Có nên dùng đồng tái chế để sản xuất dây & cáp điện?

Đồng càng nguyên chất thì càng tốt vì nó phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật điện, ví dụ sản xuất dây cáp điện, lý do là bởi đồng ngyên chất có tính dẫn điện tốt hơn và có khả năng uốn cong cực tốt.

I. Sơ lược về đồng tái chế

Để sản xuất đồng cho kỹ thuật điện, đồng thô thu được trực tiếp từ quặng phải trải qua 2 giai đoạn tinh chế: trước tiên là tinh chế bằng lửa (kim loại học nhiệt) và sau đó là tinh chế bằng điện phân, kết quả là hàm lượng đồng không dưới 99,9%.

Điện phân là một quy trình tốn kém nên khi tái chế đồng thường không áp dụng quy trình điện phân. Tất nhiên quy trình này là không cần thiết đối với đồng tái chế vì hợp kim thu được sau tái chế vẫn có nhu cầu, ví dụ độ tinh khiết của đồng tái chế là đủ cho việc sản xuất đồng thau, cũng như các sản phẩm khác mà không quan trọng tính dẫn điện.

Tại các điểm thu mua phế liệu kim loại màu, đồng được nhận dạng đơn giản bằng cách nhìn trực quan. Thiếu sót chính của đồng được thu được từ việc nấu chảy phế liệu (tái chế) là hàm lượng oxy cao, làm giảm đáng kể các thuộc tính cơ học của nó. Do đó, tinh chế đồng tái chế chủ yếu nhằm mục đích giảm tỷ lệ oxy thay vì tinh chế điện phân. Quy trình hạn chế tỷ lệ đồng oxit có thể bằng lửa nhưng cách đơn giản và rẻ hơn là khử oxy bằng phốt pho.

Theo tiêu chuẩn GOST 859-2014 của Nga, đồng nguyên chất là các loại M1, M0 và M00. Sau khi khử oxy, hàm lượng đồng được quy định không dưới 99,9% cho M1, không dưới 99,93% cho M0 và phải > 99,96% đối với M00. Cũng theo tiêu chuẩn này, các loại M2 và M3 (bao gồm chữ “r”, “f” phía sau) được gọi là đồng tái chế, trong đó các chỉ số “r” và “f” có nghĩa là khử oxy bằng phốt pho. Hàm lượng đồng trong các loại M2 và M2r > 99,7%, trong các loại M3 và M3r > 99,5%.

II. Điện trở của đồng nguyên chất và đồng tái chế

Điện trở trong tiêu chuẩn GOST R 53803-2010 của Nga quy định “Dây đồng cho các mục đích kỹ thuật điện” phải là đồng loại M1, M0, M00, M1b, M0 và M00b, chúng có thể được sử dụng cho các dây dẫn điện, hàm lượng điện trở của chúng không vượt quá 0,017-0,0172Ω mm²/m. Đối với các loại M2, M3, M2r, M3r, M1r và M1f, điện trở của chúng không được quy định nhưng thực tế ứng dụng của đồng loại M2 cho thấy điện trở của nó khoảng 0,02Ω mm²/m. Vì thế có thể giả định rằng đồng loại M3, cũng như các loại đã được tinh chế theo công nghệ khử oxy bằng phốt pho, có điện trở còn cao hơn nữa.

Tiêu chuẩn IEC 60228:2004 quy định về “Các loại dây dẫn cho cáp và dây điện” xác định điện trở của dây dẫn tính theo chiều dài đơn vị 1 km. Ví dụ, một dây đồng đơn không bọc có tiết diện 2.5 mm² với chiều dài chỉ định phải có điện trở không quá 7.41Ω. Các loại M1, M0, M00 và không chứa oxy đáp ứng điều kiện này, nhưng ngay cả loại tốt nhất của đồng tái chế là M2 cũng không đạt yêu cầu.

III. Có nên dùng đồng tái chế để sản xuất dây, cáp điện?

1. Hệ quả của điện trở dây dẫn cao

Điện trở của dây dẫn cao hơn so với tiêu chuẩn là nguyên nhân của các tổn thất năng lượng, dẫn đến sự sụt áp đáng kể khi điện tới người tiêu dùng tùy thuộc vào công suất tải, chưa kể nó cũng là nguyên nhân khiến dây dẫn bị nóng nhanh, có thể gây hư hại cho lớp cách điện của dây cáp điện. Đối với các đường dây trung thế, cao thế thì hậu quả nghiêm trọng nhất có lẽ là sự cố chập điện.

Các thiết bị bảo vệ hiện đại (cầu chì và cầu dao) sử dụng nguyên lý ngắt từ và nhiệt. Đối với bộ ngắt điện từ thì có thể ngắt điện ngay nhưng đối với bộ ngắt bằng nhiệt trong trường hợp quá tải, độ trễ có thể từ 1 giây đến tận 2 phút. Mặc dù độ trễ này giúp tránh việc ngắt mạch nhầm khi bật thiết bị điện hoặc thay đổi tải tức thì, nhưng nếu điện trở dây dẫn không tuân thủ các tiêu chuẩn thì cầu dao nhiệt có thể bị nhầm lẫn sự cố chập điện với quá tải, do đó độ trễ càng lâu thì nguy cơ hỏa hoạn càng lớn.

Ngoài việc điện trở của đồng tái chế cao hơn đồng nguyên chất, giá trị của nó cũng chênh lệch rất rộng khi sản xuất theo từng lô, hiểu đơn giản là các kim loại khác vẫn xâm nhập vào đồng phế liệu khiến tỷ lệ nguyên chất của đồng tái chế rất dễ thay đổi không theo quy luật.

2. Tăng tiết diện cho dây thì sao?

Câu hỏi là liệu có thể giải quyết vấn đề trên bằng cách tăng tiết diện cho các dây dẫn dùng đồng tái chế? Về lý thuyết là có nhưng hãy nghĩ về một bài toán sau: Thay vì dây dẫn có tiết diện 2,5 mm² từ đồng nguyên chất, bạn sẽ phải sử dụng dây dẫn có tiết diện 4 mm² từ đồng tái chế. Ở tiết diện này thì bạn có thể dùng dây hợp kim dựa trên nhôm, vừa nhẹ lại vừa rẻ hơn gấp đôi đồng.

Tóm lại, đồng tái chế so với đồng nguyên chất có điện trở lớn hơn, nhưng nếu nó được tinh chế theo phương pháp điện phân thì về tính chất điện, nó sẽ không khác với đồng nguyên chất là mấy, song giá thành của cáp điện được sản xuất từ đồng này sẽ tương đương với sản phẩm được sản xuất từ đồng nguyên chất. Vì thế, tất cả các sản phẩm cáp và dây dẫn sản xuất từ đồng tái chế đều không phù hợp với tiêu chuẩn, mọi cách sản xuất chúng đều không có lợi.

IV. Cách phát hiện dây, cáp dùng đồng tái chế

Để phát hiện việc các nhà sản xuất dây cáp có sử dụng đồng tái chế trong sản phẩm hay không rất đơn giản, bất kỳ ai quen thuộc với kỹ thuật điện đều có thể kiểm tra điều này. Người ta đo điện trở của đoạn dây dẫn có độ dài nhất định bằng một đồng hồ đo điện trở, sau đó chuyển đổi nó ra theo chiều dài đơn vị là 1 km. Giá trị nhận được sẽ được so sánh với tiêu chuẩn, ví dụ TCVN 6748-1:2009 ở nước ta hoặc của GOST 22483-2021 ở Nga. Nếu không đáp ứng tiêu chuẩn, chắc chắn đó là đồng tái chế đã được sử dụng, hoặc tiết diện dây nhỏ hơn tiêu chuẩn, hoặc kết hợp cả hai.

Hoạt động sản xuất dây, cáp điện không tuân theo tiêu chuẩn của Việt Nam (hoặc IEC và các tiêu chuẩn khác) đã tồn tại rất lâu và dưới nhiều hình thức khác nhau, có thể do còn nhiều khoảng trống pháp lý trong quá trình chuyển đổi nguyên liệu đồng tái chế sang kỹ thuật điện. Dù là gì thì tình trạng này cũng không thể kéo dài mãi mãi nếu muốn đảm bảo quyền lợi cho cả nhà sản xuất chân chính và người tiêu dùng, vì vậy hoặc sẽ phải có một quy định kỹ thuật điện mới cho sản phẩm cáp và dây hoặc phải đưa các tiêu chuẩn mới về lĩnh vực này vào danh mục yêu cầu bắt buộc…

Chúng ta cũng không loại trừ khả năng trong tương lai sẽ có một công nghệ tinh chế rẻ tiền, có thể làm sạch đồng tái chế đến mức độ tinh khiết mà không cần thông qua điện phân. Khi đó, đồng phế liệu có thể được tái chế thành dây dẫn mới cho cáp điện mà không làm giảm chất lượng tải điện. Cho tới lúc đó, có thể khẳng định là không nên đặt cược vào việc sản xuất đồng tái chế cho ngành cáp.