nén chọn theo ba điều kiện: chịu được dòng làm việc lâu dài ở nhiệt độ môi trường thực tế, sụt áp nằm trong giới hạn, và phối hợp được với aptomat phía trước.

• Dòng làm việc. Với máy khoảng 70 A, cáp đồng 4 lõi hoặc 3 pha + 1 dây trung tính tiết diện khoảng 25 mm² thường đủ cho đoạn ngắn đi trên máng hở. Đi trong ống kín, nhiều cáp chung máng hoặc qua khu vực nóng thì phải nhân hệ số giảm và có thể phải tăng lên 35 mm².
• Sụt áp. Phòng máy nén hay đặt ở góc xưởng, xa tủ tổng. Tuyến dài vài chục mét trở lên cần tính sụt áp, thường giữ dưới 5% khi chạy ổn định. Lúc khởi động, sụt áp lớn làm máy khởi động chậm, contactor rung và có khi không lên được tam giác.
• Tuyến đi. Cáp đi trên máng cáp hoặc thang cáp riêng của khu động lực, tránh đi sát ống khí nén nóng ngay sau đầu nén. Đoạn xuống máy dùng ống ruột gà kim loại có bọc nhựa để chịu rung.

Máy nén có động cơ khởi động sao – tam giác lắp tủ riêng thì từ tủ đến máy cần 6 dây động lực, không phải 3. Điểm này hay bị bỏ sót khi bóc khối lượng.

Bước 5: Điện cho phòng máy nén và thiết bị phụ

Một hệ thống khí nén hoàn chỉnh không chỉ có máy nén. Đi kèm là máy sấy khí, bộ lọc, van xả nước ngưng tự động, bình chứa và quạt thông gió. Phần điện cho các thiết bị này nên được liệt kê ngay từ đầu:

Về bố trí phòng máy, có vài nguyên tắc ảnh hưởng trực tiếp đến phần điện:

• Nhiều hãng khuyến cáo nhiệt độ phòng máy nén không vượt quá khoảng 40 °C, cụ thể xem trong catalog máy. Lưu lượng quạt hút phải đủ thải nhiệt của máy, nên có ống dẫn gió nóng ra ngoài thay vì xả vào xưởng.
• Tủ điện đặt ở phía gió mát, không đặt ngay cửa xả gió nóng của máy và không đặt dưới đường ống có thể nhỏ nước ngưng.
• Chừa khoảng trống trước tủ và quanh máy để mở cửa tủ, bảo trì đầu nén mà không phải cắt điện cả khu vực.
• Nền phòng máy có thể ướt do nước ngưng, nên các ổ cắm và hộp nối đặt cao hơn nền, dùng loại có cấp bảo vệ chống nước.

Tụ bù và sóng hài khi xưởng có nhiều máy nén

Máy nén khí chạy không tải hoặc non tải trong thời gian dài làm hệ số công suất của xưởng giảm, dễ bị phạt tiền công suất phản kháng nếu không có tụ bù. Ngược lại, máy nén dùng biến tần lại sinh sóng hài, có thể làm tụ bù thông thường nóng và hỏng sớm. Xưởng có từ hai máy nén lớn trở lên, nhất là khi có máy biến tần, nên đưa thông tin này vào khi tính tủ tụ bù để chọn loại có cuộn kháng phù hợp.

Những lỗi hay gặp khi lắp điện cho máy nén khí

• Lấy nguồn máy nén từ tủ điện của một dây chuyền khác cho tiện, khiến cả hai cùng bị ảnh hưởng mỗi khi máy nén khởi động.
• Chọn aptomat theo kW nhân với một hệ số áng chừng thay vì đọc dòng trên nhãn máy, dẫn đến aptomat nhảy khi khởi động hoặc quá lớn so với cáp.
• Đấu sai thứ tự pha khi lắp máy mới hoặc sau khi sửa tủ, máy quay ngược ngay lần chạy thử.
• Không tính quạt hút phòng máy, đến khi máy báo quá nhiệt mới kéo thêm dây tạm.
• Đặt tủ khởi động ngay sau cửa gió nóng của máy, linh kiện bên trong nhanh hỏng.
• Bỏ quên dây tiếp địa cho bình chứa khí và máy sấy.

Câu hỏi thường gặp

Máy nén khí 22 kW có cần khởi động sao – tam giác không?

Nên có. Ở cỡ công suất này, khởi động trực tiếp gây sụt áp đáng kể, nhất là khi xưởng dùng trạm biến áp nhỏ. Phần lớn máy trục vít 22 kW đã có sẵn bộ sao – tam giác hoặc biến tần trong máy, chỉ cần kiểm tra lại trong catalog.

Có thể cắm máy nén khí nhỏ vào ổ cắm công nghiệp không?

Máy piston nhỏ vài kW có thể dùng ổ cắm và phích cắm công nghiệp 3 pha đúng dòng định mức, có aptomat riêng. Máy trục vít cỡ lớn nên đấu cố định vào cầu đấu của máy để tránh lỏng tiếp xúc do rung.

Một lộ cáp có thể cấp cho hai máy nén không?

Có thể nếu cáp và aptomat được tính cho tổng dòng của cả hai máy và có bộ điều khiển để hai máy không khởi động cùng lúc. Tuy vậy, cấp riêng cho từng máy vẫn dễ bảo trì hơn: một máy dừng sửa, máy còn lại vẫn chạy bình thường.

Lắp điện cho máy nén khí mất bao lâu?

Nếu tủ phân phối đã có sẵn chỗ lắp aptomat và tuyến máng cáp, phần kéo cáp, đấu nối và chạy thử cho một máy thường gọn trong vài ngày. Thời gian dài hơn khi phải làm thêm tủ khởi động, mở rộng tủ phân phối hoặc cải tạo phòng máy.

Kết luận

Điện cho máy nén khí không phức tạp nhưng cần làm đúng ngay từ đầu: lộ cấp riêng, aptomat và cáp chọn theo dòng thực trên nhãn máy, kiểu khởi động phù hợp với nguồn của xưởng, có bảo vệ mất pha, đảo pha và phòng máy được thông gió tốt. Những việc này nếu bỏ sót sẽ thành lỗi vặt kéo dài, từ aptomat nhảy đến máy dừng giữa ca. Nếu xưởng đang chọn tủ cho khu khí nén, có thể tham khảo thêm các yếu tố khi chọn tủ điện công nghiệp.