Vì sao không nên chọn dây và cáp điện chỉ dựa vào tiết diện?

Trong thực tế, nhiều người vẫn có thói quen lựa chọn dây và cáp điện dựa trên công suất thiết bị hoặc kinh nghiệm thi công. Chẳng hạn, khi biết tải khoảng 30A, họ sẽ chọn ngay một tiết diện dây dẫn theo bảng tra mà không đánh giá thêm các điều kiện vận hành thực tế.

Cách làm này có thể phù hợp với một số hệ thống đơn giản, nhưng đối với các công trình dân dụng, thương mại và công nghiệp, việc lựa chọn dây và cáp điện cần được tính toán toàn diện hơn. Bởi khả năng mang tải của dây dẫn không chỉ phụ thuộc vào tiết diện mà còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như chiều dài tuyến cáp, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi trường hay khả năng chịu dòng điện ngắn mạch.

Theo hướng dẫn kỹ thuật của CADIVI, quá trình lựa chọn dây và cáp hạ thế cần xem xét đồng thời 5 yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, ổn định và hiệu quả trong suốt vòng đời công trình.

1. Dòng điện định mức của tải - Cơ sở đầu tiên để lựa chọn tiết diện dây dẫn

Dòng điện định mức (Current Rating) là giá trị dòng điện lớn nhất mà dây hoặc cáp điện có thể mang liên tục trong điều kiện làm việc xác định mà không làm nhiệt độ ruột dẫn vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu cách điện.

Khi dòng điện chạy qua ruột dẫn, một phần điện năng sẽ chuyển hóa thành nhiệt. Nếu nhiệt lượng sinh ra lớn hơn khả năng tản nhiệt của môi trường, nhiệt độ ruột dẫn sẽ tăng lên. Trong thời gian dài, điều này có thể làm lớp cách điện bị lão hóa nhanh, giảm tuổi thọ dây cáp và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn.

Vì vậy, việc xác định đúng dòng điện tải là bước đầu tiên trong quá trình lựa chọn dây và cáp điện. Sau khi biết dòng điện làm việc của hệ thống, kỹ sư sẽ tra bảng dòng điện cho phép của CADIVI để lựa chọn tiết diện phù hợp với điều kiện lắp đặt thực tế

Lưu ý: Dòng điện định mức của cáp không phải là giá trị cố định. Khả năng mang tải sẽ thay đổi khi điều kiện lắp đặt hoặc môi trường thay đổi.

2. Độ sụt áp - Đảm bảo chất lượng điện áp đến thiết bị

Một dây cáp có thể đáp ứng yêu cầu về dòng điện tải nhưng vẫn không đảm bảo chất lượng cấp điện nếu độ sụt áp trên đường dây quá lớn.

Độ sụt áp là hiện tượng điện áp giảm dần từ nguồn đến điểm sử dụng do điện trở và điện kháng của dây dẫn. Đối với những tuyến cáp dài hoặc hệ thống có dòng tải lớn, hiện tượng này càng rõ rệt.

Nếu độ sụt áp vượt quá giới hạn cho phép, thiết bị điện có thể gặp nhiều vấn đề như:

• Động cơ khởi động khó hoặc giảm mô-men.
• Đèn chiếu sáng kém hơn so với thiết kế.
• Điều hòa, máy bơm hoặc máy nén hoạt động không đạt công suất.
• Thiết bị điện tử nhạy cảm dễ phát sinh lỗi.

Theo hướng dẫn kỹ thuật của CADIVI (tham khảo tiêu chuẩn IEE 522-8), độ sụt áp trong hệ thống điện hạ thế thường được khuyến nghị không vượt quá khoảng 2,5% điện áp danh định, tương đương khoảng 5,5V đối với mạng điện một pha 220V và 9,5V đối với mạng điện ba pha 380V.

Trong trường hợp độ sụt áp vượt quá giới hạn này, cần xem xét tăng tiết diện ruột dẫn hoặc điều chỉnh phương án thiết kế để đảm bảo điện áp tại điểm sử dụng đáp ứng yêu cầu vận hành.

3. Khả năng chịu dòng điện ngắn mạch - Yếu tố đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố

Trong điều kiện vận hành bình thường, dây và cáp điện chỉ làm việc với dòng điện tải. Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố như chạm chập hoặc ngắn mạch, dòng điện có thể tăng lên gấp nhiều lần trong thời gian rất ngắn.

Nếu dây cáp không đủ khả năng chịu nhiệt do dòng điện ngắn mạch gây ra, lớp cách điện có thể bị phá hủy trước khi các thiết bị bảo vệ như MCB, MCCB hoặc cầu chì kịp tác động.

Do đó, bên cạnh việc lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp, kỹ sư cũng cần kiểm tra khả năng chịu dòng điện ngắn mạch của dây và cáp điện theo yêu cầu của hệ thống. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng trong các công trình công nghiệp, tòa nhà cao tầng hoặc hệ thống có công suất lớn.

4. Phương pháp lắp đặt - Cùng một loại cáp nhưng khả năng mang tải có thể khác nhau

Một trong những sai lầm phổ biến là cho rằng cùng một loại cáp sẽ luôn có khả năng mang tải giống nhau.

Trên thực tế, khả năng tản nhiệt của dây và cáp phụ thuộc rất lớn vào phương pháp lắp đặt. Chính vì vậy, CADIVI xây dựng các bảng dòng điện riêng cho từng điều kiện lắp đặt nhằm giúp người thiết kế lựa chọn chính xác hơn.

Một số phương pháp lắp đặt phổ biến gồm:

• Đi nổi trên tường hoặc trần.
• Đi âm tường.
• Đi trong ống PVC hoặc ống thép.
• Lắp đặt trên máng cáp.
• Chôn trực tiếp dưới đất.
• Đi trong mương hoặc hầm cáp.

Ví dụ, một tuyến cáp đi trên máng cáp thông thoáng sẽ có khả năng tản nhiệt tốt hơn so với cáp đặt trong ống kín hoặc chôn trực tiếp dưới đất. Vì vậy, dòng điện cho phép của cùng một tiết diện cáp cũng sẽ khác nhau.

Đây là lý do kỹ sư không thể chỉ nhìn vào tiết diện ruột dẫn mà cần xác định rõ phương pháp lắp đặt ngay từ giai đoạn thiết kế.

5. Điều kiện môi trường - Yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mang tải của cáp

Ngoài phương pháp lắp đặt, điều kiện môi trường cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng làm việc của dây và cáp điện.

Các thông số cần xem xét bao gồm:

• Nhiệt độ không khí.
• Nhiệt độ đất (đối với cáp chôn ngầm).
• Điện trở suất của đất.
• Độ sâu chôn cáp.
• Nhiệt độ làm việc tối đa của vật liệu cách điện.

Theo tài liệu kỹ thuật của CADIVI, các bảng dòng điện định mức được xây dựng dựa trên điều kiện chuẩn về nhiệt độ môi trường và điều kiện lắp đặt. Khi nhiệt độ thực tế cao hơn điều kiện chuẩn hoặc môi trường tản nhiệt kém, khả năng mang tải của cáp sẽ giảm và cần áp dụng hệ số hiệu chỉnh phù hợp.

Bên cạnh đó, vật liệu cách điện cũng quyết định giới hạn nhiệt độ làm việc của dây cáp. Ví dụ, cáp cách điện PVC thường có nhiệt độ làm việc tối đa khoảng 70°C, trong khi cáp cách điện XLPE có thể làm việc ở mức 90°C, phù hợp hơn với các hệ thống yêu cầu tải lớn hoặc vận hành liên tục.

Tổng kết: Lựa chọn đúng dây cáp là sự kết hợp của nhiều yếu tố

Việc lựa chọn dây và cáp điện hạ thế không nên chỉ dựa vào tiết diện hoặc dòng điện tải. Một giải pháp phù hợp cần đáp ứng đồng thời cả năm tiêu chí kỹ thuật gồm:

Đánh giá đầy đủ các yếu tố trên sẽ giúp lựa chọn đúng chủng loại và tiết diện dây cáp, tối ưu chi phí đầu tư và đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, ổn định trong suốt vòng đời công trình.