Tin tức
Cách tính sụt áp trên đường dây theo tiêu chuẩn IEC
Trong hệ thống điện, sụt áp trên đường dây là hiện tượng không thể tránh khỏi khi dòng điện truyền tải qua dây dẫn. Việc tính sụt áp đúng cách không chỉ giúp thiết bị hoạt động ổn định, mà còn hạn chế tổn hao điện năng và giảm chi phí vận hành. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn cách tính sụt áp trên đường dây theo tiêu chuẩn IEC, nhờ đó bạn có thể chọn đúng tiết diện dây dẫn và bố trí hệ thống hợp lý ngay từ giai đoạn thiết kế.
Sụt áp là gì? Vì sao phải tính đúng từ giai đoạn thiết kế
Trong một hệ thống điện, khi dòng điện di chuyển từ nguồn đến tải, một phần điện áp luôn bị tiêu hao trên chính dây dẫn. Hiện tượng đó được gọi là sụt áp (Voltage Drop). Về cơ bản, điện trở và điện kháng của dây dẫn khiến điện áp ở đầu cuối tải luôn thấp hơn so với điện áp đầu nguồn. Nếu không được tính toán kỹ lưỡng, sụt áp có thể khiến thiết bị điện hoạt động yếu, đèn chiếu sáng bị mờ, động cơ không đủ mô-men xoắn hoặc thậm chí làm tăng nhiệt độ dây dẫn, dẫn đến cháy nổ.
Theo tiêu chuẩn IEC 60364 (và tương đương TCVN 7447-5-52), mức sụt áp cho phép trong hệ thống điện được giới hạn như sau:
| Loại tải điện | Mức sụt áp cho phép | Ghi chú |
|---|---|---|
| Chiếu sáng dân dụng | ≤ 3% | Tính từ tủ phân phối đến điểm sáng cuối cùng |
| Ổ cắm, thiết bị điện nhẹ | ≤ 5% | Cho mạch điện ngắn và trung bình |
| Động cơ, thiết bị công nghiệp | ≤ 5% | Cho phép tăng đến 8% khi khởi động |
Khi thiết kế hệ thống điện, việc tính sụt áp đúng ngay từ đầu giúp kỹ sư lựa chọn tiết diện dây dẫn, vật liệu và cách đi dây hợp lý. Điều này không chỉ đảm bảo điện áp ổn định cho các thiết bị mà còn giảm tổn thất điện năng, hạn chế sự cố và tiết kiệm chi phí đầu tư.
Cách tính sụt áp trên đường dây
Để đảm bảo điện áp tại tải không thấp hơn giới hạn cho phép, việc tính sụt áp trên đường dây là bước bắt buộc trong mọi bản vẽ kỹ thuật điện. Công thức tính không quá phức tạp, nhưng đòi hỏi người thực hiện phải hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng như dòng điện, chiều dài dây dẫn, tiết diện, vật liệu và hệ số công suất.
Công thức tính gần đúng nhanh và dễ áp dụng
Trong đa số trường hợp thực tế, công thức tính gần đúng theo tiêu chuẩn IEC được dùng phổ biến để xác định độ sụt áp ban đầu:
ΔU = K × I × L
Trong đó:
- ΔU: Độ sụt áp (V)
- K: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu và điện áp danh định
K = 22 cho dây đồng 1 pha
K = 38 cho dây đồng 3 pha
K = 36 cho dây nhôm 1 pha
K = 66 cho dây nhôm 3 pha
- I: Dòng điện tải (A)
- L: Chiều dài dây dẫn tính theo một chiều (m)
Công thức này cho phép tính nhanh mức điện áp rơi trên đường dây, phù hợp với các mạch có cosφ ≥ 0.85 và chiều dài tuyến không quá lớn. Tuy nhiên, để tính chính xác hơn cho các hệ thống công nghiệp, ta cần xét thêm điện trở, điện kháng và hệ số công suất.
Công thức tính đầy đủ chính xác theo tiêu chuẩn IEC
Công thức đầy đủ khi xét cả điện trở (R) và điện kháng (X):
ΔU= √3×Ι × (R×cosφ+X×sinφ) × L
Áp dụng cho hệ thống 3 pha, còn đối với 1 pha thì bỏ hệ số √3. Trong đó:
- R: điện trở suất của vật liệu dây (Ω/km)
- X: điện kháng (Ω/km) – phụ thuộc vào tần số và cấu trúc dây dẫn
- cosφ: hệ số công suất của tải (thường 0.8–0.9 với động cơ, 1 với chiếu sáng)
- L: chiều dài dây (km)
Khi tính xong, cần quy đổi độ sụt áp tương đối (%):
ΔU%= ΔU/ΔUn × 100
với Un là điện áp danh định (V).
Bảng tra sụt áp theo tiêu chuẩn IEC
Sau khi hiểu công thức, việc áp dụng vào thực tế sẽ nhanh hơn rất nhiều nếu bạn có trong tay bảng tra sụt áp chuẩn IEC.
| Tiết diện (mm2) | Mạch 1 pha | Mạch 3 pha cân bằng | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Động cơ | Chiếu sáng | Động cơ | Chiếu sáng | ||||
| Vận hành | Khởi động | Vận hành | Khởi động | ||||
| Đồng | Nhôm | cosφ=0.8 | cosφ=0.35 | cosφ=1 | cosφ=0.8 | cosφ=0.35 | cosφ=1 |
| 1.5 | 24 | 10.6 | 30 | 20 | 9.4 | 25 | |
| 2.5 | 14.4 | 6.4 | 18 | 12 | 5.7 | 15 | |
| 4 | 9.1 | 4.1 | 11.2 | 8 | 3.6 | 9.5 | |
| 6 | 10 | 6.1 | 2.9 | 7.5 | 5.3 | 2.5 | 6.2 |
| 10 | 16 | 3.7 | 1.7 | 4.5 | 3.2 | 1.5 | 3.6 |
| 16 | 25 | 2.36 | 1.15 | 2.8 | 2.05 | 1 | 2.4 |
| 25 | 35 | 1.5 | 0.75 | 1.8 | 1.3 | 0.65 | 1.5 |
| 35 | 50 | 1.15 | 0.6 | 1.29 | 1 | 0.52 | 1.1 |
| 50 | 70 | 0.86 | 0.47 | 0.95 | 0.75 | 0.41 | 0.77 |
| 70 | 120 | 0.64 | 0.37 | 0.64 | 0.56 | 0.32 | 0.55 |
| 95 | 150 | 0.48 | 0.3 | 0.47 | 0.42 | 0.26 | 0.4 |
| 120 | 185 | 0.39 | 0.26 | 0.37 | 0.34 | 0.23 | 0.31 |
| 150 | 240 | 0.33 | 0.24 | 0.3 | 0.29 | 0.21 | 0.27 |
| 185 | 300 | 0.29 | 0.22 | 0.24 | 0.25 | 0.19 | 0.2 |
| 240 | 400 | 0.24 | 0.2 | 0.19 | 0.21 | 0.17 | 0.16 |
| 300 | 500 | 0.21 | 0.19 | 0.15 | 0.18 | 0.16 | 0.13 |
Ví dụ tính sụt áp chi tiết
Cho dây đồng 3 pha tiết diện 25 mm², chiều dài 150 m, cấp điện cho động cơ 400 V có các thông số sau:
- Dòng làm việc định mức: IB = 35 A, với cosφ = 0,8 ở chế độ vận hành bình thường.
- Dòng khởi động: Ikđ = 175 A = 5 × IB, với cosφ = 0,35 khi khởi động.
- Sụt áp tại điểm nối vào tủ phân phối: 10 V (ứng với dòng tổng 320 A khi hệ thống vận hành ổn định).
Yêu cầu:
Tính sụt áp tại đầu vào động cơ ở
- Chế độ vận hành bình thường.
- Chế độ khởi động động cơ.
Giải đáp:
– Sụt áp ở chế độ bình thường:
Công thức tính: Δ𝑈%=(100×Δ𝑈) /𝑈𝑛
Theo bảng tra IEC, với dây đồng 3 pha tiết diện 25 mm², ta có: 𝐾=1,3 V/A/km
⇒ Sụt áp trên cáp: Δ𝑈cáp=1,3×35×0,15=6,825 V
Tại tủ phân phối, sụt áp đã có sẵn 10 V, vậy tổng sụt áp là: Δ𝑈tổng=6,825+10=16,825V
⇒ Sụt áp phần trăm: Δ𝑈%=(16,825/400)×100=4,21%
Vậy giá trị 4,21% nhỏ hơn giới hạn 5%, đạt tiêu chuẩn cho mạch động lực 3 pha.
– Sụt áp khi khởi động động cơ:
Tương tự, với cosφ = 0,35, hệ số tra được là: 𝐾=0,65 V/A/km
⇒ Sụt áp trên cáp: Δ𝑈cáp=0,65×175×0,15=17,06 V
Khi khởi động, dòng tổng qua tủ phân phối tăng lên: 𝐼tổng=285+175=460 A
Giả sử sụt áp tại tủ tỷ lệ tuyến tính theo dòng, ta có: Δ𝑈tủ=10×(460/320)=14,38 V
⇒ Tổng sụt áp toàn tuyến: Δ𝑈tổng=17,06+14,38=31,44 V
⇒ Sụt áp phần trăm: Δ𝑈%=(31,44/400)×100=7,86%
Vậy giá trị 7,86% vẫn nằm trong giới hạn cho phép (≤ 8%) khi khởi động động cơ.
Các yếu tố làm tăng sụt áp thực tế và cách khắc phục
Trong thực tế thi công, có nhiều nguyên nhân khiến độ sụt áp trên đường dây cao hơn giá trị tính toán. Dưới đây là những yếu tố ảnh hưởng phổ biến và cách khắc phục hiệu quả mà kỹ sư điện cần nắm rõ.
- Khi khoảng cách giữa tủ điện và thiết bị tải vượt quá 100 – 150m, điện áp tại đầu tải sẽ giảm nhanh, đặc biệt ở các mạch chiếu sáng hoặc động cơ có cosφ thấp. Cách khắc phục là nên bố trí tủ điện trung gian hoặc tủ phân phối phụ gần tải để rút ngắn chiều dài tuyến cáp.
- Việc chọn dây quá nhỏ để tiết kiệm chi phí là nguyên nhân phổ biến khiến sụt áp tăng cao, gây hao tổn điện năng và tăng nhiệt trên dây dẫn. Hãy chọn tiết diện theo đúng công thức và bảng tra tiêu chuẩn IEC và ưu tiên dây đồng cho mạch công suất lớn.
- Dây đi vòng vèo, nhiều điểm gấp khúc, thiếu khe thoáng hoặc bó chặt trong ống sẽ làm tăng điện trở tổng, cản trở khả năng tản nhiệt. Dùng máng cáp, thang cáp, khay cáp để đi dây thẳng, gọn, đảm bảo tản nhiệt đều.
- Các điểm nối lỏng hoặc bị oxy hóa làm tăng điện trở tiếp xúc, dẫn đến tổn hao điện áp và sinh nhiệt cục bộ. Sử dụng đầu cos, bulông và phụ kiện đạt chuẩn; kiểm tra siết chặt định kỳ trong tủ điện phân phối.
- Khi nhiệt độ xung quanh vượt quá 40°C, điện trở dây dẫn tăng nhanh khiến sụt áp thực tế cao hơn tính toán. Giải pháp là lắp đặt cáp trong máng/thang cáp có khe thoáng, chọn dây cách điện XLPE chịu nhiệt tốt hơn PVC.
- Việc bổ sung thêm thiết bị, máy móc mà không nâng cấp dây dẫn sẽ làm tăng dòng tải, kéo theo sụt áp lớn hơn. Để phòng tránh, nên dự phòng tiết diện dây lớn hơn 20–25% so với tải ban đầu, dùng tủ điện chính (MSB) có khả năng mở rộng.
- Khi ghép nối sai loại vật liệu, lớp oxy hóa giữa hai kim loại làm tăng điện trở tiếp xúc, dễ phát sinh tia lửa điện. Vậy nên, hãy dùng cos chuyên dụng nhôm đồng, bôi mỡ dẫn điện và siết đúng lực theo hướng dẫn nhà sản xuất.
Dù công thức tính sụt áp có chính xác đến đâu, nếu thi công không đúng kỹ thuật, sử dụng vật liệu kém chất lượng hoặc bố trí tuyến dây không hợp lý, độ sụt áp thực tế vẫn có thể vượt chuẩn.
Hy vọng qua bài viết này, bạn đã hiểu rõ cách tính sụt áp trên đường dây theo tiêu chuẩn IEC, cùng với công thức, bảng tra và ví dụ thực tế để dễ dàng áp dụng trong thiết kế thi công hệ thống điện. Việc tính toán đúng giúp đảm bảo thiết bị vận hành ổn định, hạn chế tổn thất điện năng và kéo dài tuổi thọ cho toàn bộ công trình. Nếu bạn đang tìm giải pháp thi công thang máng cáp hoặc tủ điện phân phối đạt chuẩn kỹ thuật, Hoàng Phát luôn sẵn sàng đồng hành, mang đến hệ thống điện an toàn, tối ưu và tiết kiệm nhất cho mọi dự án.
