Hiểu kết quả sụt áp của bạn
Tỷ lệ phần trăm sụt áp được so sánh với hướng dẫn thiết kế thường dùng dưới đây. Các ngưỡng này là mục tiêu kỹ thuật mang tính tham khảo (được trích dẫn, chẳng hạn, trong các ghi chú thông tin của NEC); quy chuẩn địa phương mới là căn cứ ràng buộc cho bất kỳ công trình nào.
| Sụt áp (% nguồn cấp) | Đánh giá | Nhận định thiết kế điển hình |
|---|---|---|
| 3% trở xuống | Trong giới hạn | Đạt mục tiêu thiết kế mạch nhánh thông thường |
| 3% – 5% | Cần xem xét | Có thể chấp nhận với tổng mạch cấp nguồn cộng mạch nhánh; nên cân nhắc dây dẫn lớn hơn |
| Trên 5% | Cao | Thường được coi là quá mức; hãy tăng tiết diện hoặc rút ngắn đường dây |
- Giá trị điện trở suất là số liệu kỹ thuật ở 20 °C; dây dẫn nóng lên khi có tải sẽ có điện trở cao hơn và sụt áp lớn hơn một chút.
- Công thức ba pha cho sụt áp giữa các dây pha với tải cân bằng; tải không cân bằng và ảnh hưởng của hệ số công suất không được mô hình hóa.
- Các con số 3%/5% là hướng dẫn thiết kế mang tính tham khảo, không phải giới hạn pháp lý. Việc chọn tiết diện dây dẫn cho công trình thực tế do quy chuẩn điện địa phương quy định (khả năng tải dòng, bảo vệ, phương pháp lắp đặt) và phải do thợ điện có chuyên môn thực hiện.
Sụt áp là gì?
Sụt áp là sự suy giảm điện áp dọc theo dây dẫn do chính điện trở của nó gây ra. Bản thân mỗi dây cáp cũng là một điện trở: theo định luật Ohm, dòng điện chạy qua điện trở đó biến một phần điện áp nguồn thành nhiệt, khiến thiết bị ở đầu xa nhận được điện áp thấp hơn so với nguồn cấp. Dây càng dài, càng mảnh và dòng điện càng lớn thì sụt áp càng nhiều.
Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào điện trở suất của vật liệu, chiều dài đường dây và tiết diện: R = ρ × L ÷ A. Máy tính này sử dụng giá trị điện trở suất kỹ thuật ở 20 °C được công bố rộng rãi — 0,0172 Ω·mm²/m đối với đồng và 0,0282 Ω·mm²/m đối với nhôm — nghĩa là nhôm cùng kích cỡ sẽ sụt áp nhiều hơn đồng khoảng 64%. Điện trở suất tăng theo nhiệt độ, nên dây dẫn tải nặng và nóng lên sẽ sụt áp cao hơn một chút so với con số ở 20 °C.
Sụt áp quá mức gây ra hiện tượng đèn mờ, động cơ chạy nóng và giảm hiệu suất, cùng các lỗi chập chờn ở thiết bị điện tử. Một hướng dẫn thiết kế được trích dẫn rộng rãi — chẳng hạn các ghi chú thông tin trong Quy chuẩn điện quốc gia Hoa Kỳ (NFPA 70) — đề xuất giới hạn sụt áp khoảng 3% cho mạch nhánh và khoảng 5% cho tổng mạch cấp nguồn cộng mạch nhánh. Đây là các mục tiêu thiết kế mang tính tham khảo, không phải giới hạn pháp lý bắt buộc trên toàn cầu; yêu cầu ràng buộc thực tế đến từ quy chuẩn điện địa phương áp dụng cho công trình, và mọi công việc đấu dây phải được thực hiện hoặc kiểm tra bởi thợ điện có chuyên môn.
Cách sử dụng máy tính sụt áp này
- Chọn vật liệu dẫn điện — đồng hoặc nhôm.
- Chọn loại mạch: DC, AC một pha (cả hai đều dùng đường đi và về hai dây) hoặc AC ba pha (hệ số đường dây √3).
- Nhập điện áp hệ thống, dòng điện tải tính bằng ampe, chiều dài cáp một chiều tính bằng mét và tiết diện dây dẫn tính bằng mm².
- Đọc kết quả sụt áp tính bằng vôn, tỷ lệ phần trăm so với điện áp nguồn, và điện áp còn lại tại tải; dải màu so sánh tỷ lệ phần trăm đó với hướng dẫn thiết kế 3%/5% thường dùng.
Công thức tính sụt áp
Với mạch DC và một pha, dòng điện đi và về nên đường dẫn điện trở gấp đôi chiều dài một chiều: Vd = 2 × ρ × L × I ÷ A. Với mạch ba pha cân bằng, sụt áp giữa hai dây pha dùng hệ số √3 thay vì 2: Vd = √3 × ρ × L × I ÷ A. Trong đó ρ là điện trở suất tính bằng Ω·mm²/m, L là chiều dài một chiều tính bằng mét, I là dòng điện tính bằng ampe và A là tiết diện tính bằng mm².
Ví dụ minh họa: mạch một pha 230 V mang dòng 16 A qua 25 m dây đồng 2,5 mm². Vd = 2 × 0,0172 × 25 × 16 ÷ 2,5 = 5,5 V. Con số này chiếm 5,5 ÷ 230 = 2,39% điện áp nguồn, còn lại khoảng 224,5 V tại tải — nằm trong hướng dẫn 3% cho mạch nhánh thường dùng.
Những sai lầm thường gặp
- Nhập chiều dài cáp khứ hồi: công thức đã tự nhân đôi chiều dài một chiều cho mạch DC và một pha, nên nhập chiều dài khứ hồi sẽ làm kết quả tăng gấp đôi.
- Nhầm lẫn giữa đại lượng giữa hai dây pha và giữa dây pha với dây trung tính trong hệ ba pha — công thức √3 ở đây cho sụt áp giữa hai dây pha với tải cân bằng.
- Chọn tiết diện dây dẫn chỉ dựa vào sụt áp: khả năng tải dòng, bảo vệ quá dòng và phương pháp lắp đặt là các yêu cầu theo quy chuẩn có thể đòi hỏi tiết diện lớn hơn so với tính toán sụt áp.
- Dùng số hiệu AWG như thể là giá trị mm² — 2,5 mm² không phải là AWG 2,5; hãy đổi số hiệu AWG sang tiết diện trước.
- Cho rằng nhôm có đặc tính giống đồng: cùng kích cỡ, nhôm sụt áp nhiều hơn khoảng 64%, đây là lý do dây nhôm thường được chọn cỡ lớn hơn.
Câu hỏi thường gặp
Sụt áp bao nhiêu là chấp nhận được?
Một hướng dẫn thiết kế được sử dụng rộng rãi, được trích dẫn chẳng hạn trong các ghi chú thông tin của Quy chuẩn điện quốc gia Hoa Kỳ (NFPA 70), đề xuất giới hạn sụt áp khoảng 3% cho mạch nhánh và khoảng 5% cho tổng mạch cấp nguồn cộng mạch nhánh. Đây là các mục tiêu hiệu suất mang tính tham khảo, không phải giới hạn pháp lý áp dụng chung — quy chuẩn điện tại khu vực của bạn mới là căn cứ ràng buộc.
Làm sao để tính sụt áp cho một dây cáp?
Với mạch DC hoặc một pha: Vd = 2 × ρ × L × I ÷ A, trong đó ρ là điện trở suất (0,0172 Ω·mm²/m đối với đồng ở 20 °C), L là chiều dài một chiều tính bằng mét, I là dòng điện tính bằng ampe và A là tiết diện tính bằng mm². Ví dụ, dòng 16 A qua 25 m dây đồng 2,5 mm² sụt áp 2 × 0,0172 × 25 × 16 ÷ 2,5 = 5,5 V.
Tại sao mạch ba pha dùng √3 thay vì 2?
Trong hệ ba pha cân bằng, dòng điện hồi về của mỗi pha chạy qua các pha khác thay vì qua một dây trung tính riêng, nên sụt áp hiệu dụng giữa hai dây pha bằng √3 (khoảng 1,732) lần sụt áp trên một dây dẫn đơn, thay vì gấp 2 lần. Điều này khiến hệ phân phối ba pha hiệu quả hơn với cùng một kích cỡ dây dẫn.
Sụt áp giữa dây đồng và dây nhôm có khác nhau không?
Có. Ở 20 °C, điện trở suất của nhôm (0,0282 Ω·mm²/m) cao hơn đồng (0,0172 Ω·mm²/m) khoảng 64%, nên dây nhôm cùng tiết diện sẽ sụt áp nhiều hơn tương ứng. Trong thực tế, dây nhôm thường được chọn lớn hơn dây đồng một hoặc hai cỡ để bù lại.
Điều gì xảy ra nếu sụt áp quá cao?
Thiết bị nhận được điện áp thấp hơn mức thiết kế: đèn mờ đi, thiết bị sưởi điện trở giảm công suất tỏa nhiệt, động cơ hút dòng nhiều hơn và chạy nóng hơn với cùng tải cơ học, còn thiết bị điện tử nhạy cảm có thể tự khởi động lại hoặc hoạt động sai. Điện áp bị mất chuyển thành nhiệt trong dây cáp, gây lãng phí năng lượng.
Tôi có thể dùng máy tính này để chọn dây điện cho nhà mình không?
Không — đây chỉ là công cụ ước tính phục vụ học tập. Việc chọn tiết diện dây dẫn cho công trình thực tế do quy chuẩn điện địa phương quy định, bao gồm khả năng tải dòng, bảo vệ quá dòng, phương pháp lắp đặt và hệ số suy giảm bên cạnh sụt áp. Công việc đấu dây cố định phải do thợ điện có chuyên môn thực hiện hoặc kiểm định ở hầu hết các khu vực pháp lý.
Tài liệu tham khảo
- NFPA 70. National Electrical Code — informational notes on voltage drop (3% branch circuit / 5% combined design guidance).
- IEC 60228. Conductors of insulated cables — standard conductor classes and resistance values.
- Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). The International System of Units (SI Brochure), 9th edition, 2019 — units of resistance and resistivity.