TÍNH CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN, DÂY CHẢY, CÁP HẠ ÁP

CHƯƠNG V
TÍNH CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN, DÂY CHẢY, CÁP HẠ ÁP.
1. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN
I.Đặt vấn đề:
Tiết diện dây dẫn và lõi cáp được lựa chọn căn cứ theo nhiều yếu tố khác nhau: đó là
những yếu tố kỹ thuật và kinh tế.
Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến việc lựa chọn tiết diện dây dẫn là:
1. Phát nóng do dòng điện làm việc lâu dài.
2. Phát nóng do dòng điện ngắn mạch.
3. Tổn thất điện áp trong dây dẫn và cáp trong trạng thái làm việc bình thường và sự
cố.
4. Độ bền cơ học của dây dẫn.
5. Vầng quang điện
Ta sẽ xác định được 5 tiết diện tương ứng với 5 điều kiện kỹ thuật trên và tiết diện bé
nhất thỏa cả 5 điều kiện trên chính là tiết diện ta cần lựa chọn thỏa mãn điều kiện kỹ thuật.
Chú ý là chỉ khi lựa chọn tiết diện của dây dẫn đường dây trên không ta mới chú ý đến
yếu tố vầng quang điện và độ bền cơ học, và chỉ khi lựa chọn tiết diện lõi cáp mới cần chú ý
đến yếu tố phát nóng do dòng điện ngắn mạch.
Để đảm bảo độ bền cơ học người ta đã qui định tiết diện tối thiểu cho từng loại dây
(bảng 1--1) ứng với cấp đường dây (bảng 1-2).
Yếu tố vầng quang điện chỉ được đề cập tới khi điện áp đường dây từ 110 KV trở lên. Để
ngăn ngừa hoặc làm giảm tổn thất vầng quang điện người ta qui định đường kính dây dẫn
tối thiểu ứng với cấp điện áp khác nhau:
Với điện áp 110 KV thì d > 9,9mm
Với điện áp 220 KV thì d > 21,5mm
Nghĩa là với điện 110KV phải dùng dây tiết diệûn 70 mm2 trở lên, còn với điện áp
220KV phải dùng dây tiết diện 120mm2 trở lên.
Căn cứ về mặt kinh tế để lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp là chi phí tính toán Z. Tiết
diện kinh tế là tiết diện lựa chọn sao cho hàm chi phí tính toán là bé nhất.
Dưới đây sẽ lần lượt giới thiệu các phương pháp lựa chọn tiết diện theo các điều kiện
kinh tế và kỹ thuật.
Bảng 1-1: Tiết diện quy định nhỏ nhấït đảm bảo độ bền cơ học.
Tiết diện nhỏ nhất (mm2)

Dây dẫn
95

Cấu tạo Nguyên liệu

Một sợi
Nhiều
sợi

Đồng và thép
nhôm

Nơi không có dân cư
Cấp 1

Cấp 2

Không

Không M-6
dùng

dùng

Nơi đông dân và khoảng
vượt quan trọng

Cấp 3 Cấp1

Cấp 2

Cấp3

Không
dùng

Không
dùng

Không
dùng

Đồng và thép

25

10

10

25

16

16

Nhôm lõi thép

25

16

16

25

25

25

Nhôm

25

25

25

16

35

25

Bảng 1-2 : Quy định đẳng cấp đường dây trên không
Cấp đường dây

Điện áp định mức

Cấp 1
Cấp 2

Trên 35KV

Bất cứ loại nào

35KV

Loại 1 và loại 2

Trên 35KV

Cấp 3

Loại hộ dùng điện

Loại 3

1  20 KV

Bất cứ loại nào

 1 KV

Bất cứ lọai nào

II.Lựa chọn tiết diện đường dây trên không và cáp theo điều kiện phát nóng:
Khi có dòng điện chạy qua, do hiệu ứng Jun, vật dẫn sẽ bị nóng lên. Nếu vât dẫn bị nóng
lên quá mức sẽ giảm độ bền cơ học, sẽ làm giảm tuổi thọ hoặc phá hoại đặc tính cách điện
của các chất cách điện xung quanh dây bọc và lõi cáp. Vì vậy để hạn chế phát nóng quá
mức người ta qui định nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép tương ứng với từng loại dây: 700
C với dây trần và thanh dẫn, 550C với dây bọc cao su, 800 C với dây cáp 3KV trở lại, 650C
với cáp 6KV, 600 C với cáp 10kV.
Từ đây có thể xác định được dòng điện làm việc lâu dài cho phép trên vật dẫn căn cứ vào
theo nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép.
Biết rằng, khi cân bằng nhiệt, nhiệt lượng sản ra trong đơn vị thời gían do dòng điện I
trong dây dẫn có điện trở tác dụng R bằng nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh trong
thời gian đó:
Q = I2 R = kF ( – 0)

[W]

Trong đó:
K - Hệ số tản nhiệt [W/ cm2 0C].
F - Diện tích tản nhiệt của dây dẫn

[cm2].

 và 0 - Nhiệt độ dây dẫn và môi trường xung quanh [0C].
96

Nêú thay nhiệt độ vật dẫn bằng nhiệt độ lâu dài cho phép thì từ đẳng thức trên xác định
được dòng điện lâu dài cho phép của vật dẫn trần:
Icp=

kF(cp – 0)
R

(1-1)

Tương tự, có thể thành lập được các công thức để xác định dòng cho phép của dây bọc
và dây cáp.
Tuy nhiên, việc tính toán dòng điện lâu dài cho phép theo các công thức trên khá phức
tạp, vì vậy trong tính toán thực tế thường dùng các bảng cho sẵn trị số dòng điện phụ tải cho
phép lâu dài của dây dẫn và cáp.
Chú ý là những trị số trong các bảng cho sẵn chỉ đúng với điều kiện tính toán sau: Nhiệt
độ không khí là +250 C , nhiệt độ của đất là +150C. Nếu nhiệt độ nơi đặt vật dẫn khác đi cần
kể đến hệ sốï hiệu chỉnh k, hệ số này cũng tra được theo bảng cho sẵn.
Như vậy, để thỏa mãn điều kiện phát nóng, tiết diện dây dẫn và cáp cần phải lựa chọn
sao cho
Imax  k.Icp

(1-2)

Trong đó:
Imax - Dòng điện cực đại lâu dài hay là dòng điện tính toán chạy qua dây dẫn.
Icp - Dòng điện lâu dài cho phép, tra bảng
k- hệ số hiệu chỉnh.
Ví dụ 1:
Xác định tiết diện lõi cáp của đoạn cáp lõi nhôm cách địên giấy 10KV dẫn điện đến một
phụ tải có dòng điện tính toán 78A . Nhiệt độ của đất là +200C
Bài giải:
Tra bảng tìm được cáp 10KV tiết diện 16mm2 có Icp = 75A, cáp 25mm2 có Icp = 90A.
Cũng tra được k= 0,94.
Thấy rằng:

78A < 0,94.90 = 84,6 A

Vậy lựa chọn tiết diện theo điều kiện phát nóng là F = 25mm2
Riêng với dây dẫn và cáp dưới 1KV được bảo vệ bằng cầu chì và áptômat cần chú ý
hiện tượng sau: Khi quá tải không lớn lắm (kt < 2) thì một thời gian khá lâu thiết bị bảo vệ
chưa cắt , dây dẫn bị phát nóng mạnh làm cách điện già cỗi mau chóng, điều đó không cho
phép.
Vì vậy, với mạng dưới 1KV được bảo vệ bằng cầu chì và áptômat, để thỏa mản điều
kiện phát nóng, dây dẫn và cáp không những được lựa chọn theo (1-2) mà còn phải phối hợp
với thiết bị bảo vệ theo những điều kiện sau:
Khi bảo vệ bằng cầu chì:
Icp 
97

Idc


(1-3)

Trong đó:
Idc Dòng điện định mức của dây chảy cầu chì
 - Hệ số phụ thuộc điều kiện đặt và quản lí mạng điện, với mạng động lực  = 3,
mạng sinh họat  = 0,8 .
Khi bảo vệ bằng áptômát:
Ikânhiãût
1.5

Icp 

(1-4)

Hoặc
Icp 

Ikâ âiãûn tæì
1.5

(1-4)

Tùy theo áp tô mát có cắt mạch nhiệt hay cắt mạch điện từ.
Còn với mạng sinh hoạt bảo vệ bằng áp tômat.
Icp 

Ikâ
0.8

(1-5)

Ví dụ 2:
Chọn cáp nhôm bốn ruột cung cấp cho bảng phân phối 380/220V. Biết dòng tính toán
tổng của bảng điện là 240A và đường dây được bảo vệ bằng cầu chì có dòng định mức dây
chảy Idc =260A.
Bài giải:
Cáp cần lựa chọn theo điều kiện (1-2) và (1-3)
Icp  Imax = 242 A
Icp =

Idc
260
=
= 87A
3
3

Chọn cáp tiết diện 185mm2 có Icp = 260A
III. Lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo tổn thất điện áp cho phép.
Ở mạng phân phối 35KV trở xuống, tiết diện dây dẫn và cáp thường bé, điện trở
lớn,vì vậy tăng tiết diện dây ở những mạng này ảnh hưởng rõ rệt đến giảm tổn thất điện áp.
Mạng điện phân phối yêu cầu vềì chất lượng điện áp rất cao mà khả năng điều chỉnh
điện áp lại hạn chế, vì vậy cần chọn tiết diện dây dẫn sao cho tổn thất điện áp không vượt
quá mức cho phép , nghĩa là phải căn cứ vào mức tổn thất điện áp cho phép để lựa chọn tiết
diện dây dẫn.
1. Xác định tiết diện dây dẫn khi toàn bộ đường dây cùng một tiết diện.
Phương pháp này áp dụng cho những đường dây có chiều dài không lớn và phụ tải lại nhiều.
Xét trường hợp đơn giản nhất đường dây có hai phụ tải (hình 1-1).
P01 + j Q01

P12 + j Q12
98

0

1

2

p1+ j q1

p2+ j q2

Hình 1.1
Đã biết công thức xác định tổn thất điện áp mạng phân phối:
U =

Pëjrëj + Qëjxëj
r0
x0
=
Pijlij +
Qijlij
Uâm
Uâm
Uâm

U = U ’ + U ”

(1-6)
(1-7)

Trong đó :
U ‘ - thành phần tổn thất điện áp trên đường dây do công suất tác dụng gây trên
điện trở đường dây.
U”- thành phần tổn thất điện áp trên đường dây do công xuất phản kháng gây trên
điện kháng đường dây.
lij - chiều dài đoạn đường dây từ i đến j.
Pị j - công suất tác dụng trên đoạn đường dây lij.
Qij - công xuất phản kháng trên đoạn đường dây lij
rij , xij - điện trở, điện kháng của đoạn đường dây lij
r0 , x0 - điện trở, điện kháng của của một đơn vị chiều dài đường dây.
Trong công thức (1-6) nếu P [KW]; Q [KVAr]; U [KV]; r0 ,x0[/Km] và l [km] thì
U có thứ nguyên là [V]
Nhận thấy rằng với các loại dây dẫn làm bằng kim loại màu thì x0 thay đổi ít theo tiết
diện ( thường x0 = 0,35  0,43  /Km) . Do đó N.Xtepanov đã đề ra phương pháp lựa chọn
tiết diện dây mạng phân phối theo tổn thất cho phép như sau:
Cho trước trị số trung bình của đường dây trên không x0 = 0,35  0,4 /km hoặc của
cáp x0 = 0,07/km ta xác định được.
U ” =

x0
Qijlij
Uâm

(1-8)

Trị số tổn thất điện áp cho phép  Ucp của toàn bộ đường dây ( từ đầu nguồn đến phụ
tải xa nhất) ta đã biết trước theo yêu cầu của phụ tải. Vì vậy, dễ dàng xác định được thành
phần U’:
U ’ = Ucp - U”
Nếu vật liệu làm dây dẫn có điện dẫn suất  thì r0 =
U ’ =

r0
1
Pijlij =
Pijlij
Uâm
F.Uâm
99

1
nên
F

Vậy :

F=

Pijlij
Uâm U ’

(1-9)

Căn cứ vào trị số tính được theo (1-9) tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất, theo
giá trị thực tế r0 và x0 kiểm tra lại tổn thất điện áp trên đường dây rồi so sánh với trị số cho
phép. Nếu không đạt cần tăng tiết diện lên một cấp.
Trong mạch có phân nhánh ( hình 1-2) thường
25+j10
có đường dây trục chính 04 dùng cùng tiết diện, 0
1
3
4
còn các nhánh có thể dùng tiết diện khác. Tiết
110m
50m
60m
40+j20 40+j20
diện trục 04 xác định căn cứ vào Ucp theo công
2
25+j10
thức (1-8) và (1-9). Biết tiếït diện trục chính sẽ
xác định được tổn thất điệp áp thực tế trên đoạn
01. Từ đây biết được tổn thất điện áp cho phép
Hình 1-2. Mạng phân phối có phân
trên đoạn 12
nhánh
U12cp = Ucp - U01
Aïp dụng tiếp công thức (1-8) và (1-9) sẽ xác định được tiết diện dây dẫn của nhánh 12.
Ví dụ 4: Một xí nghiệp nhỏ có mạng điện hạ áp 380V như hình (1-2) , dây dẫn bằng
nhôm có khoảng cách trung bình giữa các dây 600 mm. Tổn thất điện áp cho phép là 7%.
Xác định tiết diện dây dẫn của mạng.
Bài giải
Vì chiều dài ngắn nên chọn đường dây trục chính cùng tiết diện, nhánh 12 dùng tiết
diện khác
Trước hết, xác định tiết điện đường dây trục chính 04 cho trước x0 = 0,35 Ω/km
xo
0.35.103
U”04 =
Qijlij =
(60.0,11+40.0,05+20.0,06)
Uâm
380
U”04 = 9V
U ‘04 = Ucp - U”04 = 7%Uđm- U”04 =

7.380
- 9 = 17,6 V
100

Biết rằng nhôm có  = 31,7  /mm2, tiết diện trục 04ï xác định theo công thức (1-9 )
103
F=
(130. 0,11 + 80.0,05 + 40. 0,06) = 96,7mm2
31.7 . 380. 17.6
Tra bảng chọn dây dẫn tiêu chuẩn A-95 có r0 = 0,33  /km và x0 = 0,33  /km
Kiểm tra lại tổn thất điện áp
U’04 =

r0
x0
Pijlij +
P l
Uâm
Udm ij ij

0.33.103
0.33.103
=
(130.0,11 + 80. 0,05 + 40. 0.06) +
(60 . 0,11 + 40 . 0,05 + 20 .
380
380
0.06) = 25,8V
100

Thấy rằng U04 = 25,8V < Ucp =26,6V.
Tiếp tục lựa chọn tiết diện đoạn nhánh 12
Tổn thất thực tế trên đoạn 01:
0.33.103
0.303 3
U01 =
130.0,11 +
10 .60.0,11 = 17,6V
380
30
Tổn thất điện áp cho phép trên đoạn 12
U12cp = 26,6 - 17,6 = 9V
Cho x0 = 0,35  /km
0.35.103
U”12 =
. 10.0,1 = 0,9V
380
U”12 = 9 - 0,9 = 8,1V
Tiết diện dây dẫn đoạn 12:
103 . 25 . 100
F12 =
= 25,4mm2
380 . 31.7 . 8.1
Chọn dây dẫn tiêu chuẩn A-25 có r0 = 1,27  /km và x0 =0,345  /km.
Tổn thất điện áp trên đoạn 12:
U12 =

1.27 . 103
0.345 . 103
25.0,1 +
.10.0,1 = 9,2V
380
380

Nhận thấy U12 = U12cp
Tất nhiên các tiết diện A-95 trên còn cần kiểm tra theo phát nóng và độ bền cơ khí,
kết quả là chúng đều thỏa mãn.
2. Xác định tiết diện dây dẫn khi đường dây dùng tiết diện khác nhau:
Trong mạng điện phân phối có độ dài lớn cung cấp cho một số ít phụ tải nếu dùng
đường dây cùng tiết diện sẽ không hợp lí, có thể làm tổn nhiều kim loại màu, gây tổn thất
nhiều công suất.
Trường hợp này, nếu là mạng điện công nghiệp ( đặc trưng bởi số giờ sử dụng công
suất cực đại Tmax khá lớn) thì sẽ kinh tế nhất khi chọn tiết diện dây theo mật độ dòng điện
không đổi, chọn như vậy sẽ vừa đảm bảo mức Ucp vừa cho tổn thất công suất bé nhất, nếu
là mạng nông nghiệp (Tmax bé) thì sẽ kinh tế nhất khi chọn tiết diện dây theo điều kiện đảm
bảo lượng kim loại màu nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo mức Ucp,
Ở đây chỉ giới thiệu phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện
không đổi trên tất cả các đoạn của đường dây, đồng thời đảm bảo không vượt quá tổn thất
điện áp cho phép.
Giả thiết đường dây có hai phụ tải như hình 1-3
Giả thiết biết mức tổn thất điện áp cho phép Ucp.
Ucp = U’+ U”

0

l01F1

1
S1

101

l12F2

2
S2

Cho trị số X0 tính được
Hình 1-3

Qmlm
U”= X0
Udm
Lúc đó U’ = Ucp - U”
Mặt khác U’ = U’01 + U’12 =
3I01 l01 cos 01
+
F01

=

P01l01
P12l12
+
=
 F01 Udm
F12Udm

3I12l12cos 12
F12

Vì mật độ dòng không đổi trên cả hai đoạn đường dây nên:
J=

I01
I12
=
F01
F12

Thay vào biểu thức trên có:
U’ =

3
J (l01cos 01+ l12 cos 12)

  U’
3 (l01cos 01+ l12 cos 12)

Rút ra: j =

Tổng quát với đường dây có n phụ tải có biểu thức:
J=

U’
3 lëjcos  ij

(1-10)

Chú ý là trong công thức trên lij , cos  ij là độ dài và cos  của đoạn thứ ij
Từ đây dễ dàng tính được tiết diện các đoạn :
F01 =
F12 =

I01
J
I12
J

Nhớ rằng sau khi tính được J theo (1-10) cần so sánh với trị số của Jkt và lấy trị số bé
hơn để xác định tiết diện tiêu chuẩn và kiểm tra lại tổn thất điện áp.
Ví dụ 1-5:
Đường dây tải điện 10KV cung cấp điện cho hai xí nghiệp (hình 1-4) Biết số giờ sử
dụng công suất cực đại Tmax = 3800h, tổn thất điện áp cho phép là 5%, cũng cho biết là
đường dây dự định dùng dây nhôm với khoảng cách trung bình hình học giữa các dây là D
= 1m. Hãy xác định tiết diện dây dẫn.
Bài giải:
Dòng làm việc trên các đoạn đường dây:
4 Km
102

2Km

I01=
=

P01
=
3Uâmcos
900+500
=101A
3.10. 0.8

I12 =

900 kW

500kW

cos = 0,8

cos = 0,8

Hình 1-4 Đường dây của ví dụ 1-5

500
=36A
3.10. 0.8

Lấy x0 = 0,35  /km tính được
U” =

3 x0  Iij lịj sin  ij =

3 .0,35 (101 . 4 + 36 . 2) 0,6 = 172V

U’ = Ucp -U” = 500 - 172 = 328V
Trị số mật độ dòng không đổi.
U’
=
3 lëjcos  ij

I =

31.7.328
= 1,25A/mm2
3 (4 + 2 ) 0.8.103

Từ Tmax = 3800h và dây nhôm tra được Ikt =1,1A/mm2
Vì Jkt < J nên tiết diện dây dẫn xác định theo Jkt
F01 =

I01 101
=
= 9,2mm2
Jkt 1.1

Chọn dây A-95 có dòng cho phép theo phát nóng 325A
F12 =

I12 36
=
= 33mm2
Jkt 1.1

Chọn dây A-35 có dòng theo phát nóng là 170A
Tổn thất điện áp trên đường dây không cần kiểm tra lại bởi vì Jkt < J
2. LỰA CHỌN DÂY CHẢY
Việc lựa chọn cầu chì cần phải đảm bảo hai yêu cầu:
- Trong trạng thái làm việc bình thường phải đảm bảo dẫn điện liên tục và an toàn.
- Lúc có sự cố phải lập tức cắt mạch điện và chỉ cắt mạch điện ở nơi có sự cố mà thôi.
a. Để thỏa mãn yêu cầu thứ nhất, phải lựa chọn cầu chì sao cho :
Icc  Ilv

(2-1)

Nghĩa là dòng điện định mức của cầu chì ít nhất phải bằng hoặc lớn hơn dòng điện
làm việc của Ilv của mạng điện.
Nếu nhánh cầu chì bảo vệ có động cơ thì động cơ mở máy dòng điện có tăng lên
cao nhưng cầu chì không được đứt, và qua kinh nghiệm lúc chọn phải thỏa mãn thêm
điều kiện :

103

Imm
(2-2a) đối với điều kiện mở máy nhẹ như máy công cụ, thời gian mở máy từ 82.5
10 giây.
Icc. 

Imm
(2-2b) đối với điều kiện mở máy nặng nề như cần trục, thời gian mở máy
1.6  2
đến 40 giây.
Hay Icc 

Trong đó Imm là dòng điện mở máy của động cơ.
Trị số dòng điện mở máy của động cơ do nhà chế tạo cho. Thông thường đối với động cơ
lồng sóc thì dòng điện mở máy Imm bằng 4 đến 7 lần dòng điện định mức của độüng cơ.
Từ hai biểu thức (2-1) và (2-2) tìm được hai giá trị Icc lớn hơn để chọn lựa dòng điện
định mức của dây chảy tiêu chuẩn.
Dòng điện làm việc của động cơ được tính như sau:
b.Pâm.103
Ilv =
 3.Uâm.cos
Trong đó :
P: Công suất định mức của độüng cơ (kW)
Uđm: Là điện áp định mức của động cơ (V)
b: Là hệ số phụ tải của động cơ , bằng tỷ số giữa công suất yêu cầu của máy công cụ và
công suất định mức của động cơ
Cos  : Là hệ số công suất của động cơ với phụ tải thực của nó.
: Hiệu suất của động cơ.
Đối với đường dây chính thì chọn cầu chì vẫn theo biểu thức (2-1) và (2-2) với:
n

Ilv= m.  Ilv
1
n
Trong đó  Ilv là tổng dòng điện làm việc của tất cả các động cơ thuộc đường dây
1
chính đó, m là hệ số đồng thời, xét đến điều kiện không phải là tất cả các độüng cơ đều làm
việc đồng thời và:
n-1
Imm∑ = m. .  Ilv + Imm
1
Nghĩa là coi (n -1) độüng cơ vẫn làm việc bình thường và chỉ có 1 động cơ mở máy . Dòng
điện mở máy của độüng cơ phải lấy đối với động cơ nào có hiệu số (Imm-Ilv) là lớn nhất. Nên
nhớ rằng động cơ có công suất bé nhưng có bội số dòng điện mở máy lớn có thể có trị số
(Imm-Ilv) lớn hơn động cơ cở lớn , nhưng có bội số dòng điện mở máy bé.
104

Nếu số động cơ do cùng một đường dây chính dẫn điện tới quá 10 thì không cần xét tới điều
kiện (1-2) nữa.
b. Để thỏa mãn yêu cầu thứ hai phải:
- Khi thiết kế , quyết định đặt cầu chì cho đúng chổ, thông thường tốt hơn cả là mỗi
phụ tải có một cầu chì riêng của nó .
- Cầu chì của dây chính phải lớn hơn1 đến 2 cấp so với cầu chì của dây nhánh (lớn hơn
1 cấp khi I bé, 2 cấp khi I lớn)
3. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ DÂY CÁÚP PHỐI HỢP VỚI CẦU CHÌ BẢO
VỆ:
Chúng ta khảo sát phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp theo điều kiện
phát nóng cho phép của mạng điện có phối hợp với cầu chì bảo vệ, ví dụ trên sơ đồ hình (21)
Mạng điện động lực và thắp sáng nhận điện từ bảng phân phối A. Các động cơ điện
Đ1.Đ2,Đ3,Đ4 được nối vào dây cáp của các tủ điện 1 và 2.
Đầu tiên cần phải bố trí vị trí đặt cầu chì bảo vệ và xác định dòng điện định mức Icc của
các dây chảy của các cầu chì đó. Về yêu cầu và cách tính toán cầu chì đã nêu ở phần trên.

CC6
CC7
A

CC5
Phụ tải

CC1

CC2

CC3

CC4

Thắp sáng

Hình 2-1. Sơ đồ mạng điện thắp sáng
Tiếp theo tiến hành lựa chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp theo điều kiện phát nóng cho
phép. Nhớ rằng dòng điện cho phép ở đây là dòng điện cho phép của dây dẫn trong điều
kiện làm việc thực tế của nó nghĩa là có xét đến một số hệ số hiệu chỉnh do nhiệt độü làm
việc, số cáp trong 1 rãnh.
Điều cần chú ý là trong việc lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp cần phải phối hợp với cầu
chì đã lựa chọn ở trên, nếu không sẽ vấp phải nhiều điều bất lợi trong vận hành. Ví dụ nếu
chỉ chú trọng tới dây dẫn sao cho dây dẫn có thể chịu được dòng điện làm việc lớn nhất,
nghĩa là chỉ chú trọng tới điều kiện Icp Ilv mà không để ý phối hợp với cầu chì thì có khi
105

dòng điện trên thực tế chưa đạt đến trị số Icp của dây dẫn nhưng cầu chì đã đứt rồi, thế là
vừa không đảm bảo liên tục cung cấp điện, lại vừa không kinh tế vì tiết diện của dây dẫn
không được lợi dụng triệt để, ngược lại nếu chọn cầu chì có Icc quá lớn(Icc>Icp) thì tránh
được tình trạng trên nhưng như vậy rấït nguy hiểm vì dòng điện làm việc có thể lên cao quá
trị số Icp của dây dẫn mà cầu chì vẫn chưa đứt, tóm lại dây dẫn có thể bị cháy, gây tai nạn.
Như vậy ta chia ra làm 3 trường hợp sau đây để xét:
a.Mạng thắp sáng, mạng sinh hoạt, nhà ở công cộng và tư nhân, cửa hàng và nhà
hội họp ...
Đối với các hộ dùng điện loại này, phụ tải không nhất định và rất khó khống chế. Vì
vậy dây dẫn và dây cáp phải được bảo vệ không những khỏi dòng điện ngắn mạch mà còn
khỏi dòng điện quá tải lớn hơn dòng điện cho phép của chúng. Như vậy quan hệ giữa dòng
điện cho phép Icp của dây dẫn và dòng điện định mức Icc của dây phải thỏa mãn:
Icp  1,25 Icc

(3-1)

Hay nói rõ hơn là dòng điện cho phép của dây dẫn và dây cáp có thể bằng hay lớn
hơn dòng điện thí nghiệm nhỏ nhất của dây chảy, nghĩa là dây dẫn ta chọn thỏa mãn quan hệ
(3-1) thì được bảo vệ không những ngắn mạch mà cả quá tải .
b.Mạng thắp sáng trong xí nghiệp nhà máy:
Việc thắp sáng trong xí nghiệp, nhà máy nói chung đều đã qua thiết kế tính toán cẩn
thận, thắp sáng bao nhiêu đều đã được qui định hẳn hoi, không phải bất kỳ lúc nào cũng có
quyền tự ý thay đổi. Trong trường hợp này cầu chì không bảo vệ quá tải mà chỉ bảo vệ ngắn
mạch mà thôi và dòng điện cho phép của dây dẫn có thể bé hơn hoặc bằng dòng điện định
mức của dây chảy cầu chì.
Icp  Icc

(3-2)

Quan hệ giữa dây dẫn và cầu chì thỏa mãn (3-2) sẽ tận dụng được triệt để dây dẫn mà
vẫn an toàn. Điều này rất quan trọng vì rằng mạng thắp sáng của xí nghiệp công nghiệp tốn
rất nhiều kim loại màu, vật liệu cách điện...
c. Các hộ động lực bao gồm nhiều động cơ lớn bé khác nhau.
Trong trường hợp này cầu chì chỉ bảo vệ ngắn mạch, vì rằng mạng điện không có khả
năng quá tải do việc nối thêm các phụ tải mới vào mà không có sự quyết định của nhân viên
kỹ thuật. Vậy tiết diện dây dẫn phải chọn theo hai điều kiện:
- Dòng điện cho phép của dây dẫn phải bằng hay lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài của
động cơ.
Icp  Ilv

(3-3)

- Tiết diện của dây dẫn phải tương ứng với dòng điện định mức của dây chảy cầu chì:
Icc
Icp 
(3-4)
3
Sở dĩ có biểu thức (1-6) vì:
Với các động cơ không đồng bộ kiểu lồng sóc có dòng điện mở máy Imm bé hơn hoặc
bằng 7,5 lần dòng điện định mức của động cơ đó:
106

Imm  7,5 Iđmđc
Với điều kiện mở máy nhẹ nhàng, như ở trên đã nêu trong biểu thức (2-2).
Imm  2,5 Icc
Cân bằng hai biểu thức náy có :
Icc
3

Iđmđc 

Coi rằng dòng diện định mức của động cơ là dòng điện cho phép của dây dẫn. Vậy có :
Icp 

Icc
3

Ví dụ:
Trong một phân xưởng của một điểm cơ khí ở địa phương, dự định thiết kế đặt 4 động
cơ và một đường dây chính chuyên cung cấp cho đèn thắp sáng. Điện áp của mạng là
380/220 V. Phụ tải đèn thắp sáng tổng cộng là 12,5 kW. Các số liệu của động cơ được ghi rõ
ở bảng dưới.
A

C

B
Thắp sáng
Hình 1-2 Sơ đồ mạng điện áp thấp
Đoạn đưòng dây từ dây cái A đến dây cái B có hệ số đồng thời m= 0,85, các đoạn còn lại
m=1. Nhiệt độü cao nhất trong xưởng vào mùa hè là +250c. Từ A tới B dùng cáp đồng đặt
trong rãnh nổi. Nhiệt độ trong rãnh vào mùa hè là +300c. Từ B đến C cũng dùng cáp đồng
nhưng đặt dọc theo tường của phân xưởng. Đường dây cung cấp cho phụ tải thắp sáng và
các động cơ đều dùng loại dây đồng bọc cách điện .Dây cung cấp điện cho thắp sáng , cho
động cơ Đ1,và Đ2 đều đặt nổi trên tường, còn dây cung cấp cho động cơ Đ3 và Đ4 đặt
trong ống. Tất cả đường dây đều đặt cầu chì bảo vệ loại dây có dung lượng nhiệt bé.
Xác định dòng điện định mức của cầu chì và tiết diện dây dẫn dây cáp.
Đặc tính
của

Động cơ
Đ1

Đ2

Đ3

Đ4

động cơ
Công suất
Kiểu động cơ
Tỷ số

Imm
Iâm

12,5

12

20,5

20,5

Dây quấn

Lồng sóc

Dây quấn

Lồng sóc

1,6

7,0

2,5

2,5

107

Cos φ đm

0,86

0,87

0,88

0,88

Hiệu suất ŋ

0,88

0,88

0,85

0,85

Hãû säú phuû taíi

0,8

1

1

1

Baìi giaíi:
Træåïc hãút xaïc âënh vë trê âàût cáöu chç nhæ hçnh veî (1-3)
A

C CC4 l4
CC6

l6

l5
B
CC1

CC5
CC0
CC2

CC3 l3

Thàõp saïng

Hçnh 1-3 Så âäö maûng âiãûn aïp tháúp coï cáöu chç baío vãû
1. Choün cáöu chç vaì dáy cho nhaïnh I1
Doìng âiãûn laìm viãûc cuía âäüng cå Â1 laì:
b.Pâm.103

Ilvl =

 3.U.cosφ

0.8.12.5.103
=
= 20A
0.88 3 .380.0.86
Dòng điện mở máy của động cơ Đ1:
Imm1 = Iđm1 .1,6 =
=

Ilvl..1.6
b

20.1.6
= 40A
0.8

Chọn cầu chì cc1 theo 2 điều kiện :
Icc  Ilv và Icc 

Imm
2.5

Vậy : Icc  20 và Iccl 

40
2.5

Lấy trị số Icc =20 A để chọn cầu chì tiêu chuẩn.
108

Â

Vậy để bảo vệ cho đoạn dây l1, chọnü cầu chì tiêu chuẩn CC1 - 20
Theo bảng 1 phụ lục 2, với dòng điện làm việc là 20 A có thể chọn dây M1,5 có dòng điện cho phép là Icp = 23 A. Ở dây không phải hiệu chỉnh vì dây làm
việc theo điều kiện nhiệt độ giống tiêu chuẩn.
Kiểm tra theo điều kiện : Icp 
Thay trị số vào có: 23 >

Icc
3

20
3

Kết luận : Nhánh I1 chọn cầu chì CC1 -20 Và chọn dây dẫn M-1,5.
2. Chọn cầu chì và dây cho nhánh l2:
Dòng điện làm việc và mở máy của động cơ Đ2 là :
Ilv2 =

12. 103
= 25 A
0.88. 3. 380. 0.87

Imm2= Iđm2 .7 = 25.7 = 175 A
Chọn cầu chì CC2
Icc2  25
Icc2 

175
= 70 A
2.5

Vậy chọn tiêu chuẩn 80 A
Theo bảng 2 phụ lục 2 với dòng điện làm việc là 25A chọn dây đồng M-2,5
có Icp= 30 A
Kiểm tra điều kiện: Icp 
30 

Icc
3

80
3

Vậy nhánh l2 chọn cầu chì CC2 -80
Và chọn dây dẫn M- 2,5
3.Chọn cầu chì và dây dẫn cho nhánh phụ tải thắp sáng:
P
12.5. 103
Ilv =
=
= 19A
3U
3.380
Chọn cầu chì cc0

Icc0  Ilv0
 19A

Chọn cầu chì tiêu chuẩn 20A : CC0 -20
Chọn dây đồng M-1,5 có Icp = 23 A
4. Chọn cầu chì và dây dẫn cho nhánh đến động cơ Đ3 và Đ4
109

Ilv3

20.5 . 103
=
= 40 A
3.380. 0.85. 0.88

Imm3 = 40. 2,5 = 100A
Chọn cầu chì cc3 theo điều kiện:

Icc3  40 A
Icc3 

100
2.5

Vậy chọn cầu chì cc3 có dòng điện định mức tiêu chuẩn là 60 A. Với dòng điện
làm việc là 40 A, chọn dây đồng bọc có tiết diện là 6mm2 , với dây này (3 dây đặt
trong 1 ống) có dòng điện cho phép là 42A.
Kiểm tra điều kiện: Icp 

Icc
3

42 

60
3

Vậy với đường dây l3 chọn cầu chì CC3 - 60 và chọn dây dẫn M-6
Đường dây l4 có kết quả cũng giống như đường dây l3
5. Chọn cầu chì và dây cáp cho đường l5:
Dòng điện làm việc của đường dây l5:
n

Ilv5 = m. Ilv = 1 (40+40) = 80 A
1
Dòng điện mở máy trên đường dây 5 :
n-1
Imm5= m.  Ilv + Imm = 40 +100=140A
1
Chọn cầu chì cho đường dây 5 là: Icc5  80
Icc5 

140
2.5

Vậy chọn cầu chì tiêu chuẩn 80 A
Đoạn này dùng cáp đồìng đặt nổi dọc theo tường nhà.
Theo bảng 3 phụ lục 2, với dòng điện làm việc là 80 A chọn cáp có tiết diện
16 mm2 có dòng điện cho phép là 80 A
Kiểm tra theo điều kiện : Icp 

Icc
3

80 

80
3

Vậy với đường dây l5 chọn cầu chì CC5- 80 và chọn cáp đồng M-16.
110

6. Chọn cầu chì và cáp cho đường dây chính l6:
Dòng điện làm việc trên đường dây chính là:
n

Ilv6 = m. . Ilv = 0,85(20+25+19+40+40) = 122,5 A
1
Dòng điện mở máy trên đường dây chính là:
n-1
= m. .  Ilv + Imm = 0,85.(20+19+40+40) + 175
1

Imm6

= 276,2A
Chọn cầu chì đường dây chính: Icc6  122,5A
Icc6 

276.2
= 110A
2.5

Vậy chọn cầu chì tiêu chuẩn 125 A
Đường dây chính dùng cáp đồng 4 lõi, với dòng điện làm việc là 122,5A chon
cáp M-50
Cáp M-50 có Icp =145 A (bảng 2phụ lục 3)
Cáp đặt nổi trong rãnh nhiệt độ là 300C, vậy hệ số hiệu chỉnh  = 0,95 (bảng3
phụ lục 3)
I’cp = Icp = 0,95.145 = 138A
Kiểm tra theo điều kiện : ICP 

Icp
3

125
138
3
Vậy chọn cầu chì CC6-125
Và chọn dây cáp M-50 cho đường dây chính là bảo đảm.
4-XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY 3 PHA CÓ DÂY
TRUNG TÍNH
Để cung cấp cho các hộ tiêu thụ thắp sáng và sinh hoạt, người ta dùng mạng điện
3 pha 4 dây điện áp 380/220V và đôi khi là 220/127 V gồm có 3 dây pha và một đây
trung tính.
Các đèn và dụng cụ sinh hoạt sử dụng điện áp pha tức là đấu giữa dây pha và
dây trung tính.. Người ta cố gắng phân bố đều các đèn và dụng cụ sinh hoạt giữa các
pha, nhưng điều đó không phải luôn luôn thực hiện được,
vì vậy phụ tải của các pha không đều nhau. Như vậy khi phụ tải các pha

A

IA

B

IB

C

IC

111

Hình 4-1 Mạng 3pha 4 dây có phụ tải các pha không đều nhau
không đối xứng thì dây trung tính sẽ có dòng điện I0 chạy qua ( hình 4-1). Tổn thất điện
áp trong từng pha cũng không giống nhau. Vậy ta cần phải tính được tổn thất điện áp
của pha tải nặng nhất để kiểm tra chất lượng điện, hoặc để lựa chọn tiết diện dây
dẫn.v.v.
Mạng điện 3 pha 4 dây điện áp thấp có cảm kháng tương đối bé và làm việc với
phụ tải có hệ số công suất cao (gần bằng 1), Tất cả điều đó cho phép ta khi tính toán
các mạng điện này không cần xét đến thành phần phản kháng của điện áp rơi, tức là
QX
coi  U’’ =
= 3 X.I.Sin  ≈ 0
U
Các pha được chọn cùng một tiết diện F. Vì dòng điện chạy trong dây trung tính
bé hơn dòng điện trong các dây pha, nên tiết diện của dây trung tính được chọn bé hơn
tiết diện của dây pha, nhưng không bé hơn 50% tiết diện dây pha.

112

Hình 4-2 Đồ thị véc tơ của điện áp và dòng điện của mạng 4 dây phụ tải không

đối xứng.
Trên hình (4-2 ) biểíu diễn đồ thị vectơ của dòng điện và điện áp của mạng điện
4 dây khi phụ tải tác dụng không cân bằng giữa các pha (cos =1). Các điện áp pha ở
đầu mạng điện được biểu thị bằng các đoạn OA, OB, OC bằng nhau:
UA =UB =Uc
Giả thiết rằng dòng điện IA trong pha A lớn hơn dòng điện IB và Ic trong các pha
B và C. Trên dây trung tính có dòng điện không đối xứng I0 chạy qua và bằng tổng
hình học dòng điện trong các pha:
I0=IA + IB + IC

(5-1)

Dòng điện không đối xứng đó gây nên trên dây trung tính một tổn thất điện áp:
OO’ = U0= I0r0
hay có thể viết:
 U0= IAr0 +IBr0 + IC ro
 U0=  U0A +  U0B +  U0C
r0 là điện trở dây trung tính
Tổn thất điện áp trong các dây pha là:
UPA = IAr , UPB = IBr , UPC = ICr
113

Tổn thất này trên đồ thị vectơ (hình 4-2) biểu thị bằng đoạn AA’, BB’, CC’. Các
đoạn A’O’, B’O’, C’O’ là các điện áp pha U’A,, U’B, U’C ở đầu cực của các hộ tiêu thụ
điện.
Tổn thất điện áp toàn phần của 1 pha gồm có tổn thất điện áp trong dây pha và
dây trung tính. Trong trường hợp đang xét, tổn thất điện áp toàn phần lớn nhất xảy ra ở
pha A và được xác định bằng hiệu số đại số của điện áp UA và U’A . Theo đồ thị véctơ
(Hình 4-2) hiệu số điện áp có thể xác định một cách gần đúng như sau:
∆UA = UA -U’A ≈ ∆UPA + ∆U’0

(4-2)

Trong đó : ∆UpA Là tổn thất điện áp trên dây pha A có điện trở là r và dòng
điện là IA
∆U’0 là hình chiếu của vectơ ∆U0 lên phương AO
Theo đồ thị đó có thể viết :
∆U’0 = ∆U0 cos  =I0r0 cos 
= (IA- IB cos 600 - IC cos 600) r0
= (IA - 0,5IB - 0,5Ic) r0
Thay giá trị của ∆U0 vào biểu thức (4-2) có tổn thất điện áp toàn phần trong pha
A là:
∆UA = IA r + ( IA - 0,5 IB - 0,5 Ic ) r0
= IA(r+r0) - 0,5 (IB + Ic)r0

(4-4)

1
= ∆UPA + ∆U0A - ( ∆U0B + ∆U0C)
2
Khi biểu diễn phụ tải của mỗi pha bằng công suất tác dụng pA, pB, pc thì công
thức (4-4) có thể biểu diễn như sau:
∆UA =

pA
0.5
(r+r0) (p + pC) r0
Uâm
Uâm B

Hay biểu diễn r và r0 qua tiết diện và chiều dài ta có:
∆UA =

pAL 1 1
L
( + )(p + pC)
Uâm F F0 2.  F0 Uâm B

Tương tự cũng có :
∆UB =

pBL 1 1
L
( + )(p + pc)
Uâm F F0 2. F0 Uâm A

∆UC =

pCL 1 1
L
( + )(p + pB)
Uâm F F0 2. F0 Uâm A

(4-5)

Trong đó :Uđm là điện áp pha định mức.
Nếu đường dây có n phụ tải bất kỳ và vị trí mắc bất kỳ ta vẫn có thể dùng công
thức (4-5) để tính, và coi rằng tổn thất điện áp toàn phần của pha A bằng tổng số tổn
114