Tìm hiểu tiết diện dây cáp điện và cách tính tiết diện dây cáp điện

Tiết diện dây dẫn khái niệm có thể chúng ta đã từng nghe qua. Vậy cụ thể tiết diện dây cáp điện là gì? Cách tính tiết diện dây cáp điện như thế nào? Hãy cùng ADACO đi vào “giải mã” chi tiết hơn về những vấn đề trên trong bài viết này, cũng như hiểu một số cách lựa chọn tiết diện dây cáp điện sao cho phù hợp với nhu cầu sử dụng và những ứng dụng cụ thể theo ngành hoặc lĩnh vực mà bạn cần dùng.

1. Tiết diện dây dẫn điện là gì?

Tiết diện dây dẫn điện hay tiết diện lõi dây dẫn điện trong cáp điện là phần diện tích mặt phẳng cắt vuông góc với phần lõi dây dẫn, tiết diện được đo bằng đơn vị diện tích chủ yếu là mm2. Trong các loại cáp điện, dây cáp điện công nghiệp, tiết diện ảnh hưởng tới khả năng truyền tải điện và chịu tải dòng điện (cường độ dòng) mà nó có thể đáp ứng. Tóm lại, tiết diện đóng vai trò ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu năng và an toàn của hệ thống điện, thiết bị, máy móc tiêu thụ điện.

Những loại tiết diện dây cáp điện phổ biến trong dân dụng có thể kể đến như: 1.5mm², 2.5mm², 4mm², 6mm². Đối với những thiết bị, máy móc trong công nghiệp thường sử dụng những loại dây cáp điện có tiết diện từ 25mm², 35mm², 50mm². Tiết diện dây dẫn lớn tỉ lệ nghịch với điện trở thấp hơn so với loại dây dẫn điện có cùng chất liệu, đồng nghĩa với truyền tải được điện áp với cường độ cao hơn. Vậy nên, lựa chọn dây cáp điện đúng tiết diện với thiết bị, hệ thống tiêu thụ điện là thiết yếu nhằm đảm bảo khả năng truyền tải điện ổn định, an toàn.

Chú ý: Tiết diện dây dẫn / lõi dây cáp điện được tính là phần diện tích mặt cắt phần lõi dây có khả năng dẫn điện, chứ không bao gồm phần vỏ hay các lớp bọc khác của cáp điện.

2. Tại sao cần xác định tiết diện dây cáp điện?

Như đã đề cập ở trên, trong quá trình lựa chọn dây cáp điện phù hợp với hệ thống, thiết bị hay máy móc tiêu thụ điện đáp ứng các thông số về điện áp cần tải, công suất và cường độ của dòng điện là những tham số quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu suất của thiết bị, hệ thống tiêu thụ điện. Nếu sử dụng dây cáp điện có tiết diện lõi dây quá nhỏ so với điện áp tiêu thụ thì khả năng xảy ra cháy nổ dẫn tới hỏng, chập cháy dây cáp điện do không đáp ứng khả năng chịu tải. Tuy nhiên, nếu tiết diện dây cáp điện quá lớn lại khiến lãng phí chi phí đầu tư mua dây cáp điện ban đầu và tăng chi phí điện tiêu thụ không cần thiết do không đạt tới khả năng tải tối đa (tải động).

Khi áp dụng cho hệ thống điện trong các hộ gia đình hoặc trong ngành công nghiệp, yêu cầu về tiết diện dây dẫn sẽ khác nhau. Đối với các hệ thống có công suất cao, việc lắp đặt dây cáp ngoài trời và trên những đoạn đường dài cần sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn. Điều này giúp đảm bảo khả năng truyền tải điện năng hiệu quả và giảm thiểu tình trạng thất thoát năng lượng không cần thiết.

3. Công thức tính tiết diện dây cáp điện

Để tính tiết diện của dây dẫn, ta sử dụng công thức sau: S=I/J

Trong đó:

• S: chỉ tiết diện dây dẫn (đơn vị mm²).
• I: chỉ cường độ dòng điện qua mặt cắt vuông (đơn vị A).
• J: chỉ mật độ dòng điện cho phép qua tiết diện dây dẫn (đơn vị A/mm²).

Cần lưu ý rằng mật độ dòng điện phụ thuộc vào loại vật liệu của dây dẫn. Chẳng hạn:

• Đối với dây dẫn bằng đồng, J thường là 6 A/mm².
• Còn đối với dây dẫn bằng nhôm, J sẽ là 4.5 A/mm².

3.1. Tính tiết diện dây dẫn cho thiết bị điện dân dụng

Đối với những thiết bị điện dân dụng thường sử dụng loại điện một pha, điện áp 220V. Ta sẽ lấy ví dụ với máy nước nóng (bình nóng lạnh) có công suất 3kW, sử dụng dòng điện 1 pha tại gia đình. Để tính cường độ dòng điện (I) mà máy nước dòng tiêu thụ, ta sử dụng công thức:

I = P / (U x cos φ)

Trong đó:

• P: tương ứng với công suất dòng điện
• U: tương ứng với điện thế;
• cos φ: tương ứng với hệ số công suất dòng điện.

Tương ứng với những số liệu công suất điện tiêu thụ của bình nóng lạnh, ta có số liệu cho ra kết quả như sau: I = 3000 / (220 x 0.9) = 15.2 (A).

Tiếp theo, ta tiến hành xác định tiết diện dây dẫn bằng đồng bằng cách áp dụng công thức:

S= I/J, tương đương với 15.2/6 = 2.53

Chú ý:

• Nếu dây dẫn là đồng thì J sẽ là 6A/mm2.
• Nếu dây dẫn là lõi nhôm thì J sẽ là 4.5A/mm.

Kết luận: Tiết diện dây dẫn cần thiết cho máy nước nóng này là khoảng 2.53 mm².

3.2. Tính tiết diện dây cáp điện cho thiết bị, máy móc công nghiệp

Đối với những loại máy móc, thiết bị hay hệ thống phân phối tiêu thụ điện trong công nghiệp thường sử dụng hệ điện 3 pha. Ở đây, ADACO sẽ lấy ví dụ về máy xúc công suất tiêu xuất tiêu thụ 75kW sử dụng hệ điện 3 pha.

Trường hợp 1: Máy xúc có công suất 75kW, sử dụng điện 3 pha với điện áp 400V và hệ số công suất là 0.8. Tính tiết diện dây dẫn cần thiết cho máy xúc nếu mật độ dòng điện cho phép của dây dẫn bằng đồng là 6 A/mm².

Tính cường độ dòng điện:

Cường độ dòng điện (I) = Công suất (P) / (Điện áp (U) × Hệ số công suất (cos φ))

I = 75kW / (400V × 0.8)

I = P / (U x cos φ) = 75,000 W / (400 V × 0.8) = 234.38 A

Tính tiết diện dây dẫn:

Tiết diện = Cường độ dòng điện / Mật độ dòng điện.

Tiết diện = 234.38 A / 6 A/mm² ≈ 39.06 mm².

Kết luận: Tiết diện dây dẫn cần thiết cho máy máy xúc này là khoảng 39.06mm2.

Trường hợp 2: Máy múc nạo vét sông có công suất từ 175 kW (P), sử dụng điện 3 pha với điện áp 400V (U) và hệ số công suất là 0.9. Tính tiết diện dây dẫn cần thiết cho các công suất này nếu mật độ dòng điện cho phép của dây dẫn bằng đồng là 6 A/mm².

Công suất (P) = 175 kW = 175,000 W

Cường độ dòng điện (I) = P / (U x cos φ) = 175,000 / (400 × 0.9) = 486.11 A.

Tính tiết diện dây dẫn (S): S = I/J = 486.11 / 6 = 81.02 mm².

4. Hướng dẫn chọn tiết diện dây dẫn đúng cách

Nhằm giúp quý vị và các bạn có thể lựa chọn được tiết diện dây lõi cáp điện phù hợp cho thiết bị, máy móc hay công trình và dự án của đơn vị, doanh nghiệp của mình. Dưới đây là 2 phương pháp chủ yếu được áp dụng để lựa chọn tiết diện dây cáp điện đúng cách.

4.1. Lựa chọn cáp điện theo bảng tiết diện lõi dây cáp điện và công suất tiêu thụ điện

Một số loại dây cáp điện và nhà sản xuất cáp điện thường sẽ công bố các thông số như tiết diện cáp điện và khả năng chịu tải (công suất điện lớn nhất mà dây cáp điện có thể chịu tải). Cụ thể hơn, mời quý vị và các bạn có thể tham khảo bảng thông số kỹ thuật dây cáp điện chi tiết như mẫu dưới đây:

4.2. Lựa chọn dây cáp điện theo kinh nghiệm để xác định tiết diện lõi dây

Lựa chọn tiết diện cáp điện chính xác, phù hợp theo công suất tiêu thụ của thiết bị, hệ thống, công trình tiêu thụ điện, quý vị và các bạn có thể thể áp dụng kiến thức và kinh nghiệm. Có thể tham khảo một số quy trình hay các bước sau:

4.2.1. Xác định nguồn điện sử dụng

Dựa vào các nguồn điện được sử dụng cho những hệ thống điện, thiết bị và máy móc. Dựa theo công suất, cường độ dòng điện mà thiết bị, hệ thống máy móc, sử dụng nguồn điện 1 pha hay 3 pha. Kết hợp kiểm tra hiện trạng nguồn cấp điện ở khu vực nơi lắp đặt, đấu nối hệ thống, máy móc, thiết bị tiêu thụ điện. Tại Việt Nam hiện nay, nguồn điện phổ biến trong dân dụng là điện 1 pha 2 dây, đối với công nghiệp là điện 3 pha 3 lõi dây.

4.2.2. Tính toán tổng công suất tiêu thụ

Xác định công suất tiêu thụ của các thiết bị điện trong nhà, bao gồm đèn chiếu sáng, quạt, nồi cơm điện, tủ lạnh, máy giặt, lò vi sóng, điều hòa không khí, máy bơm nước,… Tổng công suất tiêu thụ được tính bằng cách cộng giá trị công suất ghi trên từng thiết bị. Trong trường hợp các đơn vị công suất khác nhau, cần quy đổi về cùng một đơn vị, ví dụ: 1 kW = 1.000 W và 1 HP = 750 W.

Xác định tổng công suất tiêu thụ điện của các thiết bị điện trong hệ thống, khu vực hoạt động sản xuất, khai thác, ví dụ như trong hệ thống điện phục vụ quá trình khai khoáng thường bao gồm các thiết bị như: đèn và hệ thống chiếu sáng, máy xúc, máy múc, máy bơm công suất lớn,v.v. Cần chú ý nếu có sự khác biệt về đơn vị tính công suất giữa các thiết bị, ta cần quy đổi về chung một đơn vị. Chẳng hạn như từ mã lực (HP) sang Watts (W) hay kW (kilowatts) về W, tương ứng với đó là 1 kW = 1.000 W và 1 HP = 750 W.

4.2.3. Lựa chọn dây dẫn điện phù hợp

Dựa trên công suất chịu tải của từng nhánh trong sơ đồ điện, bạn có thể lựa chọn loại dây và kích thước dây phù hợp cho từng khu vực trong ngôi nhà. Việc lựa chọn đúng tiết diện và loại dây dẫn điện sẽ đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định, hiệu quả và an toàn.

Kết luận

Việc lựa chọn tiết diện dây cáp điện không chỉ là một yếu tố kỹ thuật mà còn là một quyết định quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và an toàn của hệ thống điện. Như đã phân tích, tiết diện dây dẫn có vai trò quyết định trong khả năng truyền tải điện và chịu tải dòng điện, từ đó ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị và máy móc.

Để đảm bảo an toàn và hiệu quả, việc tính toán và lựa chọn tiết diện dây cáp điện cần dựa trên các thông số cụ thể như công suất tiêu thụ, cường độ dòng điện và loại vật liệu dây dẫn. Qua bài viết này, ADACO hy vọng đã cung cấp cho bạn những kiến thức cần thiết để lựa chọn tiết diện dây cáp điện phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Hãy luôn chú ý đến các yếu tố kỹ thuật và thực tiễn khi thực hiện các quyết định liên quan đến hệ thống điện của bạn, nhằm đảm bảo một môi trường an toàn và hiệu quả trong việc sử dụng điện năng.