Cách chọn tiết diện dây cáp điện theo dòng tải đúng kỹ thuật

Chọn tiết diện dây cáp điện là bước thiết kế đơn giản về hình thức nhưng quyết định trực tiếp đến an toàn, tuổi thọ và chi phí vận hành của cả hệ thống. Cáp quá nhỏ sẽ nóng, sụt áp, hỏng cách điện và có nguy cơ cháy. Cáp quá lớn thì lãng phí vật tư, khó đi dây và tốn không gian máng cáp. Bài viết này giải thích nguyên tắc chọn tiết diện dây cáp điện theo dòng tải, các bước tính toán thực tế và những sai lầm mà nhà thầu, chủ đầu tư hay gặp.

Tiết diện dây cáp điện là gì và vì sao quan trọng

Tiết diện là diện tích mặt cắt ngang của lõi dẫn điện, thường tính bằng mm². Lõi càng lớn thì điện trở càng nhỏ, dòng điện chạy qua sinh nhiệt càng ít. Nhiệt sinh ra trong dây tỷ lệ với bình phương dòng điện nhân với điện trở, nên khi dòng tải tăng gấp đôi, nhiệt tăng khoảng gấp bốn lần. Đó là lý do một đoạn dây hơi nhỏ so với tải vẫn có thể chạy được vài tháng rồi mới xuống cấp, trong khi nhìn bề ngoài chưa thấy gì bất thường.

Mỗi loại vật liệu cách điện có nhiệt độ làm việc tối đa của lõi dẫn. Vỏ cách điện XLPE thường cho phép nhiệt độ lõi cao hơn PVC, vì vậy cùng một tiết diện, cáp XLPE thường mang được dòng lớn hơn. Số liệu chính xác nằm trong catalogue của nhà sản xuất, bạn cần đối chiếu đúng dòng sản phẩm mình mua thay vì dùng bảng chung chung.

Quy trình 5 bước chọn tiết diện cáp theo dòng tải

Bước 1: Xác định dòng điện tải tính toán

Từ công suất thiết bị, bạn tính dòng điện làm việc. Với mạch một pha, dòng điện bằng công suất chia cho tích điện áp và hệ số công suất. Với mạch ba pha, dòng điện bằng công suất chia cho căn bậc hai của ba nhân điện áp dây và hệ số công suất. Với động cơ, cần lấy theo công suất định mức trên nhãn máy và chú ý dòng khởi động lớn hơn nhiều lần dòng làm việc. Với nhóm nhiều tải, nên áp dụng hệ số đồng thời hợp lý.

Bước 2: Chọn thiết bị bảo vệ

Aptomat, cầu dao hoặc rơ le nhiệt được chọn trước, sau đó dây mới được chọn để phối hợp với chúng. Nguyên tắc là dòng định mức thiết bị bảo vệ không nhỏ hơn dòng tải tính toán và không lớn hơn dòng cho phép lâu dài của dây sau hiệu chỉnh. Nếu đảo ngược thứ tự, nghĩa là chọn dây trước rồi để aptomat quá lớn, dây có thể bị quá nhiệt mà thiết bị bảo vệ vẫn chưa cắt. Bạn có thể tham khảo nhóm thiết bị đóng cắt để chọn đồng bộ với tuyến cáp.

Bước 3: Tra dòng cho phép và hiệu chỉnh theo điều kiện lắp đặt

Dòng cho phép trong catalogue được cho ở điều kiện chuẩn về nhiệt độ môi trường và cách lắp đặt. Thực tế công trình hiếm khi đúng điều kiện chuẩn nên phải nhân thêm các hệ số hiệu chỉnh. Các yếu tố thường gặp gồm nhiệt độ môi trường cao như nhà xưởng, mái tôn, phòng máy; số lượng cáp đặt gần nhau trên cùng một thang cáp hoặc cùng một ống; cáp chôn đất với điện trở nhiệt của đất khác nhau; cáp đi trong ống kín hay đặt hở. Mỗi yếu tố làm giảm khả năng tải của cáp, do đó tiết diện phải tăng lên để bù lại.

Bước 4: Kiểm tra sụt áp

Dây đủ khả năng chịu dòng chưa chắc đã đạt yêu cầu về sụt áp. Với tuyến dài, điện áp ở cuối đường dây có thể thấp hơn đáng kể so với đầu nguồn, làm động cơ nóng, đèn tối, thiết bị điện tử chạy không ổn định. Quy định về mức sụt áp cho phép phụ thuộc tiêu chuẩn thiết kế áp dụng cho công trình, bạn cần xem hồ sơ thiết kế hoặc quy chuẩn hiện hành. Khi sụt áp vượt giới hạn, giải pháp đơn giản nhất là tăng tiết diện, hoặc đặt nguồn gần tải hơn, hoặc chia nhỏ phụ tải. Chi tiết cách tính sơ bộ có trong bài viết riêng về sụt áp trên đường dây dài.

Bước 5: Kiểm tra khả năng chịu ngắn mạch

Khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện rất lớn chạy qua dây trong thời gian ngắn cho đến khi thiết bị bảo vệ cắt. Tiết diện cáp phải đủ lớn để nhiệt sinh ra trong khoảng thời gian đó không làm hỏng cách điện. Bước này đặc biệt quan trọng với các tuyến cáp đi ra từ máy biến áp công suất lớn, nơi dòng ngắn mạch có thể rất cao. Cần có số liệu dòng ngắn mạch tại điểm đầu tuyến và thời gian cắt của thiết bị bảo vệ để kiểm tra.

Chọn lõi đồng hay lõi nhôm, cáp mềm hay cáp cứng

Lõi đồng dẫn điện tốt hơn, bền cơ học hơn, đấu nối ổn định hơn nên được dùng phổ biến cho nhà xưởng, tòa nhà và tủ điện. Lõi nhôm nhẹ và kinh tế hơn trong các tuyến truyền tải lớn nhưng cần phụ kiện đấu nối chuyên dụng để tránh hiện tượng lỏng mối nối theo thời gian. Dây mềm nhiều sợi nhỏ phù hợp với thiết bị di động, đấu nối trong tủ, nơi cần uốn cong nhiều lần. Cáp cứng lõi đặc hoặc ép chặt phù hợp với tuyến cố định.

Tại NEWSUN, các dòng cáp lõi đồng Cu/PVC, Cu/XLPE/PVC của Cadisun và Goldcup được phân phối cho nhiều loại công trình. Số liệu dòng cho phép của từng tiết diện cần tra theo catalogue chính thức của hãng, bài viết này chỉ nêu nguyên tắc chung để bạn không chọn sai hướng.

Những sai lầm thường gặp khi chọn tiết diện cáp

Chọn theo thói quen, không tính toán

Nhiều công trình nhỏ dùng một loại tiết diện cho mọi tuyến vì quen tay. Cách làm này có thể ổn với tải nhẹ, nhưng khi nhà xưởng bổ sung máy mới, dây bắt đầu nóng và aptomat nhảy liên tục. Tính toán cho từng tuyến chỉ mất vài phút nhưng tránh được rủi ro lớn về sau.

Bỏ qua hệ số hiệu chỉnh

Đây là lỗi phổ biến nhất. Cáp được tra theo bảng ở điều kiện chuẩn rồi đặt chung với nhiều cáp khác trên một thang cáp, trong khu vực nhiệt độ cao. Kết quả là dòng cho phép thực tế thấp hơn nhiều so với dòng trong bảng. Cần luôn hỏi: cáp này đi một mình hay đi chung, nhiệt độ môi trường bao nhiêu, đặt hở hay đặt kín.

Chỉ kiểm tra dòng, không kiểm tra sụt áp

Với tuyến vài chục mét trở lên, sụt áp thường là điều kiện quyết định chứ không phải dòng cho phép. Động cơ ở cuối tuyến có thể khó khởi động vì điện áp thấp lúc dòng khởi động lớn. Đây là lỗi mà chỉ phát hiện khi đã thi công xong, sửa lại rất tốn kém.

Chọn dây theo dây trung tính và dây nối đất không đúng

Trong hệ thống có nhiều tải phi tuyến như bộ nguồn đèn LED, biến tần, máy tính, dòng điều hòa bậc ba có thể làm dây trung tính mang dòng đáng kể. Không nên mặc định giảm tiết diện dây trung tính quá nhỏ trong những trường hợp này. Dây nối đất cũng phải đủ tiết diện theo quy định để bảo đảm an toàn khi có sự cố chạm vỏ.

Không tính đến phát triển phụ tải

Một hệ thống chỉ đủ dùng đúng hôm nay sẽ phải kéo lại cáp khi mở rộng. Việc dự phòng hợp lý, ví dụ chọn thang cáp và ống luồn đủ rộng, chừa chỗ cho tuyến mới, giúp tiết kiệm nhiều hơn chi phí tăng tiết diện ban đầu.

Dùng cáp không rõ nguồn gốc để tiết kiệm

Cáp ghi tiết diện lớn nhưng lõi thực tế nhỏ hơn hoặc dùng đồng kém tinh khiết sẽ có điện trở cao hơn tính toán, nóng hơn và sụt áp nhiều hơn. Mọi tính toán đúng trên giấy đều vô nghĩa nếu sản phẩm không đạt tiêu chuẩn. Hãy yêu cầu chứng từ CO, CQ và mua từ đơn vị phân phối uy tín.

Ví dụ minh họa cách suy luận

Giả sử một xưởng cần cấp điện cho tủ động lực ba pha cách tủ tổng khoảng một trăm mét. Bạn tính dòng tải từ tổng công suất các động cơ, có xét hệ số đồng thời. Chọn aptomat tổng cho tuyến theo dòng đó. Tra catalogue của dòng cáp dự định dùng để tìm tiết diện có dòng cho phép lâu dài đủ lớn. Sau đó nhân với hệ số hiệu chỉnh vì cáp đi chung trên thang cáp và nhiệt độ xưởng cao. Nếu dòng cho phép sau hiệu chỉnh nhỏ hơn dòng aptomat, tăng một cấp tiết diện và tính lại. Cuối cùng kiểm tra sụt áp trên một trăm mét; nếu vượt giới hạn, tăng tiếp tiết diện cho đến khi đạt. Kết quả cuối thường lớn hơn kết quả chỉ tính theo dòng, và đó là điều bình thường với tuyến dài.

Gợi ý thực hành cho nhà thầu và chủ đầu tư

• Lập bảng tính tuyến cáp cho toàn bộ công trình, ghi rõ dòng tải, thiết bị bảo vệ, tiết diện, chiều dài, sụt áp.
• Ưu tiên chọn dòng cáp có catalogue đầy đủ để tra cứu chính xác.
• Kiểm tra mối nối, đầu cốt phù hợp với tiết diện; mối nối kém là nguồn nhiệt phổ biến hơn bản thân sợi dây.

Liên hệ NEWSUN để được tư vấn chọn cáp

CÔNG TY CỔ PHẦN NEWSUN GROUP VINA phân phối dây cáp điện Cadisun, Goldcup, LS Vina, Cadivi cùng thiết bị đóng cắt, tủ bảng điện và thang máng cáp, đồng thời thi công hệ thống điện công nghiệp, trạm biến áp và đường dây từ 35kV trở xuống. Nếu bạn cần tư vấn tiết diện cho một tuyến cụ thể, hãy gửi sơ đồ và thông số tải. Liên hệ hotline hoặc Zalo 0924.625.688 để được kỹ sư hỗ trợ và báo giá theo nhu cầu thực tế. Bạn cũng có thể xem toàn bộ danh mục dây cáp điện trên website.