Xếp hạng điện áp cáp phù hợp đảm bảo truyền tải điện an toàn

Hãy tưởng tượng một hệ thống điện như một mạng lưới giao thông rộng lớn, nơi cáp đóng vai trò là những con đường cao tốc. Điều gì xảy ra khi lưu lượng giao thông (điện) vượt quá khả năng chịu tải của con đường (cáp)? Câu trả lời rất rõ ràng: tai nạn. Trong hệ thống điện, những "tai nạn" như vậy có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị, nguy cơ mất an toàn hoặc thậm chí là những hậu quả nghiêm trọng hơn. Đây là lý do tại sao việc hiểu rõ định mức điện áp của cáp lại rất quan trọng — chúng hoạt động như các quy tắc giao thông, đảm bảo truyền tải điện an toàn và ổn định.

Định mức điện áp của cáp đóng vai trò là tiêu chuẩn cho thiết kế cáp và kiểm tra điện, là yếu tố xem xét chính khi lựa chọn cáp phù hợp. Các định mức này xác định phạm vi điện áp an toàn và đáng tin cậy mà cáp có thể xử lý, đóng vai trò là nền tảng cho hoạt động ổn định của hệ thống điện. Việc lựa chọn cáp không tương thích với điện áp hệ thống có thể làm giảm hiệu suất thiết bị ở mức tốt nhất hoặc gây ra sự cố an toàn ở mức tồi tệ nhất. Do đó, việc hiểu rõ định mức điện áp — định nghĩa, phân loại và ứng dụng của chúng — là điều cần thiết.

Điện áp định mức của cáp thường được biểu thị bằng sự kết hợp của hai giá trị: Uo/U, đo bằng volt (V).

• Uo: Điện áp hiệu dụng (r.m.s) giữa bất kỳ dây dẫn cách điện nào và "đất" (vỏ kim loại của cáp hoặc môi trường xung quanh). Nói một cách đơn giản, nó thể hiện khả năng cách điện chịu được điện áp giữa dây dẫn và đất.
• U: Điện áp hiệu dụng (r.m.s) giữa bất kỳ hai dây pha nào trong hệ thống cáp nhiều lõi hoặc một lõi, phản ánh khả năng của cáp chịu được điện áp pha-pha.

Một số tiêu chuẩn cáp bao gồm một thuật ngữ thứ ba: Um , được định nghĩa là "điện áp hệ thống tối đa" mà cáp và phụ kiện được thiết kế cho. Điều này thể hiện điện áp cao nhất mà hệ thống có thể gặp phải, mà cáp phải chịu đựng một cách an toàn.

• Hệ thống AC: Điện áp định mức của cáp phải ít nhất bằng điện áp danh định của hệ thống, nghĩa là cả hai giá trị Uo và U phải đáp ứng yêu cầu của hệ thống.
• Hệ thống DC: Điện áp danh định của hệ thống không được vượt quá 1,5 lần điện áp định mức của cáp, vì điện áp DC tạo ra ứng suất cách điện khác so với AC.

• 300/500 V (đôi khi được ghi là 0,3/0,5 kV)
• 450/750 V (hoặc 0,45/0,75 kV)

Lưu ý: Điện áp vận hành của hệ thống có thể vĩnh viễn vượt quá điện áp danh định 10%. Cáp có định mức bằng hoặc cao hơn điện áp danh định của hệ thống có thể hoạt động ở mức cao hơn 10% so với định mức của chúng.

Một trường hợp đặc biệt là định mức 600/1000 (1200) V (hoặc 0,6/1,0 (1,2) kV), trong đó các tiêu chuẩn cho phép Um vượt quá điện áp danh định 20%.

• 1800/3000 V (hoặc 1,8/3,0 kV)
• 3000/6000 V (hoặc 3/6 kV)
• 6000/10000 V (hoặc 6/10 kV)
• 8700/15000 V (hoặc 8,7/15 kV)
• 12000/20000 V (hoặc 12/20 kV)
• 18000/30000 V (hoặc 18/30 kV)

Đối với các loại này, Um quay trở lại mức tăng 10% so với điện áp danh định.

Mặc dù các thuật ngữ như điện áp thấp (LV), điện áp trung bình (MV), điện áp cao (HV), điện áp cực cao (EHV) và điện áp siêu cao (UHV) được sử dụng phổ biến, nhưng không có định nghĩa quốc tế tiêu chuẩn nào tồn tại, có khả năng gây nhầm lẫn trên thị trường toàn cầu.

• Cáp LV: Thường là 300/500 V, 450/750 V và 600/1000 V
• Cáp MV: Từ 1,8/3 kV đến 18/30 kV, bao gồm cả định mức dành riêng cho Vương quốc Anh
• Cáp HV: Định mức U từ 30 kV đến 150 kV (ví dụ: 36/66 kV như cáp 72 kV)
• Cáp EHV: Bao gồm 127/220 kV (245 kV) đến 220/400 kV (420 kV)
• Cáp UHV: Định mức trên 400 kV

Các Nhà điều hành Mạng lưới Phân phối (DNO) của Vương quốc Anh sử dụng các chỉ định điện áp riêng biệt, mặc dù thông số kỹ thuật cách điện phù hợp với các tiêu chuẩn Châu Âu:

• 600/1000 (1200) V
• 1900/3300 (3500) V
• 3800/6600 (7200) V
• 6350/11000 (12000) V
• 8700/15000 (17500) V
• 12700/22000 (24000) V
• 19000/33000 (36000) V

Tất cả các vật liệu nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn trong cáp đều suy giảm dần theo thời gian, với sự suy giảm nhanh chóng ở nhiệt độ cao hơn (theo định luật Arrhenius). "Nhiệt độ vận hành liên tục của dây dẫn" chỉ ra nhiệt độ tối đa mà vật liệu duy trì hiệu suất và tuổi thọ chấp nhận được. Các định mức nhiệt độ phổ biến cho vật liệu cách điện bao gồm: PVC tiêu chuẩn: 70°C

PVC chịu nhiệt cao: 85/90°C

• XLPE: 90°C
• EPR/HEPR: 90°C
• Nhựa nhiệt dẻo không chứa halogen: 70°C
• Nhựa nhiệt rắn không chứa halogen: 90°C
• Định mức dòng điện
• Tất cả các dây dẫn đều có điện trở có thể đo được. Khi được cấp điện, dòng điện chạy qua tạo ra nhiệt tỷ lệ với điện trở — nhiệt này phải được tản đi. Lớp cách điện và vỏ bọc của cáp hoạt động như những rào cản nhiệt, trong khi các phương pháp lắp đặt (ví dụ: ống dẫn hoặc gác mái cách điện) còn ảnh hưởng đến việc tản nhiệt và do đó ảnh hưởng đến khả năng mang dòng điện.

Kích thước dây dẫn

Vật liệu cách điện và vỏ bọc

• Định mức dòng điện của cáp
• Mặc dù rất quan trọng đối với cáp điện mang dòng điện đáng kể (10-100+ ampe), cáp dữ liệu/điều khiển thường được định cỡ dựa trên sụt áp hoặc các yếu tố cơ học thay vì khả năng mang dòng điện — mặc dù Power over Ethernet (PoE) đang thúc đẩy việc đánh giá lại giới hạn dòng điện cho cáp dữ liệu.