Cách tính tiết diện dây cáp điện hạ thế để đảm bảo An Toàn Điện

Việc quyết định dây dẫn điện phù hợp là việc quan trọng nhằm đáp ứng xác thực yêu cầu về an toàn điện và tiết kiệm kinh phí trong quá trình xây dựng, lắp đặt thiết bị điện. Dưới đây, Kim Quang Electric xin đưa ra một số nguyên tắc cơ bản tham khảo cách tính và chọn tiết diện dây cáp dẫn điện cho nhà phố, biệt thự…

Khái niệm tiết điện dây cáp điện và các yếu tố ảnh hưởng tới tải của dây dẫn điện

Tiết diện dây cáp điện là gì? Tiết diện dây cáp điện là diện tích phần mặt cắt ngang ruột dẫn điện vuông góc với dây dẫn

Một cáp điện cơ bản gồm 3 phần sau:

    • Phần dẫn điện: Được làm bằng nhôm hoặc đồng, vì hai loại này dẫn điện tốt nhất.
    • Phần cách điện: Phần này nằm ở giữa, thường được làm từ nhựa tổng hợp PVC hoặc XLPE
    • Lớp bảo vệ cơ học: Lớp này là lớp vỏ bảo vệ bên ngoài, thường được làm từ nhựa tổng hợp PVC. Một số trường hợp đặc biệt, tùy vào từng môi trường làm việc như ngập nước, chất kiềm hoặc phải chịu tác động lực lớn mà có các vật liệu tương ứng cho lớp bảo vệ cơ học này.

Mỗi cỡ dây/cáp và mỗi chủng loại dây/cáp có mức chịu tải khác nhau. Đối với công trình nhà ở, hướng dẫn này đưa ra cách tính và bảng mô tả công suất chịu tải của các loại dây cáp điện thông dụng. Công suất chịu tải trong các bảng dưới là phù hợp với nhiệt độ môi trường tới 40°C và cũng tính đến vấn đề sụt áp nhằm đảm bảo chất lượng điện sinh hoạt cho nhà ở. Ngoài tính tới sự an toàn điện là trên hết, thì điều này còn giúp tiết kiệm chi phí lắp đặt, giảm thiểu điện năng dư thừa cho người sử dụng (Đảm bảo đủ tiết diện sử dụng điện an toàn mà không phải mua dây quá lớn dẫn tới tốn kém; hoặc sau khi biết được tiết diện của dây dẫn ta có thể dễ dễ dàng chọn được quy cách ống dây luồn dây cáp điện sao cho phù hợp, không bị dư thừa; Một số chủng loại ống thông dụng dùng để bảo vệ dây cáp điện như: Ống HDPE để đi cáp điện ngầm; Thang cáp, máng cáp, khay cáp dùng để chứa dây cáp điện cho tòa nhà hoặc nhà xưởng; Ống luồn cứng Ø16, Ø20, Ø25, Ø32, Ø40, Ø50, Ø63 dùng đi điện âm sàn hoặc âm tường; ống ruột luồn mềm (ống gen, ruột gà) Ø16, Ø20, Ø25, Ø32, Ø40, Ø50 dùng đi điện âm tường; Ống nẹp vuông dùng đi điện nổi)

Cách tính tiết diện dây dẫn theo công suất sẽ giúp hệ thống điện hoạt động ổn định với các thiết bị điện liên kết trong cùng hệ thống. Xác định công suất của các dụng cụ điện đảm bảo được các thiết bị điện có tuổi thọ cao hơn.

Một số yếu tố ảnh hưởng tới việc lựa chọn dây dẫn:

  • Dòng điện định mức

Dòng điện định mức ở một thiết bị điện, điện tử là giới hạn cho phép của dòng điện trong thiết bị đó.

Ở dây dẫn, khi có dòng điện chạy qua dây dẫn, do dòng điện sinh nhiệt nên dây dẫn sẽ nóng lên. Trường hợp nhiệt độ của dây vượt quá mức chịu đựng cho phép thì sẽ dẫn đến hiện tượng cháy, hỏng dây dẫn mất an toàn điện.

Để tránh hiện tượng mất an toàn trên xảy ra cần lựa chọn dây dẫn điện có tải điện lớn hơn tổng tải của thiết bị sử dụng điện. Cụ thể,  tổng tải của thiết bị sử dụng điện chỉ nên bằng tới 70% tải của dây cáp điện sử dụng cho thiết bị đó, hay nói cách khác là chỉ nên dùng 70% tải của dây cáp điện (Theo khuyến cáo từ các nhà sản xuất dây cáp điện).

  • Độ sụt áp

Sụt áp là hiện tượng đo điện áp đầu nguồn cao hơn điện áp cuối nguồn do điện áp bị mất do điện trở của dây tải. Độ sụt áp phụ thuộc vào các yếu tố:

– Dòng điện tải

– Hệ số công suất

– Chiều dài cáp

– Điện trở cáp

– Điện kháng cáp.

  • Một số yếu tố ảnh hưởng khác

– Dòng điện ngắn mạch;

– Cách lắp đặt;

– Nhiệt độ môi trường hoặc nhiệt độ đất.

Để có thể tính chọn dây cáp dẫn điện chính xác về đường kính dây điện cũng như công suất hoạt động dự án công trình, cần phải có kiến thức và kinh nghiệm cách chọn dây điện theo công suất

Các bước tính toán ban đầu để chọn dây cáp điện

Trước khi tính toán tải cho dây cáp điện cần sử dụng, thì việc đầu tiên cần làm trước các bước sau:

Xác định nguồn điện sử dụng

Điều này sẽ giúp cho việc xác định dòng điện bạn sẽ là loại 1 pha hay 3 pha khi vào hệ thống. Cũng như xác định lõi dây điện nguồn điện cung cấp của người bán là những loại nguồn điện nào.

Tổng công suất thiết bị tiêu thụ

Việc sử dụng điện cho các thiết bị điện tử trong các dự án nhà cửa, công ty, doanh nghiệp sẽ khác nhau. Do đó, việc tính toán để có được công suất điện tiêu thụ tổng và nhánh sẽ giúp gia đình quyết định chọn dây điện tốt hơn, cũng như các tiết kiệm nhân công và các vật tư đi kèm như ống luồn dây…

Tính công suất tiêu thụ điện của thiết bị

Trên mỗi sản phẩm thiết bị điện khi sản xuất điều được nhà sản xuất ghi trị số công suất tiêu thụ, điện lượng chuyển qua tiết diện của dây dẫn để hỗ trợ người mua lựa chọn. Do đó, tổng công suất tiêu thụ sẽ là tổng của các trị số công suất của các thiết bị tiêu thụ sử dụng điện trong nhà.

Các đợn vị được quy định như sau:

– W (Watt)

– kW (Kilô-Watt)

– HP (Horse Power- Mã Lực (ngựa))

Người mua có thể gặp các đơn vị khác nhau ghi trên các thiết bị, thì để dễ tính tổng công suất nên quy đổi ra cùng một đơn vị:

1kW = 1.000W

1HP = 750W

Có những hoạt động và thời gian cũng như mức độ sử dụng khác nhau trong từng phần ngôi nhà. Cho nên việc công suất chịu tải của từng nhánh sẽ hoạt động sẽ khác nhau dựa trên cách tính dòng điện mà lắp đặt.

Kỹ sư có thể lắp đặt nhiều loại dây, tính tiết diện dây dẫn điện theo công suất của nó cũng cho từng không gian ngôi nhà.

Lựa chọn dây dẫn theo từng phần trong nhà

– Dây ngoài trời:

Là dây cáp điện dẫn điện từ địa phương nhà cung cấp dịch vụ điện cho người dùng hoặc các thiết bị công cộng ngoài trời. Những loại dây dẫn điện này thường được điện lực địa phương cung cấp

– Đoạn cáp điện kế:

Dây điện từ điểm cuối của dây ngoài trời (Trụ điện) đến điện kế (Công tơ điện, đồng hồ điện) trong nhà dân. Thường đối với dân dụng thì dây này đã có quy cách sẵn áp dụng chung; trừ các công xưởng, tòa nhà thì sẽ xin thiết kế riêng. Phần cáp điện kế này Điện lực địa phương đáp ứng khi đăng ký mở công tơ điện mới. Vì vậy người sử dụng không cần quan tâm!

– Dây dẫn trong nhà:

Phần này người sử dụng phải tính toán kĩ, đường dây dẫn trong nhà gồm có:

    • Đường dây trục chính trong nhà: Là dây truyền tải điện chính trực tiếp từ sau đồng hồ điện không rẽ nhánh trong căn nhà
    • Dây dẫn nhánh: Là dây truyền tải điện từ dây dẫn chính đến công tắc, ổ cắm hoặc thiết bị sử dụng điện

Hiện có khá nhiều cách chọn dây điện truyền tải điện được áp dụng hiện nay. Tuy nhiên có 3 phương pháp chính dựa thông số kỹ thuật dây điện dân dụng được các kỹ thuật viên thường sử dụng:

– Tính toán công thức tính tiết diện dây dẫn trước khi chọn (có công thức chuẩn để áp dụng ).

– Dựa theo tiêu chuẩn quy định chọn tiết diện dây dẫn.

– Dựa theo kinh nghiệm sử dụng và lắp đặt dự án (Chuyên nghiệp).

Chọn tiết diện dây cáp điện theo công thức tính tiết diện dây dẫn

S = I/J = P/Jp

I = P/U

Jp = J x U

Trong đó:

S: là tiết diện dây dẫn được tính bằng mm²

I: dòng điện chạy qua mặt cắt vuông, đơn vị tính bằng Ampere (A)

P: Công suất sử dụng (W)

J: mật độ dòng điện cho phép trên 1 mm² tiết diện ruột dẫn, và được xác định sẵn (A/mm²)

Jp: Công suất chịu tải cho phép trên 1 mm² tiết diện ruột dẫn, và được xác định sẵn (W/mm²)

    • Mật độ của dòng điện được quy ước được cho phép của dây đồng J ≈ 6A/mm² (tương đương Jp 220V ≈ 1.320W/mm², Jp 380V ≈ 2.280W/mm²)
    • Mật độ dòng điện được cho phép của dây nhôm J ≈ 4,5 A/mm² (tương đương Jp 220V ≈ 990W/mm², Jp 380V ≈ 1.710W/mm²)

Ví dụ điện 3 pha 380V:

Một thiết bị 3 pha có công suất là là 10 kW ta có cách tính tiết diện của đoạn dây dẫn có ruột bằng đồng cho thiết bị này như sau:

  • Cách tính cường độ dòng điện tổng là:

I = P/U = 10000 / 380 ≈ 26,3 A

  • Tiết diện dây dẫn tối thiểu (S):

S = I/J = 26,3 / 6 ≈ 4,4 mm² ≈ P/Jp = 10000 / 2280

Như vậy, để tiết điện dây cáp điện ruột đồng cần tối thiểu để dùng cho thiết bị điện 3 pha công suất 10kW là 4.4mm² (Tuy nhiên thực tế dây cáp điện ruột đồng thông dụng không có quy cách 4.4mm², mà có quy cách lớn hơn gần nhất là 5mm², nên phải chọn tiết diện dây cáp điện ruột đồng tối thiểu dùng cho thiết bị này là 5mm²)

Ví dụ điện 1 pha 220V:

  • Tổng công suất các thiết bị điện dùng đồng thời trong gia đình P = 3 kW = 3000 W. Nếu dùng dây đồng làm trục chính trong gia đình thì có cách tính tiết diện dây dẫn như sau:
    • Cường độ dòng điện là:

I = P/U = 3000/220 = 13,6 A

    • Mỗi pha phải có tiết diện (S) tối thiểu:

S = I/J =  13,6/6  ≈ 2,3 mm² ≈ P/Jp =3000/1320

Vậy tiết diện tối thiểu của dây điện đường trục chính trong gia đình là 2,3mm². Trên thị trường thực tế không có quy cách dây điện ruột đồng  2.3 mm² mà có loại lớn hơn gần nhất là 2.5 mm². Tuy nhiên, để dự phòng phát triển phụ tải nên sử dụng cỡ dây 4mm²

  • Dây nhánh trong gia đình (dây di động) từ ổ cắm điện hoặc công tắc điện đến đèn, quạt, ti vi, tủ lạnh hoặc các thiết bị khác có công suất dưới 1kW thì nên dùng đồng loạt 1 dây dẫn điện ruột đồng cách điện PVC có tiết diện 1.5mm². Các dây di động dùng cho bếp điện, lò sưởi… có công suất từ 1kW đến 2kW nên dùng loại cáp 2 lớp cách điện PVC ruột đồng có tiết diện 2×2.5mm² để đảm bảo an toàn cả về điện và về cơ. Đối với thiết bị điện khác có công suất lớn hơn 2kW thì phải tuỳ theo công suất mà tính toán chọn tiết diện dây như trên đã hướng dẫn.

Tuy nhiên, trong thực tế, theo khuyến cáo của các nhà sản xuất dây cáp điện thì để đảm bảo an toàn điện (Phòng tránh nguy cơ chập, cháy nổ điện do trong quá trình sử dụng dây cáp điện sẽ bị nóng lên có thể dẫn tới quá tải điệnthì tổng tải của thiết bị sử dụng điện chỉ nên bằng tới 70% tải của dây cáp điện sử dụng cho thiết bị đó, hay nói cách khác là chỉ nên dùng 70% tải của dây cáp điện. Do đó, với 2 ví dụ trên, để đảm bảo an toàn điện trong quá trình sử dụng thì đối với thiết bị điện 3 pha công suất 10kW nên dùng dây cáp điện ruột đồng ≈ 6mm², còn đối với điện 1P 220V có công suất sử dụng 3000W thì nên dùng dây cáp dẫn điện ruột đồng 3.5 mm² (Chưa tính phụ tải phát sinh, khi lắp đặt phải tính dự phòng phụ tải phát sinh theo nhu cầu thực tế để dùng dây dẫn điện có tiết diện phù hợp).

Chọn tiết diện dây cáp điện qua bảng hướng dẫn

Hiện nay có nhiều nhà sản xuất đã tính toán và sản xuất các loại dây dẫn được mặc định tiết diện dẫn điện. Giúp người dùng dễ dàng tìm hiểu các loại dây dẫn điện và cân nhắc trước khi chọn tiết diện dây dẫn điện phù hợp và tiết kiệm thời gian hơn.Việc chọn công thức để tính tiết diện dây dẫn theo công suất 3 pha hay theo công suất 1 pha sẽ được tính toán của bộ phận thiết kế và thi công dựa vào dòng định mức cáp điện.

Bảng tra tiết diện cáp điện dân dụng

Chọn tiết diện dây cáp điện dựa theo kinh nghiệm sử dụng và lắp đặt dự án

Do liên quan đến sự An Toàn Điện, nên người dùng phương pháp này phải là người chuyên nghiệp về kĩ thuật điện, phương pháp này không khuyến khích áp dụng với đa số mọi người

Phương pháp này, ngoài phải rành về các phương pháp tính tải, tính hệ thống điện, các kĩ thuật chuyên ngành… thì các kĩ thuật viên đã là người trực tiếp thiết kế, thi công và vận hành các dự án; từ đó sẽ đưa ra được giải pháp tối ưu cho tiết diện chịu tải của dây cáp điện nói riêng, và của An toàn toàn hệ thống điện nói chung

Trên đây là 3 phương pháp chính trong việc tính tiết điện dây cáp điện để tất cả mọi người có thể tham khảo; và để vào thiết kế hệ thống điện thực tế thì người không có chuyên môn về điện không nên tự thiết kế và thi công, vì việc tính tiết diện dây cáp điện chỉ là 1 phần nhỏ trong hệ thống điện An toàn. Do đó việc thiết kế, thi công hệ thống điện cần phải có kỹ thuật viên hiểu biết chuyên về điện để thiết kế thi công để đảm bảo An toàn điện, thẩm mĩ và tiết kiệm công, tiết kiệm vật tư, cũng như tiết kiệm điện trong quá trình sử dụng điện.

Một số lưu ý khi chọn sức chịu tải dây điện cho hệ thống điện nhà ở

  • Nên thiết kế hệ thống đường điện phân phối trong nhà thành nhiều nhánh để thuận tiện cho việc ngắt điện khi cần sửa chữa, thay thế.
  • Các dây pha phải thiết kế cùng màu, nên tốt nhất là màu đỏ, cam hoặc vàng.
  • Đối với hệ thống điện nối đất nên thiết kế có màu riêng biệt với tất cả các dây khác và nên chọn dây màu xanh- sọc- vàng hoặc vàng- sọc- xanh (Te).
  • Khi luồn dây trong ống hoặc trong nẹp, phải chọn kích thước ống đủ rộng sao cho dễ luồn, dễ rút mà không ảnh hưởng đến dây.
  • Không đi dây điện nơi ẩm thấp hay quá gần các nguồn nhiệt, hóa chất.
  • Mối nối dây điện phải chặt, tiếp xúc tốt.
  • Không nối trực tiếp ruột dẫn đồng và nhôm với nhau.
  • Đoạn dây đi trong ống không để mối nối.
  • Không đi dây âm trong nền của tầng trệt