Thi Công Điện Nhà Xưởng Phòng Sạch, Điện Tử: Yêu Cầu Kỹ Thuật

Điện cho nhà xưởng phòng sạch và xưởng điện tử khác xưởng thường ở ba chỗ: nguồn phải liên tục (có UPS và máy phát cho quạt lọc, máy sản xuất nhạy điện), mọi lỗ xuyên tường, trần phải kín để không phá cấp sạch, và toàn bộ sàn, bàn, thiết bị phải nối đất chống tĩnh điện. Thiếu một trong ba thứ này, xưởng vẫn chạy được nhưng tỷ lệ hàng lỗi, số lần dừng máy và chi phí kiểm định lại phòng sạch sẽ tăng.

Bài này đi lần lượt từ nguồn cấp, đi dây, chiếu sáng đến tiếp địa và nghiệm thu, theo đúng thứ tự một chủ đầu tư nên hỏi nhà thầu. Nếu cần một đơn vị làm trọn gói từ thiết kế đến bàn giao, anh chị có thể xem trước dịch vụ thi công điện nhà xưởng của Đại Phú Thịnh, sau đó dùng các mục dưới đây làm danh sách kiểm tra khi so sánh phương án.

Phòng sạch và xưởng điện tử cần gì ở hệ thống điện

Phòng sạch được phân cấp theo số hạt bụi trong một mét khối không khí (tiêu chuẩn ISO 14644-1, thường gặp từ ISO 5 đến ISO 8). Xưởng lắp ráp linh kiện, dây chuyền SMT, đóng gói dược phẩm hay thiết bị y tế thường nằm ở ISO 7–8; khu bán dẫn đòi hỏi cấp cao hơn nhiều. Cấp sạch càng cao thì quạt lọc, máy điều hòa chạy càng nhiều và càng không được phép dừng.

Từ đó, hệ thống điện phải đáp ứng bốn nhóm yêu cầu:

• Liên tục: quạt lọc FFU, AHU và hệ thống giữ áp dương phải chạy 24/7. Mất điện vài phút là áp suất phòng sụt, bụi từ hành lang tràn vào.
• Chất lượng điện: máy SMT, lò reflow, máy đo kiểm điện tử rất nhạy với sụt áp và sóng hài.
• Không sinh bụi: thiết bị điện, máng cáp, đèn trong phòng không được tạo chỗ đọng bụi hay khe hở.
• Chống tĩnh điện (ESD): một lần phóng tĩnh điện mà người không cảm nhận được vẫn đủ làm hỏng linh kiện bán dẫn.

Nguồn cấp: tách tải sạch, tải quan trọng và tải thường

Chia phụ tải thành ba nhóm ngay từ sơ đồ nguyên lý

Cách làm gọn nhất là chia tải theo mức độ được phép mất điện, rồi cấp từ các thanh cái khác nhau:

Chia như vậy giúp chọn đúng dung lượng UPS và máy phát, không phải mua UPS gánh cả điều hòa. Trước khi chốt dung lượng, nên lập bảng phụ tải từ danh sách máy thật; cách làm có trong bài tính phụ tải điện nhà xưởng từ danh sách máy móc.

UPS: chọn loại online, đặt ngoài phòng sạch

Với tải điện tử, nên dùng UPS online chuyển đổi kép: điện ra luôn được tạo lại từ ắc quy và bộ nghịch lưu nên lọc được sụt áp, xung và nhiễu từ lưới. UPS và tủ ắc quy đặt trong phòng kỹ thuật riêng, có thông gió, không đặt trong khu sạch vì quạt tản nhiệt hút và thổi bụi liên tục.

Ổ cắm lấy điện từ UPS nên dùng màu khác (thường là đỏ hoặc cam) và dán nhãn. Chi tiết nhỏ này tránh được chuyện công nhân cắm máy hút bụi, ấm siêu tốc vào nguồn UPS, làm quá tải đúng lúc mất điện.

Máy biến áp hạ áp cho máy nhập khẩu

Nhiều dây chuyền điện tử của Nhật, Hàn, Đài Loan chạy điện 200–220 V ba pha, không phải 380 V như lưới Việt Nam. Thay vì để từng máy tự xoay xở, nên bố trí máy biến áp hạ áp 380/220 V hoặc 380/200 V theo cụm máy, đặt ngoài phòng sạch, có bảo vệ riêng. Danh sách điện áp từng máy cần lấy từ catalogue của nhà cung cấp thiết bị ngay khi thiết kế, vì việc này ảnh hưởng đến cả tiết diện cáp và vị trí tủ.

Sóng hài và sụt áp

Xưởng điện tử có rất nhiều biến tần (quạt FFU, AHU, bơm chiller) và bộ nguồn xung. Tổng hợp lại, chúng sinh sóng hài làm nóng cáp trung tính, nóng máy biến áp và làm aptomat nhảy vô cớ. Khi thiết kế nên:

• Tính dây trung tính đủ lớn (bằng hoặc lớn hơn dây pha) cho các mạch nhiều bộ nguồn xung.
• Dự trù vị trí lắp bộ lọc sóng hài tại tủ tổng, đo kiểm thực tế sau khi chạy tải rồi mới quyết định lắp.
• Với máy bán dẫn, hỏi nhà cung cấp thiết bị về khả năng chịu sụt áp (nhiều máy công bố theo SEMI F47) để biết có cần thêm thiết bị bù sụt áp hay không.

Đi dây trong phòng sạch: đưa máng cáp lên trên trần

Nguyên tắc chung là trong phòng sạch nhìn thấy càng ít dây, máng, hộp càng tốt. Bề mặt nào cũng là chỗ đọng bụi và phải lau hằng ngày.

• Máng cáp chính đi trên trần kỹ thuật (khoảng không giữa trần panel và mái), không đi trong phòng. Từ đó thả xuống từng điểm dùng điện qua ống luồn.
• Ống luồn đi âm trong vách panel sandwich. Việc này phải chốt vị trí với nhà thầu panel trước khi họ sản xuất tấm, vì khoét lại tại công trường vừa xấu vừa sinh bụi.
• Mọi lỗ xuyên vách, xuyên trần đều phải trám kín bằng keo silicon chuyên dùng cho phòng sạch hoặc bộ gioăng xuyên tường. Một lỗ hở nhỏ quanh ống luồn cũng làm hao áp phòng.
• Thả nguồn cho máy ở giữa phòng bằng cột dẫn điện (power pole) hoặc hộp thả từ trần, thay vì đi máng nổi trên sàn.
• Cáp ít khói, không halogen (LSZH) nên được ưu tiên cho khu sạch: khi cháy ít khói độc, ít ăn mòn thiết bị điện tử.

Phần trên trần vẫn là máng cáp công nghiệp thông thường, nhưng cần sắp xếp gọn để thợ bảo trì đi lại được mà không giẫm lên trần panel. Cách chọn và bố trí máng cáp, tủ điện tổng cho xưởng có trong bài các yếu tố khi chọn tủ điện công nghiệp cho nhà xưởng.

Ổ cắm, công tắc và hộp đấu nối

Trong khu sạch nên dùng ổ cắm, công tắc lắp âm phẳng mặt vách, mặt inox hoặc nhựa nhẵn, dễ lau. Tránh loại có gờ, khe sâu. Ổ cắm cho máy sản xuất nên bố trí theo layout máy đã chốt, kèm 20–30% điểm dự phòng, vì đục thêm ổ sau khi phòng đã đạt cấp sạch rất tốn công vệ sinh lại.

Tủ điện điều khiển cục bộ nếu bắt buộc phải đặt trong phòng thì chọn vỏ inox hoặc sơn tĩnh điện kín, không có quạt hút gió trực tiếp từ phòng; tốt hơn là đặt trong hành lang kỹ thuật và mở cửa ra phía đó.

Chiếu sáng phòng sạch

Đèn phòng sạch khác đèn xưởng thường ở chỗ kín khít với trần. Có hai kiểu phổ biến:

• Đèn panel LED âm trần, có gioăng kín, thay bảo trì từ phía dưới phòng. Phù hợp khi trần dùng tấm panel phẳng.
• Đèn giọt nước (teardrop) gắn dọc khung trần mang FFU. Thân đèn thuôn để không làm rối dòng khí thổi xuống, dùng nhiều ở phòng cấp sạch cao.

Độ rọi thường được thiết kế khoảng 500 lux cho khu sản xuất chung và cao hơn (750–1.000 lux) ở khu kiểm tra ngoại quan, sửa lỗi linh kiện. Màu ánh sáng nên chốt cùng bộ phận QC, vì một số công đoạn kiểm tra cần chỉ số hoàn màu cao. Một số khu xử lý quang khắc dùng đèn vàng lọc tia UV; nếu xưởng có khu này phải tách riêng mạch chiếu sáng.

Ngoài ra không quên đèn sự cố và đèn exit trong phòng sạch: cùng kiểu lắp kín, có ắc quy riêng, đặt tại lối thoát qua phòng thay đồ và air shower. Các nguyên tắc chung về độ rọi, bố trí đèn xưởng có trong bài hệ thống chiếu sáng nhà xưởng đạt chuẩn.

Tiếp địa và chống tĩnh điện

Đây là phần hay bị làm sơ sài nhất, vì sau khi lát sàn xong rất khó kiểm tra lại. Một xưởng điện tử thường có ba hệ nối đất cần phân biệt rõ trên bản vẽ:

Ba hệ này cuối cùng vẫn phải liên kết đẳng thế với nhau tại một điểm, không để mỗi hệ một cọc riêng rời rạc. Nếu tách hẳn, khi có sét hoặc sự cố chạm đất, chênh lệch điện thế giữa các hệ có thể làm hỏng chính các thiết bị cần bảo vệ.

Sàn chống tĩnh điện cần nối đất thế nào

Sàn epoxy hoặc vinyl chống tĩnh điện chỉ có tác dụng khi được nối đất. Thường làm như sau: trước khi thi công lớp phủ, dán lưới băng đồng dưới sàn theo ô vuông, đưa các đầu băng đồng về hộp nối đất gắn chân tường, rồi từ đó nối về thanh cái tiếp địa. Phối hợp với nhà thầu sàn để chốt số điểm và vị trí đầu ra, vì đơn vị điện là người chịu trách nhiệm đo kiểm cuối cùng.

Khi nghiệm thu, đo điện trở từ mặt sàn xuống đất tại nhiều điểm, ghi vào biên bản cùng nhiệt độ, độ ẩm lúc đo. Nhiều khách hàng làm theo chương trình kiểm soát ESD (ví dụ ANSI/ESD S20.20) và sẽ yêu cầu đúng bộ số liệu này trong hồ sơ.

Phối hợp với HVAC và các nhà thầu khác

Ở phòng sạch, nhà thầu điện không làm một mình. Phần lớn sự cố khi bàn giao nằm ở chỗ giao nhau giữa các gói thầu:

• Với nhà thầu HVAC: thống nhất ai cấp nguồn đến đâu cho FFU, AHU, quạt hút; tủ điều khiển FFU do ai cung cấp; tín hiệu báo lỗi về hệ thống giám sát đi bằng cáp nào.
• Với nhà thầu panel: vị trí ống luồn âm vách, hộp công tắc, ổ cắm, lỗ đèn trên trần phải có trên bản vẽ sản xuất panel.
• Với nhà thầu sàn: lưới đồng chống tĩnh điện, hộp nối đất chân tường, thời điểm thi công.
• Với nhà thầu PCCC: nguồn ưu tiên cho bơm chữa cháy, quạt tăng áp, báo cháy; tín hiệu cắt điện khi có cháy. Xem thêm bài bơm chữa cháy và nguồn điện ưu tiên cho nhà xưởng.

Thứ tự thi công cũng quan trọng: phần khoan, cắt, đi ống, kéo cáp phải xong trước giai đoạn vệ sinh và kiểm định phòng sạch. Nếu phải sửa sau đó, thợ điện phải mặc đồ phòng sạch, che chắn khu vực làm việc, hút bụi tại chỗ và có thể phải đo lại số hạt.

Nghiệm thu điện phòng sạch: nên yêu cầu những gì

Ngoài các hạng mục nghiệm thu điện thông thường (đo cách điện, thông mạch, thử aptomat chống dòng rò, đo điện trở nối đất), xưởng phòng sạch và điện tử nên có thêm:

1. Thử chuyển nguồn thật: cắt điện lưới, kiểm tra UPS gánh tải, máy phát khởi động, ATS chuyển và trả nguồn đúng thời gian cài đặt.
2. Đo chất lượng điện tại tủ tổng khi dây chuyền chạy tải: điện áp, hệ số công suất, tổng méo hài.
3. Đo điện trở sàn chống tĩnh điện và các điểm nối dây đeo cổ tay.
4. Kiểm tra kín các lỗ xuyên vách, xuyên trần (phối hợp với bên HVAC khi thử áp phòng).
5. Bản vẽ hoàn công có đánh dấu mạch UPS, mạch ưu tiên, vị trí hộp nối đất; nếu là doanh nghiệp FDI thì nên có bản song ngữ. Về yêu cầu hồ sơ với khách nước ngoài, xem bài nhà thầu điện cho doanh nghiệp FDI.

Chi phí điện phòng sạch phụ thuộc vào đâu

Không có đơn giá chung theo mét vuông cho điện phòng sạch, vì cùng một diện tích nhưng cấp sạch, số máy và yêu cầu dự phòng có thể khác nhau rất xa. Các yếu tố làm thay đổi chi phí nhiều nhất là:

• Dung lượng UPS và thời gian lưu điện yêu cầu (vài phút để chờ máy phát hay lâu hơn).
• Có máy phát dự phòng cho toàn bộ HVAC hay chỉ một phần.
• Số máy cần điện áp khác 380 V và phải có máy biến áp riêng.
• Diện tích sàn chống tĩnh điện và yêu cầu trị số nối đất cho thiết bị.
• Loại đèn, loại cáp (cáp LSZH đắt hơn cáp thường) và yêu cầu hồ sơ nghiệm thu.

Cách nhanh nhất để có con số sát thực tế là gửi layout máy, cấp sạch mục tiêu và danh sách thiết bị để nhà thầu bóc tách khối lượng.

Hỏi đáp

Có cần UPS cho toàn bộ phòng sạch không?

Thường là không. UPS chỉ cần cho phần điều khiển, giám sát và các máy không được phép tắt đột ngột. Quạt lọc, điều hòa dùng máy phát qua ATS là đủ, vì chúng chịu được vài giây mất điện trong lúc chuyển nguồn.

Có thể dùng đèn LED xưởng thường cho phòng sạch cấp thấp không?

Không nên. Đèn thường có khe tản nhiệt, gờ và kẽ hở, vừa đọng bụi vừa làm hở trần. Ngay cả phòng ISO 8, đèn vẫn nên là loại lắp kín với trần.

Xưởng điện tử không có phòng sạch có cần chống tĩnh điện không?

Có, nếu xưởng lắp ráp hoặc kiểm tra linh kiện bán dẫn, bo mạch. Chống tĩnh điện là để bảo vệ linh kiện, không phụ thuộc vào cấp sạch của phòng.

Cải tạo xưởng cũ thành phòng sạch thì hệ thống điện cũ có dùng lại được không?

Tủ tổng và tuyến cáp chính có thể dùng lại nếu còn đủ công suất. Phần trong khu sạch (máng nổi, đèn, ổ cắm) hầu như phải làm lại. Nên khảo sát và tính lại phụ tải trước, vì FFU và điều hòa phòng sạch thường làm tải tăng đáng kể so với xưởng cũ.