Tiêu chuẩn sụt áp cho phép!

Sụt áp là hiện tượng điện áp ở đầu ra cấp cho thiết bị điện nhỏ hơn điện áp ở đầu đầu vào của mạch điện (hoặc đầu ra của nguồn điện và vào mạch).

Nguyên nhân sụt áp được xác định là do điện trở (trở kháng điện xoay chiều) với các phần tử thụ động trong mạch bao gồm dây điện kích thước nhỏ, tiếp điểm và nối nối ảnh hưởng đến hiệu suất tải diện dẫn đến sụt áp.

Tại sao phải đo độ sụt áp

Khi tải hoạt động ở mức điện áp thấp hơn điện áp định mức của nó có thể dẫn đến nóng động cơ khiến tuổi thọ hoạt động của thiết bị đó bị hao tổn, tăng chi phí vận hành sửa chữa và gây phiền toái cho người tiêu dùng.

Điện áp thấp đối với các thiết bị điện tử nhạy cảm như máy tính, máy in laser, máy sao chép, … có thể khiến thiết bị bị khóa lại hoặc sập nguồn đột ngột dẫn đến mất dữ liệu thậm chí hỏng thiết bị. Các tải sử dụng điện trở (lò sưởi, đèn sợi đốt) sinh nhiệt nếu hoạt động ở điện áp thấp sẽ không cung cấp công suất đầu ra danh định nư mong đợi…

Độ sụt áp theo các tiêu chuẩn

1. IEC và ANSI

• Tiêu chuẩn Châu Âu IEC 60034-1 và IEC 60038, tiêu chuẩn ANSI của Mỹ C84.1 quy định độ sụt áp cho phép.
• Ở Liên minh Châu Âu, điện áp danh định là 230 / 400V với phạm vi ± 10% đối với thiết bị nói chung và ± 5% đối với thiết bị điện có động cơ quay.

2. Bộ luật điện Hoa Kỳ (NEC)

• Mạch nhánh: Dây dẫn mạch nhánh phải có kích thước phù hợp để sụt áp tối đa là 3%. Tổng sụt áp tối đa khi kết hợp mạch nhánh và bộ cấp nguồn không được vượt quá 5%;
• Dây trung chuyển (Feeders): Dây dẫn trung chuyển phải có kích thước để ngăn điện áp giảm tối đa là 3%. Tổng sụt áp tối đa khi kết hợp mạch nhánh và bộ cấp nguồn không được vượt quá 5%.
• Bộ chuyển đổi pha: Đột sụt áp từ nguồn điện đến bộ chuyển đổi pha không được vượt quá 3%.

3. Tiêu chuẩn AS/NZS của Úc

• Độ sụt áp giữa điểm cung cấp cho hệ thống lắp đặt điện hạ áp và bất kỳ điểm nào trong hệ thống điện đó không được vượt quá 5%.
• Trường hợp điểm cung cấp là các đầu nối hạ áp của trạm biến áp nằm trong khuôn viên có lắp đặt hệ thống điện và dành riêng cho việc lắp đặt thì điện áp giảm cho phép là 7%.
• Đối với các hệ thống độc lập được thiết kế sao cho sự kết hợp của điện áp đầu ra từ nguồn, cùng với sự sụt áp trong quá trình lắp đặt, không làm cho điện áp sử dụng của thiết bị hạ áp giảm tổng cộng hơn 11%.

4. Độ sụt áp theo Singapore (SS)

Singapore quy định về hệ thống dây dẫn SS638 (trước đây gọi là CP5), trong đó điện áp của dây dẫn không được vượt quá 4%.

5. Quy phạm trang bị điện Việt Nam

Tổn thất điện áp trong các điều kiện theo Điều I.2.39:

Mức điện áp tại các điểm trong lưới điện phải xác định theo phương thức vận hành và theo chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu. Trong điều kiện bình thường, độ lệch điện áp được phép dao động trong khoảng ±5% so với với điện áp danh định và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả thuận.

Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ -10% đến +5%.

Cách tính độ sụt áp thực tế

• Ở điện 1 pha: V_drop = I_wire × 2 × L × R_wire / 1000_, trong đó V_drop là mức sụt điện áp có đơn vị Volt, I_wire là cường độ dòng điện của dây có đơn vị Ampe, R_wire là điện trở đoạn dây có đơn vị Ω/kilometer (nên R phải chia cho 1.000), L là chiều dài đoạn dây sụt áp có đơn vị meter.
• Ở điện 3 pha: V_drop = 1.732 × I_wire × L × R_wire / 1000, trong đó V_drop có đơn vị Volt, I có đơn vị Ampe, R có đơn vị Ω/kilometer (nên R phải chia cho 1.000), L có đơn vị meter.

Cách tính tiết diện dây dẫn dựa trên độ sụt áp

Cách 1: Tiết diện dây dẫn được tính dựa trên điện trở cho phép của đoạn dây bị sụt áp (R_wire) theo NEC của Hoa Kỳ.

Ví dụ điện áp 120V 1 pha, dòng điện cần tải là 25A, chiều dài 100m, độ sụt áp cho phép là 3%.

1. Độ sụt áp cho phép V_drop = 120V x 3% = 3,6V.
2. R_wire = 1000 x V_drop / ( 2 x I_wire × L) = (1000 x 3,6V) / (2 x 25A x 100) = 0,72 ohm /km.
   
3. Tra bảng tiết diện trong NEC thì kích thước dây dẫn điện phù hợp là AWG # 6  = 16mm2.

Cách 2: Tiết diện của dây dẫn điện có thể được tính và tra bảng dựa trên Độ sụt áp tối đa/ Ampe/ mét (Vds):

Tới bước thứ 3 kết hợp tra bảng tham khảo, bạn sẽ tìm được tiết diện dây dẫn phù hợp với mức độ sụt áp cho phép. Tham khảo ví dụ sau đây:

Ví dụ 200m dây điện phải chịu tải 100A. Điện áp cung cấp là điện 3 chiều 415V. Độ sụt áp tối đa cho phép là 4%.

1. Vmax = 4% x Điện áp nguồn = 4% x 415V = 16.6V.
2. 
3. Từ bảng trên, chọn Vds sao cho Vds < Vd = 0.83 mV/A/m. Ví dụ nếu là dây điện 3 pha 4 dây ở cột cuối cùng, Vds = 0.610 là phù hợp.
4. Tra ngược lại cột đầu tiên sẽ ra tiết diện dây dẫn là 70mm2.

Để xem chi tiết cách tính tiết diện dây theo cường độ tải và độ sụt áp, bạn xem tại đây.