Cáp điện hạ thế là gì?

Cáp điện hạ thế là danh mục sản phẩm đa dạng và phức tạp nhất trong ngành công nghiệp dây cáp, bao trùm vô số ứng dụng từ dây điện dân dụng, dây điều khiển máy công cụ cho đến cáp chuyên dụng cho tàu biển, giàn khoan.

Theo quy ước kỹ thuật, “hạ thế” trong bài viết này đề cập đến các loại cáp được thiết kế để hoạt động ở mức điện áp giữa các pha dưới 1kV (1.000 Volt). Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của cáp hạ thế là: độ dày của lớp cách điện và vỏ bọc thường được quyết định bởi yêu cầu về độ bền cơ học và khả năng chống chịu môi trường hơn là yêu cầu về cấp điện áp.

I. Yếu tố nền tảng trong thiết kế cáp hạ thế

1. Lựa chọn vật liệu lõi dẫn

Việc lựa chọn vật liệu cho lõi dẫn là sự cân bằng giữa các yếu tố: độ linh hoạt, độ dẫn điện, khả năng kết nối và chi phí.

• Đồng (Copper): Đồng mềm được tôi luyện là lựa chọn áp đảo. Nó được ưu tiên khi cần tiết diện nhỏ, độ linh hoạt cao và khả năng kết nối dễ dàng tại các đầu cuối.
• Nhôm (Aluminum): Là giải pháp kinh tế hơn, có lợi thế về trọng lượng (nhẹ hơn), phù hợp cho các đường dây trên không. Trong các ứng dụng công nghiệp trong nhà, hợp kim nhôm series 8000 thường được sử dụng thay vì nhôm 1350 tinh khiết. Hợp kim này giúp giảm hiện tượng “chảy nguội” (cold flow) khi bị siết chặt trong các đầu nối dạng ốc vít, đảm bảo kết nối bền vững hơn.

2. Lớp phân cách (Separator)

Đôi khi, một lớp băng mỏng được quấn quanh lõi dẫn trước khi bọc cách điện. Lớp này có hai mục đích chính:

1. Giúp việc tuốt vỏ cách điện dễ dàng hơn mà không làm hỏng lõi.
2. Ngăn các phản ứng hóa học không mong muốn giữa lõi kim loại và lớp cách điện có thể làm suy giảm chất lượng vật liệu theo thời gian.

II. Phân loại cáp hạ thế theo cấu trúc

Dưới đây là các loại cấu trúc phổ biến, đi từ đơn giản đến phức tạp.

1. Cấu trúc một lõi, một lớp cách điện

Đây là dạng cáp đơn giản nhất, chỉ gồm một lõi dẫn và một lớp vật liệu duy nhất đóng cả hai vai trò: cách điện và bảo vệ cơ học.

• Ví dụ 1: Cáp phân phối ngầm (URD/USE):
  • Rất phổ biến trong lưới điện hạ thế, thường có lõi nhôm và một lớp cách điện duy nhất bằng XLPE. Lớp XLPE này được pha thêm carbon đen để chống tia UV, giúp nó có độ bền cơ học và khả năng chống chịu thời tiết tuyệt vời, hoạt động như cả lớp cách điện và vỏ bọc. Cáp này có thể được chôn trực tiếp dưới đất.

• Ví dụ 2: Dây đơn PVC (loại TW, THW…):
  • Có khả năng chống cháy tốt, chi phí thấp và dễ dàng tạo màu để phân biệt pha. Tuy nhiên, PVC có nhược điểm lớn là trở nên giòn và dễ nứt vỡ ở nhiệt độ thấp.

2. Cấu trúc một lõi, có lớp vỏ bọc bảo vệ

Khi lớp cách điện không đủ để đáp ứng mọi yêu cầu, một lớp vỏ bọc (jacket) riêng biệt sẽ được thêm vào bên ngoài để cung cấp thêm các đặc tính như: tăng cường độ bền, chống nắng, chống hóa chất, chống cháy, hoặc ít khói không halogen (LSZH) để tăng cường an toàn PCCC.

• Ví dụ: Cáp THHN/THWN: Đây là loại cáp rất phổ biến tại Mỹ, gồm một lớp cách điện PVC và được bọc thêm một lớp vỏ mỏng bằng Nylon bên ngoài. Lớp vỏ Nylon này cực kỳ cứng, giúp tăng độ bền cơ học và giảm ma sát khi kéo dây qua ống luồn, rất hữu ích khi nâng cấp hệ thống dây điện cũ.

3. Cấu trúc xoắn cụm (Plexed Cable)

Đây là một cụm gồm hai (duplex), ba (triplex), hoặc bốn (quadruplex) sợi cáp đơn đã có lớp cách điện được xoắn lại với nhau nhưng không có một lớp vỏ bọc chung bên ngoài.

• Ưu điểm: Giúp việc lắp đặt trong ống luồn dây dễ dàng hơn, giảm thiểu đường kính tổng thể so với việc đi các dây song song, và giảm nhiễu cảm ứng trong mạch AC.
• Nhược điểm: Yêu cầu tổng chiều dài dây đơn lớn hơn (do bị xoắn lại), làm giảm chiều dài cáp tối đa có thể quấn trên một cuộn (reel).

4. Cấu trúc đa lõi (Multiconductor Cable)

Đây là loại cáp gồm nhiều lõi dẫn nằm bên trong một lớp vỏ bọc chung.

• Cáp dạng dẹt (Flat Cable): Các lõi được xếp song song. Thiết kế này thường dùng cho các ứng dụng đặc biệt cần uốn gập theo một trục nhất định (ví dụ: cáp cho máy móc khai mỏ di động) hoặc để thuận tiện cho việc lắp đặt (ví dụ: cáp NM/Romex dân dụng).
• Cáp dạng tròn (Round Cable): Dạng phổ biến nhất. Cáp thường có thêm các sợi độn (filler) bằng nhựa hoặc sợi tổng hợp để giữ cho cáp có hình dạng tròn đều, chắc chắn và chịu lực tốt hơn. Dây tiếp đất thường được đặt vào các khoảng trống giữa các lõi chính.

Các phiên bản đặc biệt của cáp đa lõi:

• Cáp bọc giáp (Armored Cable): Là cáp đa lõi được trang bị thêm một lớp giáp bằng kim loại (thường là các dải kim loại đan xen vào nhau – interlocked armor) để bảo vệ tối đa khỏi các tác động cơ học.

• Cáp Chống Nhiễu (Shielded Cable): Có thêm một lớp màn chắn (thường bằng lá nhôm hoặc lưới đồng) để bảo vệ tín hiệu khỏi nhiễu điện từ (EMI), rất quan trọng cho các ứng dụng điều khiển biến tần (VFD) hoặc truyền dữ liệu.

III. Quy chuẩn kỹ thuật quan trọng (TCVN 5935-1:2013)

Bạn có thể đọc chi tiết ở bài viết này.

Thế giới cáp điện hạ thế cực kỳ phong phú và mỗi thiết kế đều là một sự cân bằng tinh tế giữa các yếu tố về điện, cơ, hóa, và chi phí. Từ một sợi dây đơn giản đi trong nhà cho đến một sợi cáp bọc giáp đa lõi phức tạp trong nhà máy, tất cả đều được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của từng ứng dụng cụ thể, đảm bảo hệ thống điện hoạt động một cách tin cậy và an toàn nhất.