Cáp điện công nghiệp

Những thiết bị, máy móc công nghiệp ngày càng được sử dụng phổ biến và là một thành phần không thể thiếu trong quá trình sản xuất, giúp gia tăng năng suất, độ chính xác và đảm bảo an toàn trong một số ngành công nghiệp. Tuy nhiên, đằng sau những cỗ máy, thiết bị đó thì yếu tố truyển tải điện đóng vai trò quan trọng để giúp các máy móc và thiết bị vận hành một cách ổn định, hiệu quả. Và để nhận được dòng điện vận hành thì mỗi dòng máy móc, thiết bị công nghiệp cần được trang bị các dây cáp điện để truyền tải điện từ nguồn cấp trung gian đến thiết bị để sử dụng), cũng như sử dụng các loại cáp điện, cáp điều khiển hay cáp truyền tín hiệu, dữ liệu đặc biệt để vận hành các chức năng, tính năng của máy. Trong danh mục cáp điện đặc biệt này, ADACO sẽ giới thiệu tổng quan tới quý vị và các bạn hiểu những khái niệm cơ bản về cáp điện công nghiệp và những loại cáp điện được ứng dụng cho các máy móc, thiết bị trong công nghiệp.

1. Dây cáp điện công nghiệp là gì ?

Cáp điện công nghiệp, dây điện công nghiệp hay cụ thể là dây cáp dẫn điện dùng cho những máy móc, thiết bị phục vụ trong hoạt động công nghiệp, sử dụng dòng điện cường độ lớn và thường bọc cách điện bằng lớp cao su lưu hóa, chất liệu nhựa PVC. Cáp điện ban đầu được cấu thành từ nhiều dây đơn, đảm bảo độ mềm, dẻo cần thiết cho dây cáp điện. Dây cáp điện sử dụng trong công nghiệp thường được sử dụng làm dây tải chính trong các công trình xây dựng, nhà máy (có tính dân sự).

2. Cấu tạo của dây cáp điện công nghiệp

Cấu tạo của dây cáp công nghiệp dùng để truyền tải điện thường bao gồm các lớp như:

2.1. Lõi dẫn điện (conductor)

Lõi dây dẫn điện của dây cáp điện thường được làm bằng các sợi đồng hoặc nhôm, những chất liệu này có khả năng dẫn điện tốt, đòng vai trò truyền tải điện tích từ nguồn cung cấp tới các thiết bị trung chuyển và hệ thống tiêu thụ điện. 

Kích thước của lõi dây dẫn điện thường được xác định là diện tích bề mặt cắt ngang của cáp, dựa theo các chỉ số AWG – Amerian Wire Gauge (tiêu chuẩn do Mỹ ban hành) hoặc mm2 (tiêu chuẩn chung được các nước châu Âu áp dụng).

2.2. Lớp cách điện (Insulation)

Lớp vỏ cách điện là lớp bọc đầu tiên bao quanh lõi dây dẫn điện. Lớp cách điện ngăn dòng điện rò rỉ ra bên ngoài hoặc gây ra hiện tượng phóng điện, có nguy cơ gây rủi ro cho người dùng. Một số vật liệu cách điện phổ biến được dùng làm lớp cách điện cho dây cáp điện công nghiệp có thể kể đến như:

2.2.1. PVC (Polyvinyl chloride)

PVC là chất liệu cách điện có giá thành thấp trong số các chất liệu làm lớp cách điện. Với đặc tính chống thấm nước và chậm cháy ở mức độ nhất định. Bên cạnh khả năng làm lớp cách điện, PVC cũng được dùng làm lớp vỏ ngoài cùng của cáp điện. Chẳng hạn như cáp điện dùng cho ứng dụng cuộn cáp với chức năng điều khiển – SU 2 PNCT-B(S)

2.2.2. XLPE (Cross-Linked Polyethylene)

XLPE là vật liệu có khả năng chịu nhiệt tốt, độ bền cơ học cao hơn PVC. XLPE được sử dụng cho cáp điện dùng trong môi trường có nhiệt độ cao, tiếp xúc với hóa chất.

2.2.3. Lớp bọc bằng cao su tổng hợp

Các chất liệu cao su thường được dùng làm lớp bọc cách điện có thể kể đến như:

• Ethylene Propylene Rubber (EPR) type 3GI3: điển hình như dòng cáp điện trung thế dùng cho ứng dụng cuộn cáp – (N)TSCGEWOEU
• EI4: điển hình như dòng cáp điện cao su trung hòa H07RN-F/A07RN-F 450/750V
• GM1b: điển hình như cáp điện (N)SSHOEU-O / (N)SSHOEU-J.

Chất liệu cao su tổng hợp được sử dụng làm lớp bọc cách điện thường là loại có các đặc tính như:

• Khả năng chịu nhiệt cực cao,
• Khả năng kháng ozone và tia UV và các chất hóa học.

Lớp vỏ bọc cao su cũng thường được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đặc biệt đòi hỏi khả năng chịu nhiệt và độ bền cao như trong ngành công nghiệp điện tử và công nghiệp ô tô.

3. Phân loại dây cáp điện công nghiệp

Cáp điện công nghiệp hiện được phân loại theo các cách chính, gồm:

• Phân loại theo chất liệu lõi dây;
• Phân loại theo số dây dẫn (số lượng dây pha, kiểu dây);
• Phân loại theo cấp điện áp sử dụng;
• Phân loại theo kết cấu, cấu hình ruột dẫn;
• Phân loại theo chất liệu cấu tạo vỏ bọc;
• Phân loại dựa theo đặc tính kỹ thuật của cáp, chẳng hạn: cáp chống cháy nổ, cáp cháy chậm, cáp chống xoắn, cáp chống thấm nước và hóa chất, cáp chống nhiễu,v.v);
• Phân loại theo đặc thù lĩnh vực được thiết kế sử dụng, ví dụ: cáp điện công nghiệp dùng trong ngành khai khoáng, cáp điện công nghiệp dùng cho cần cẩu, cầu trục, cổng trục,v.v);
• Phân loại theo chức năng: chẳng hạn như cáp điều khiển, cáp truyền dữ liệu, cáp motor, cáp servo, cáp phản hồi (feedback cable), cáp mạng công nghiệp (Industrial Ethernet), cáp động lực (thường được lắp cho cầu trục, cổng trục, lắp đặt tại cho các thiết bị hoạt động dưới lòng đất, trong đường ống hoặc ngoài trời).

3.1. Phân loại dây cáp điện công nghiệp dựa vào chất liệu lõi dây

Chất liệu làm dây dẫn điện (dây pha) thường là bằng sợi đồng hoặc sợi nhôm

3.1.1. Dây cáp lõi đồng

Dây cáp đồng là một loại dây cáp điện được làm bằng đồng, là kim loại dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Dây cáp đồng được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện, bao gồm máy phát điện, phân phối điện, viễn thông, mạch điện tử và dây điện trong xây dựng.

3.1.2. Dây cáp lõi nhôm

Cáp điện với phần lõi dây dẫn điện làm bằng sợi nhôm thay vì đồng trong bối cảnh giá kim loại này ngày càng tăng do sản lượng đồng giảm và các nguồn đồng khả dụng thì đa số là đồng tái chế, độ tinh khiết thấp. Cáp điện lõi dây dẫn bằng nhôm được dùng làm cáp điện trong nhà, máy bay và hệ thống lưới điện (truyền tải điện). Dây cáp điện nhôm nổi lên với những phẩm chất như: nhẹ hơn, độ chắc chắn cao hơn và rẻ hơn đồng. Khả năng chống ăn mòn và oxi hóa của nhôm cũng được đánh giá cao.

3.2. Phân loại dây cáp điện công nghiệp dựa vào số lượng lõi dây và các dây phụ trợ khác bên trong

Đối với các dòng cáp điện thông thường, ta có thể phân loại theo số lượng dây pha, dây trung tính,v.v trong dây cáp. Các loại cáp điện công nghiệp đơn giản thường chỉ có dây pha dẫn điện được chia làm hai loại chính: cáp điện đơn lõi và cáp điện đa lõi.

• Dây cáp điện đơn lõi (Single Core): là loại cáp điện gồm một lõi dẫn điện duy nhất. Cáp điện một lõi thường được dùng phổ biến nhất trong hệ điện dân dụng (chẳng hạn như tại các cơ sở hạ tầng lớn, siêu thị, trung tâm thương mại), còn trong công nghiệp cáp điện đơn lõi thường được dùng với các máy móc sử dụng mức điện áp từ trung đến hạ thế, chẳng hạn như dòng cáp điện trung thế đơn lõi loại mềm NTMCWOEU (Flexible Medium Voltage Single Core Cable), cáp điện trung thế đơn lõi loại mềm NTMCGCWOEU do nhà sản xuất cáp điện đặc biệt Feichun sản xuất theo tiêu chuẩn cáp điện công nghiệp của Đức (VDE).

• Dây cáp đa lõi (Multicore): gồm nhiều lõi dẫn điện được bện lại với nhau. Khả năng ghép nối dễ dàng, dễ uốn nắn, dẫn điện và dẫn nhiệt hiệu quả là những đặc điểm nổi bật của dòng cáp đa lõi. Các kiểu cáp điện đa lõi phổ biến thường là loại cáp điện hai lõi và ba lõi. Một số dòng cáp điện có tùy biến cấu hình nhiều lõi hơn để đáp ứng nhu cầu sử dụng cho những ứng dụng, máy móc và thiết bị.

Ngoài các lõi dây pha dẫn điện ra, các điện công nghiệp còn có thể thiết kế kèm những đoạn dây cáp hỗ trợ truyền tín hiệu điều khiển hoặc điều phối tác vụ của máy móc, thiết bị phục vụ công nghiệp. Chẳng hạn như loại cáp điện Type 245 điện áp 1.1 to 6.6KV sản xuất theo tiêu chuẩn AS/NZS của Đức với cụm 3 dây điều khiển đặt ở tâm cáp.

3.3. Phân loại theo cấp điện áp sử dụng

Các máy móc ứng dụng trong công nghiệp được chia làm nhiều loại theo cấp độ mạng lưới điện áp mà nó sử dụng. Hiện nay, mạng điện áp được chia làm 3 cấp, gồm: điện hạ thế, điện trung thế và điện cao thế. Tương ứng với đó là 3 loại dây cáp điện:

• Dây cáp điện hạ thế: Cáp điện hạ thế được dùng trong các ứng dụng công nghiệp và xây dựng cơ sở hạ tầng (công cộng, dân sự,v.v). Cáp điện hạ thế có thể hoạt động trong mức điện áp không quá 0.6/1kV. Các dây điện hạ thế thường được lắp đặt trong các hệ thống thang máy, cầu trục, cổng trục, cáp truyền tải điện cho máy khoan, đục trong công nghiệp khai khoáng,v.v.
• Cáp điện trung thế: cáp điện dùng cho các ứng dụng sử dụng điện áp trung thế được dùng để truyền tải điện năng ở mức cao hơn hạ thế. Cụ thể, dây cáp điện trung thế có thể đáp ứng yêu cầu sử dụng điện áp trong khoảng từ 3kV đến 36kV, trong khi mức điện áp trung thế phổ biến ở Việt Nam mà các thiết bị công nghiệp sử dụng nằm trong khoảng 24kV. Các loại cáp điện trung thế đảm bảo việc truyền tải điện năng từ nguồn cấp điện tới các điểm trung chuyển (trạm biến áp, máy móc,v.v.) một cách ổn định, an toàn.
• Dây cáp điện cao thế: dây điện cao thế mà chúng ta có thể thấy phổ biến nhất là trên các cột điện cao thế trên đường dây truyền tải điện, các dây này được cách điện tăng cường hơn so với cáp điện thông thường để đảm bảo an toàn. Dây cáp cao thế được dụng ở mức điện áp cao nhất trong ba loại, tối thiểu từ 35kV. Việc treo cáp trên không là phương án tối ưu được sử dụng ở nhiều quốc gia, giúp tiết kiệm diện tích và đảm bảo an toàn cũng như dễ dàng bảo trì trong quá trình vận hành, truyền tải điện năng.

3.4. Phân loại dây cáp điện công nghiệp dựa vào kết cấu, cấu hình ruột dẫn

Cách phân loại theo kết cấu ruột của cáp điện công nghiệp được chia làm hai loại: cáp ruột mềm và cáp ruột cứng. Cáp ruột mềm là loại cáp điện được cấu tạo từ nhiều sợi cáp mềm bằng đồng hoặc chất liệu dẫn điện khác, cáp ruột cứng là loại cáp điện cấu thành từ sợi cáp cứng hoặc nhiều tao cáp mềm bện lại với nhau để tăng độ cứng cáp cho cáp.

Về mặt cấu hình, các loại cáp công nghiệp đặc thù còn có những dây cáp tiếp địa được đặt xen kẽ ở phía ngoài các dây pha hoặc có thể thiết kế theo kiểu xếp tròn xung quanh các dây pha như một lớp bọc bên ngoài các dây pha.

3.5. Phân loại các dây cáp điện công nghiệp dựa vào lớp vỏ bọc

3.5.1. Dựa vào kiểu dáng vỏ bọc

Dựa vào kiểu dáng thiết kế vỏ ngoài của cáp điện công nghiệp, được phân loại thành: cáp tròn, cáp dẹt, cáp hình oval,v.v.

3.5.2. Dựa vào chất liệu chế tạo vỏ bọc

Vỏ bọc của cáp điện nói chung và cáp điện công nghiệp nói riêng được chế tạo dựa theo những chất liệu, đặc tính kỹ thuật như:

• Dây cáp điện có vỏ bọc ngoài bằng PVC: chẳng hạn như dòng cáp điện ba pha MP-GC được sản xuất theo tiêu chuẩn ICEA/CAN.
• Dây cáp điện có vỏ bọc bên ngoài bằng PUR: ví dụ như dòng cáp điện ÜNFLEX PUR.
• Dây cáp điện có vỏ bọc TPE.
• Dây cáp điện vỏ cao su: chẳng hạn như dòng cáp điện cao su trung hòa H07RN-F/ 07RN-F (Feichun và nhiều nhà sản xuất theo tiêu chuẩn cáp điện của Đức – VDE).
• Dây cáp chế tạo bằng chất liệu không chứa halogen.

3.6. Phân loại cáp điện theo tính chuyên dụng

Các dòng sản phẩm cáp điện công nghiệp chuyên dụng theo lĩnh vực ứng dụng, hiện nay có thể kể đến như:

• Cáp điện cần cẩu (Crane Power Cable).
• Cáp điện cho cầu trục (Crane Festoon Cable).
• Cáp điện cho khai thác mỏ (bao gồm: cáp điện cao su cho khai mỏ (Rubber Mining Cable), cáp kéo dùng trong khai thác mỏ (Mining Trailing Cable)).
• Cáp điện dùng cho các ứng dụng, hệ thống băng tải bánh xích (Drag Chain Cable).

4. Những thông số kỹ thuật cơ bản của dây cáp điện cần lưu ý

Thông số kỹ thuật của cáp điện công nghiệp không chủ giúp người dùng có thể hiểu và đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật cho ứng dụng hoạt động trên máy móc một cách an toàn và đảm bảo hiệu suất của hệ thống điện công nghiệp. Trong đó, một số thông số kỹ thuật cơ bản đáng chú ý có thể kể đến như:

4.1. Dải điện áp hiệu dụng (Voltage range)

Dải điện áp khả dụng là mức điện áp tối đa mà dây cáp điện có thể chịu được mà không gặp phải sự cố hay tổn hại nào. Các dải điện áp phổ biến cho dây cáp điện công nghiệp thường từ 600V đến 35kV (tùy ứng dụng, thiết bị, máy móc cụ thể).

4.2. Dải nhiệt độ hoạt động

Dải nhiệt độ hoạt động (Temperature range): đây là khoảng nhiệt độ thấp nhất và cao nhất mà cáp điện có thể hoạt động mà không gặp bất kỳ sự cố nào, chẳng hạn như: -40°C đến 90°C.

4.3. Kích thước, tiết diện lõi dẫn điện

Kích thước hay cụ thể là diện tích tiếp xúc của lõi dẫn điện là yếu tổ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất dẫn điện của dây cáp. Thông số kích thước bề mặt tiếp xúc lõi cáp được đo bằng đường kính (D) hoặc diện tích tiếp xúc của lõi dẫn (tiết diện), được đo bằng đơn vị: mm2 hoặc AWG (American Wire Gauge).

4.4. Chất liệu chế tạo vỏ bọc của cáp

Vỏ bọc của cáp điện công nghiệp là lớp bảo vệ của dây cáp điện khỏi những yếu tố gây hại bên ngoài có thể ảnh hưởng tới tính toàn vẹn và hiệu năng của cáp. Có nhiều chất liệu chế tạo vỏ bọc ngoài của cáp điện công nghiệp, phổ biến nhất có thể kể đến: 

• Hợp chất PVC (dùng để chế tạo vỏ ngoài của cáp);
• XLPE (dùng để chế tạo lớp vỏ bọc bên trong của cáp);

Ngoài ra còn có những chất liệu cao su tổng hợp được ứng dụng làm vỏ cáp như: 5GM3/5GM5 (cao su clo hóa) – dùng chế tạo vỏ ngoài;

• GM1b – dùng để chế tạo vỏ bọc trong;
• Cao su Ethylene Propylene (EPR) type 3GI3 dùng làm lớp bọc cách điện.

4.5. Tiêu chuẩn chế tạo, đánh giá chất lượng cáp điện công nghiệp

Các tiêu chuẩn chế tạo và đánh giá chất lượng mà cáp điện được đề xuất để sản xuất theo là yếu tố quan trọng khi đánh giá chất lượng và mức độ an toàn của loại cáp điện công nghiệp đó. Các tiêu chuẩn cáp điện công nghiệp phổ biến có thể kể đến như: VDE (của Đức), ICEA/CAN (tiêu chuẩn cáp điện Bắc Mỹ – Hoa Kỳ và Canada), tiêu chuẩn AS/NZS (tiêu chuẩn cáp điện của các nước châu Úc, gồm Australia và New Zealand) và các tiêu chuẩn khác như HAR, UL, CSA…

5. Vai trò của cáp điện công nghiệp

Chúng ta có thể hình dung như sau, nếu các máy móc, thiết bị giống như một cơ thể sống cần dòng điện (giống như máu) để khởi động và duy trì năng lượng vận hành thì dây cáp điện công nghiệp đóng vai trò như các huyết mạch (mạch máu) đưa dòng điện tới khắp các bộ phận cần thiết tiêu thụ điện trên máy móc để có thể hoạt động phục vụ sản xuất một cách ổn định. Một số lý do mà ADACO thấy rằng dây cáp điện đóng vai trò quan trọng trong hoạt động công nghiệp, có thể kể đến như:

5.1. Truyền tải dòng điện ổn định với mức độ tin cậy cao

Trong môi trường công nghiệp, tình trạng mất điện hay tín hiệu điều khiển chập chờn có thể gây ra sự gián đoạn trên dây chuyền sản xuất. Từ đó, gây thiệt hại về mặt kinh tế cho doanh nghiệp, hay nghiêm trọng hơn là làm hỏng các thiết bị điện tử quan trọng. Vì vậy, sử dụng dây cáp điện công nghiệp tốt, đảm bảo tính ổn định cho quá trình sản xuất diễn ra ổn định, liên tục và đảm bảo khả năng vận hành hiệu quả.

5.2. Khả năng chống chịu trước môi trường khắc nghiệt

Môi trường công nghiệp thường có những yếu tố đặc thù, có thể ảnh hưởng tiêu cực với hiệu suất và độ bền của cáp điện, các yếu tố đó có thể kể đến như: nhiệt độ cao, có hóa chất, nhiều bụi bẩn, độ ẩm cao,v.v. Là những yếu tố không thể tránh khỏi. Vì vậy, việc lựa chọn sử dụng các loại dây cáp điện công nghiệp được thiết kế chuyên dụng cho những ứng dụng đặc thù cũng cần được ưu tiên. Điều này thể hiện ở chất liệu chế tạo cáp điện công nghiệp thường có tính đặc thù dựa theo khả năng chống chịu của vật liệu chế tạo như: Vỏ ngoài của cáp thường được chế tạo bằng các vật liệu phù hợp (chẳng hạn như: PVC, XLPE, PUR…) là yếu tố quan trọng giúp giảm thiểu rủi những sự cố và rủi ro không mong muốn có thể xảy ra, cũng như nâng cao tuổi thọ của các thiết bị và hệ thống điện trong công nghiệp.

5.3. Đảm bảo hiệu suất và tiết kiệm năng lượng

Sử dụng dây cáp điện công nghiệp chất lượng cao giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng do hao hụt trong quá trình truyền tải. Từ đó, tăng hiệu suất hoạt động của các thiết bị điện và giảm chi phí tiêu thụ điện năng trong các ứng dụng, thiết bị công nghiệp.

5.4. Đảm bảo an toàn lao động

Dây cáp điện loại dùng trong các ứng dụng công nghiệp chuyên biệt được thiết kế để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về an toàn và giảm thiểu rủi ro tai nạn tiềm ẩn trong lao động, phòng ngừa các sự cố cháy nổ, ngắn mạch điện,v.v. Mỗi loại cáp điện tương ứng với những ứng dụng công nghiệp khác nhau sẽ có khả năng chịu tải (điện áp) cao, góp phần bảo vệ an toàn cho người lao động trực tiếp và tài sản của doanh nghiệp.

6. Một số cách lựa chọn dây cáp điện công nghiệp cơ bản

Trên thị trường hiện có rất nhiều thương hiệu, nhà sản xuất cáp điện khác nhau. Để giúp quý vị và các bạn lựa chọn được loại cáp điện phù hợp, đáp ứng nhu cầu sử dụng ADACO xin gợi ý tới quý vị và các bạn một số tiêu chí sau:

• Lựa chọn những sản phẩm mà có nhãn mác, có thông tin chi tiết về sản phẩm in trên bao bì và trên chính dây dẫn.
• Các thông tin chi tiết như cấu tạo, tiết diện, và các thông số kỹ thuật khác…sẽ có đầy đủ trên dây cáp điện công nghiệp chất lượng chính hãng.
• Vỏ dây điện chính hãng sẽ có bề ngoài trơn láng, mịn, không sần sùi.
• Chất vỏ ngoài của dây cáp điện công nghiệp tùy theo chủng loại và mục đích, ứng dụng sử dụng có thể rất dẻo, có độ đàn hồi cao (cáp điện mềm) cũng có thể cứng, không dễ bở, nứt đứt gãy khi kéo dãn với lực căng lớn (cáp cứng) để phù hợp với các ứng dụng cuốn cáp trên rulo, tang cuốn hoặc kéo cáp đi dây trong môi trường khai thác mỏ.

Kết Luận

Trên đây là tổng hợp các thông tin cơ bản về cáp điện công nghiệp mà ADACO đúc kết thông qua những đặc điểm, tính chất và chức năng của cáp điện công nghiệp trong quá trình thi công, triển khai nhiều dự án thiết bị công nghiệp như cầu trục, cổng trục,v.v. Hi vọng, sẽ giúp quý vị và các bạn nắm được những yếu tố chính của cáp điện công nghiệp. Để từ đó tìm hiểu sâu tới những dòng cáp điện công nghiệp cụ thể theo từng ứng dụng, lĩnh vực.