Giáo trình Mạng điện nông nghiệp - Chương 2: Tính toán dây dẫn và cáp theo đốt nóng

 Ký hiệu dây bọc có các chữ chỉ cách điện và con số chỉ tiết diện dây dẫn. ở Việt Nam 
gọi chung là dây bọc nhựa hoặc cao su ( Ví dụ PVC ). Còn ở Liên Xô cũ nhập về các loại 
nh− : 
 ΠP là dây đồng cách điện cao su 1 lõi đặt trong ống sợi dệt tẩm dầu. 
 AΠP là dây nhôm cách điện nh− trên. 
 AP là dây đồng 1 lõi cách điện cao su. 
 ΠB là dây đồng 1 lõi cách điện polyclovinin.. 
 Dây bọc có 2 cách đặt là đặt kín và đặt hở. 
 - Đặt hở dùng cho điện áp U ≤ 220 V. Dây dẫn đi trên t−ờng hoặc trần bằng cách đặt 
trong ống ghen nhựa, thuỷ tinh, móc sắt và bắt chặt vào trần hoặc t−ờng bằng vít hoặc bắt 
bằng puli sứ. Đối với những nơi ẩm −ớt, có hoá chất, dễ xảy ra hoả hoạn thì dây bọc phải 
dùng loại có vỏ bảo vệ bằng chì hay thép nh− ΠPΓ hay CPΓ. 
 - Đặt kín dùng ở nơi khô ráo điện áp ≤ 500 V. Khi đặt dây kín tiết diện dây phải lớn 
hơn hoặc bằng 1,5 mm2 đối với dây đồng và lớn hơn hoặc bằng 2,5 mm2 với dây nhôm. Dây 
đặt kín có thể lồng trong ống nhựa tổng hợp, ống cao su, thuỷ tinh hay kim loại rồi trát kín 
bằng vữa. Khi đặt theo nền gỗ giữa ống và nền phải đ−ợc lót bằng cách điện nh− amiăng ... 
Mỗi ống có thể đặt từ 1 đến 4 dây nh−ng không đầy quá 2/3 diện tích ống. 
Ch−ơng 2 
Tính toán dây dẫn vμ cáp theo đốt nóng 
Đ 2-1. Điện trở của dây dẫn vμ cáp 
 1. Điện trở tác dụng 
 Khi có dòng điện một chiều đi qua dây dẫn, dòng điện sẽ phân bố đều đặn trên toàn 
bộ bề mặt tiết diện của dây. Điện trở Ôm míc trên 1 km chiều dài dây dẫn ở nhiệt độ tiêu 
chuẩn ( θ0 = 20 0 C ) xác định theo công thức: 
 R0 = FF γ
ρ 1000= (Ω/km) ( 2-1 
) 
 ρ - là điện trở suất ( Ωmm2/km ). 
 F - là tiết diện dây dẫn ( mm
2 ). 
 γ - là điện dẫn xuất ( m/Ωmm2 ). 
 Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ khác tiêu chuẩn thì điện trở 
xác định theo công thức: 
 Rt = R0 [ 1 + α ( θ - 20 ) ] ( Ω/km) ( 2-2 
) 
 α - là hệ số nhiệt điện trở, với đồng và nhôm α = 0,004 ( 10C ) . 
 Đối với đ−ờng dây trên không thì nhiệt độ cực đại cho phép là θ = 700C do đó điện trở 
dây dẫn tăng lên là: 
 RK = 1 + 0,004 ( 70 - 20 ) = 1,2 lần hoặc 20%. 
 Dây dẫn đạt đến nhiệt độ cực đại 700C có thể xảy ra nh−ng khoảng thời gian rất 
ngắn trong năm. Thực tế ng−ời ta th−ờng tính với nhiệt độ th−ờng gặp nhất là 35 - 450 C, ở 
nhiệt độ này ta có: 
 Đối với đồng ρM = 18,8 Ωmm2/km; Đối với nhôm ρA = 31,5 Ωmm2/km. 
 Đối với đồng γM = 53 m/Ωmm2; Đối với nhôm γ = 31,7 m/Ωmm2. 
 Đối với cáp đồng và nhôm, trong khi làm việc nhiệt độ th−ờng từ 40 - 500 C do đó 
điện trở suất và điện dẫn suất của cáp có thể lấy nh− với đ−ờng dây trên không. 
 Điện trở của dây dẫn với dòng điện một chiều gọi là điện trở Ôm mic, khác với điện 
trở dòng điện xoay chiều gọi là điện trở tác dụng. Điện trở tác dụng lớn hơn điện trở Ôm 
mic vì có hiệu ứng ngoài và hiệu ứng gần. Hiệu ứng mặt ngoài do từ tr−ờng xoay chiều 
trong dây dẫn gây ra sự phân bố không đều của dòng điện trên bề mặt dây. Hiệu ứng gần là 
ảnh h−ởng của từ tr−ờng giữa các dây dẫn đặt gần nhau sinh ra. Các hiệu ứng này phụ thuộc 
vào tần số của dòng xoay chiều, ở tần số f = 50 Hz và dây dẫn làm bằng kim loại màu thì sự 
chênh nhau không đáng kể ( khoảng 1% ) nên trong tính toán ta lấy điện trở tác dụng bằng 
điện trở Ôm míc. 
 Để tiện tính toán điện trở tác dụng đ−ợc cho trong phụ lục, nó sai khác so với tính toán 
theo công thức trên từ 6 -10 % do dây dẫn bị vặn xoắn nên chiều dài thực lớn hơn chiều dài 
đo từ 2 -3 % và tiết diện của dây vặn xoắn lớn hơn tổng tiết diện của các sợi dây nhỏ cấu tạo 
nên nó. 
 2.Điện trở cảm kháng ( X ) 
 ở mạng điện xoay chiều, xung quanh dây dẫn có từ tr−ờng biến thiên tạo ra độ tự cảm 
L, đồng thời dây dẫn đặt gần nhau sinh ra hỗ cảm M. Do đó ta phải xét đến điện trở cảm 
kháng X của đ−ờng dây. 
 Khi dây dẫn bố trí trên 3 đỉnh của tam giác đều, khoảng cách là D mm thì cảm kháng 
trên một pha của một km đ−ờng dây 3 pha có gía trị là: 
 X0 = ω ( 4,6lg 410).5,0 −+ μr
D
 (Ω/km) ( 2-3 
) 
 ω = 2πf - là tần số góc. 
 D - là khoảng cách giữa các dây dẫn ( mm ). 
 r - là bán kính dây dẫn ( mm). 
 μ - là hệ số từ thẩm của vật liệu dây dẫn ( H/m ). 
 ở tần số 50 Hz dây dẫn dùng kim loại màu, μ = 1 ta có: 
 X0 = 0,144 lg 016,0+r
D
 (Ω/km) ( 2-4 ) 
Khi dây dẫn bố trí không đối xứng: cảm kháng của các dây là nh− nhau còn hỗ cảm 
thì không giống nhau nên mặc dù phụ tải các pha nh− nhau nh−ng điện áp rơi trên các pha 
là khác nhau (Z pha khác nhau). Ng−ời ta khắc phục bằng cách hoán vị dây dẫn các pha, 
sau mỗi khoảng dây l lại hoán vị một lần, sau 3 lần hoán vị dây thì cảm kháng của các pha 
là nh− nhau. Với đ−ờng dây 110 kV - 220 kV thì th−ờng l = 30 km tiến hành hoán vị dây 
pha. 
Khi dây dẫn bố trí bất kỳ, có hoán vị dây với khoảng cách giữa các pha là D12, D23, 
D31 thì cảm kháng vẫn tính nh− ( 2-4 ) nh−ng thay D bằng DTB là khoảng cách trung bình 
hình học giữa các dây dẫn 3 pha: 
 DTB = 3 312312 DDD ( 2-5 
) 
 Nếu dây dẫn 3 pha đặt cách nhau trên cùng 
 một mặt phẳng, dây nọ cách dây kia là D thì: 
 DTB = DD 26,12
3 3 = ( 2-6 
) 
 Tr−ờng hợp đ−ờng dây có hai tuyến đi trên một cột thì ảnh h−ởng của tuyến thứ nhất 
đến tuyến thứ hai là không lớn (từ 4 - 6%) do đó khi tính toán có thể bỏ qua. 
 Cảm kháng X0 đ−ợc tính sẵn và cho trong phụ lục. Trong bảng ta thấy khi tiết diện 
dây và khoảng cách giữa các dây dẫn thay đổi nhều thì trị số của X0 thay đổ rất ít (trong 
khoảng 0,3 - 0,45 Ω/km). Vì vậy khi cần thiết, gần đúng ta có thể lấy một giá trị trung bình 
của X0 để tính toán. 
 Để giảm X0 tức là giảm hao tổn công suất và điện áp, ta phải tăng r hoặc giảm DTB. Vì 
DTB phụ thuộc vào điện áp nên chỉ giảm ở mức độ nhất định, quá sẽ gây ra ngắn mạch giữa 
các pha. Hiệu quả nhất là tăng r của dây dẫn, nh−ng nếu tăng tiết diện dây sẽ gây lãng phí 
vật liệu mà điện kháng giảm di không nhiều, ng−ời ta tìm cách phân nhỏ dây dẫn của các 
pha. kinh nghiệm cho thấy: 
Phân làm 2 dây phân nhỏ thì điện kháng X0 giảm đi 19%; 
Phân làm 3 dây phân nhỏ thì điện kháng X0 giảm đi 28%; 
Phân làm 4 dây phân nhỏ thì điện kháng X0 giảm đi 32,5%; 
Ta thấy phân làm 3 dây là có lợi nhất, nếu tăng lên nữa thì cấu trúc đ−ờng dây phức 
tạp lên nhiều trong khi điện kháng lại giảm đi ít. Trong thực tế, đ−ờng dây điện áp 220 - 
330 kV phân làm 2 hoặc 3 dây, 500 kV phân làm 3 hoặc 4 dây, 750 kV phân thành 5 dây và 
1150 kV phân thành 8 dây. 
A 
B 
C 
l l l 
D23 D12 
D31 
1 
2 
3 
 Điện kháng của đ−ờng dây sau khi phân nhỏ mỗi pha thành n dây, bán kính thực của 
mỗi sợi dây phân nhỏ là r, khoảng cách giữa các dây pha phân nhỏ là a1,a2..an (th−ờng từ 
300 - 600 mm) thì X0 xác định theo biểu thức: 
 X0 = 0,144lg )(
016,0
kmnr
D
td
TB Ω+ ( 2-7 ) 
 rđt = n
n
TBar
1. − ; aTB = n naaa ..... 21 ( 2-8 ) 
 rđt - là bán kính đẳng trị của dây dẫn; 
 aTB là trị số trung bình giữa các dây dẫn phân nhỏ của một pha, 
 a1, a2, ... an - là khoảng cách giữa các pha phân nhỏ. 
 Thông th−ờng phân nhỏ dây dẫn chỉ đ−ợc áp dụng đối với các đ−ờng dây có điện áp 
từ 220 kV trở lên. Điện kháng của dây cáp nhỏ hơn đáng kể so với ĐDK, khi tính cho mạng 
cáp th−ờng tra các thông số r0 và x0 theo các số liệu đã cho sẵn của nhà máy. 
 3. Tổng trở của dây thép 
 Dây thép có μ lớn và biến thiên theo dòng điện nên tổng trở của nó cũng biến thiên 
theo dòng điện. Điện kháng của dây thép gồm 2 thành phần là cảm kháng trong X0'' và cảm 
kháng ngoài X0': 
 X0 = X0''+ X0' = 0,144lg )(016,0 kmr
D Ω+ μ ( 2-9 
) 
 X0' = 0,016 μ; X0'' = 0,144lg r
D
 ( 2-10 ) 
 Vì tổng trở của dây thép khó tính theo biểu thức giải tích nên nó đ−ợc xác định bằng 
ph−ơng pháp thực nghiệm và cho trong phụ lục. Muốn tra bảng tìm X0'' ta phải biết tiết diện 
và dòng điện chạy qua dây dẫn. 
 Đ 2-2. Sự phát nóng của dây trần d−ới tác dụng của dòng điện 
 Khi có dòng điện chạy qua, dây dẫn sẽ bị đốt nóng theo hiệu ứng Joule. Nhiệt l−ợng 
phát ra có hai tác dụng: làm tăng nhiệt độ bản thân dây dẫn và tản ra môi tr−ờng xung 
quanh. 
Gọi Q là nhiệt l−ợng phát ra khi có dòng điện đi qua dây 
 Q = Q1 + Q2 
Trong đó Q1 là nhiệt l−ợng dùng để đốt nóng dây dẫn, 
Q2 là nhiệt l−ợng toả ra môi tr−ờng xung quanh. 
Q2 truyền từ dây dẫn ra môi tr−ờng nhiều hay ít 
tuỳ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa dây dẫn và môi 
tr−ờng quyết định. Giả thiết sau một khoảng thời gian t nhiệt độ của dây dẫn tăng từ nhiệt 
độ môi tr−ờng θ1 lên θ2. Lúc đầu khi mới đóng điện thì nhiệt l−ợng chủ yếu làm tăng nhiệt 
độ dây dẫn, còn nhiệt l−ợng toả ra môi tr−ờng rất nhỏ (Q ≈ Q1). Giai đoạn tiếp theo, dây dẫn 
đạt tới một nhiệt độ ổn định. Khi đó có sự cân bằng nhiệt: tất cả nhiệt l−ợng sinh ra đều 
θ 
θ1 
θ2 
t 
truyền vào môi tr−ờng xung quanh còn nhiệt độ của dây dần là ổn định và không đổi (Q ≈ 
Q2), trong khi dòng điện và điều kiện làm mát của môi tr−ờng không đổi. Dòng điện qua 
dây dẫn càng lớn thì nhiệt l−ợng phát ra càng nhiều và độ tăng nhiệt của dây dẫn τ = θ2 - θ1 
càng lớn. Nh−ng đối với mỗi loại dây dẫn chỉ chịu đựng đ−ợc một nhiệt độ nhất định. Nhiệt 
độ lớn quá sẽ làm dây dẫn bị hỏng do đó mỗi một dây dẫn chỉ cho phép một dòng điện nhất 
định đi qua. Dòng điện lớn nhất cho phép qua dây dẫn mà nó không bị nóng quá nhiệt độ 
quy định gọi là dòng điện lâu dài cho phép ( Icp ). Muốn tăng dòng điện lâu dài cho phép thì 
phải giảm θ1 hoặc cải thiện điều kiện làm mát để tăng θ2. 
 Đối với dây trần, khi có dòng điện chạy qua thì chúng sẽ bị phát nóng. Nếu tất cả 
nhiệt l−ợng sinh ra dùng để đốt nóng thì nhiệt độ dây dẫn tăng lên không ngừng nh−ng vì có 
sự tản nhiệt ra môi tr−ờng xung quanh nên sau một thời gian nào đó có sự cân bằng nhiệt: 
toàn bộ nhiệt l−ợng sinh ra trong dây dẫn bằng nhiệt l−ợng toả ra môi tr−ờng. Dây trần phát 
nóng mạnh nhất là ở chỗ các mối nối vì tại đó th−ờng ép hai đầu dây lại với nhau bằng các 
mặt tiếp xúc hoặc vặn xoắn nên dẫn điện không đ−ợc tốt và điện trở tiếp xúc lớn. Dòng đi 
qua càng lớn thì điện trở tiếp xúc càng tăng, phát nóng tại đó càng nhiều và sinh ra lớp oxy 
hoá phủ trên bề mặt dẫn đến phát nóng ngày càng mạnh. Vì vậy đối với dây trần, ng−ời ta 
quy định nhiệt độ cho phép là đảm bảo cho các mối nối dây không bị phá huỷ và bằng 
700C. ứng với điều kiện nhiệt độ môi tr−ờng, ng−ời ta xác định đ−ợc dòng điện cho phép đi 
qua dây dẫn để thoả mãn đ−ợc điều kiện trên, dòng điện đó gọi là dòng điện cho phép đối 
với dây trần (ICP). Nhiệt độ môi tr−ờng θ1 đ−ợc lấy với điều kiện trung bình của tháng nóng 
nhất trong năm (ví dụ ở Việt Nam là 350C, Liên Xô cũ là 250C). 
 Dây dẫn đặt trong không khí toả nhiệt ra môi tr−ờng theo 3 cách là bức xạ đối l−u và 
truyền nhiệt. Hệ số truyền nhiệt của không khí rất thấp nên nhiệt l−ợng truyền vào môi 
tr−ờng bằng sự truyền dẫn nhiệt là không lớn. Mặt khác để đảm bảo độ bền cho dây ng−ời 
ta khống chế dòng đi qua dây không làm cho dây dẫn bị nóng quá nhiệt độ cho phép là θCP 
= 70 0C nên vai trò của bức xạ là nhỏ (tỷ lệ với luỹ thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối). Vai 
trò làm mát dây dẫn chính là đối l−u tức là mang nhiệt bằng dòng chảy của không khí. 
 Nhiệt l−ợng của dây dẫn toả ra môi tr−ờng xung quang trong một giây là: 
 P = C.S.(θ2 - θ1) ( W ) ( 2-11 ) 
 Trong đó: 
 C - là hệ số truyền nhiệt, bằng nhiệt l−ợng tản ra trong một giây từ một cm
2 diện 
tích bề mặt dây dẫn khi hiệu số nhiệt độ dây dẫn và của môi tr−ờng là 10C. ( W/ cm2độ); 
 S - là diện tích bề mặt tản nhiệt S = π.d.l ( cm2 ); 
 θ1, θ2 - là nhiệt độ của dây dẫn và môi tr−ờng ( 0C ); 
 τ = θ2 - θ1 gọi là độ tăng nhiệt của dây dẫn. 
 Nhiệt l−ợng phát ra từ dây dẫn trong một giây khi có dòng điện I chạy qua là: 
 P = I2Rθ2 ( W ) ( 2-12 ) 
 Rθ2 - là điện trở của dây dẫn ở nhiệt độ θ2. 
 Khi có sự cân bằng nhiệt, toàn bộ nhiệt l−ợng do dòng điện sinh ra cân bằng với nhiệt 
l−ợng toả ra môi tr−ờng, ph−ơng trình cân bằng nhiệt có dạng: 
 C.S.(θ2 - θ1) = I2Rθ2 ( 2-13 ) 
 Rút ra: I = 
2
12 )(
θ
θθ
R
CS −
 ( 2-14 ) 
 Thay S = π.d.l; Rθ2 = πγ
Fd
F
l 4;1 = và gộp các hệ số thành hệ số chung K ta có: 
 I = K )( 12
4 3 θθγ −F ( 2-15 ) 
 Từ biểu thức ( 2 -15 ) ta có thể tìm đ−ợc dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn ứng 
với một tiết diện nhất định. Vì tính toán trực tiếp công thức trên khá phức tạp nên ng−ời ta 
tính sẵn và cho trong phụ lục. 
 Dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn ICP cho trong bảng phụ lục ứng với các tiết 
diện khác nhau, đ−ợc thành lập theo điều kiện tiêu chuẩn nh− sau: nhiệt độ cho phép của 
dây dẫn θ2 = 700C; nhiệt độ không khí môi tr−ờng là θ1 = 250C. 
 Một số chú ý: 
 + Ta thấy rằng dòng điện tỷ lệ với τ = 12 θθ − , nếu τ thay đổi thì dòng điện cũng 
thay đổi theo hệ thức: 
2
1
2
1
τ
τ=
cp
cp
I
I
 Suy ra: Icp2 = Icp1 
1
2
τ
τ
 ( 2-16 ) 
 Vậy, nếu nhiệt độ môi tr−ờng '1θ khác với nhiệt độ tiêu chuẩn là 250C thì dòng điện 
cho phép của dây dẫn trong điều kiện thực tế phải hiệu chỉnh theo hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ 
Kθ: 
 Kθ = 
2570
70 '1
−
−θ
 ( 2-17 ) 
 Để tiện tính toán, Kθ đ−ợc tính sẵn cho trong phụ lục . 
 Khi đó dòng điện cho phép tính toán có giá trị là: 
 ICP = Kθ.ICP ( 2-18 ) 
 + Vì S tỷ lệ thuận với đ−ờng kính của dây dẫn nên khi d thay đổi thì dòng điện cho 
phép cũng thay đổi theo hệ thức: 
2
1
2
1
d
d
I
I
cp
cp = suy ra: Icp2 = Icp1
1
2
d
d ( 2-19 ) 
 Mặt khác, tiết diện tăng tỷ lệ thuận với bình ph−ơng của d nên khi d tăng thì F tăng 
nhanh hơn S. Biểu thức cho ta xác định đ−ợc dòng điện cho phép của một dây dẫn có đ−ờng 
kính thay đổi, cùng vật liệu dẫn điện và có cùng tiết diện dẫn điện khi biết dòng điện cho 
phép của dây dẫn kia (dùng tính ICP của dây ACO và ACY khi biết của dây AC) 
 + Từ ( 2-15 ) cho ta thấy dòng điện tỷ lệ với γ , nếu hai dây dẫn có cùng tiết diện, thì 
ứng với γ1 ta có dòng điện cho phép Icp1; dây thứ hai có γ2 thì dòng điện cho phép là: 
 Icp2 = Icp1
2
1
1
1
2
ρ
ρ
γ
γ
cpI= ( 2-20 ) 
 Xác định dòng điện cho phép của dây dẫn chỉ dùng để kiểm tra dây dẫn trong mạng 
kín khi bị sự cố mà không dùng để tính chọn tiết diện dây dẫn, Dây trần chỉ tính chọn tiết 
diện theo điều kiện hao tổn điện áp cho phép hoặc theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế. 
Căn cứ vào tiết diện đã chọn, tra bảng phụ lục ta xác định giá trị Icp ứng với tiết diện ở điều 
kiện tiêu chuẩn và phải thoả mãn điều kiện sau để nhiệt độ không v−ợt quá 700C: 
 Itt ≤ ICP ( 2-21 ) 
 ICP - là dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn ứng với nhiệt độ chuẩn cho trong phụ 
lục. 
Đ 2-3. Sự phát nóng của dây bọc vμ cáp 
 1.Sự phát nóng của dây có bọc cách điện 
 Nhiệt độ cho phép của dây bọc và cáp xác định bằng lớp cách điện bọc xung quanh 
dây dẫn nh− vải, cao su, polyclovinin .... Khi dùng lâu dài, các chất cách điện đ−ợc đảm bảo 
khi nhiệt độ của dây bọc không v−ợt quá 650C. Đối với những chất cách điện khác nh− thuỷ 
tinh, amiăng thì nhiệt độ cho phép có thể lên đến 100 - 1200C. Nếu nhiệt độ tăng quá 650C 
làm cao su trở lên dòn và nứt, polyclovinin bị mềm và sức bền giảm xuống. 
 Điều kiện tản nhiệt của dây bọc có khác so với dây trần do có lớp cách điện, nhiệt 
l−ợng do dòng điện sinh ra truyền ra môi tr−ờng bên ngoài phải thắng đ−ợc nhiệt trở của lớp 
cách điện. Trị số này phụ thuộc vào tính chất của lớp cách điện và độ dày của nó.Sự tản 
nhiệt từ bề mặt của dây bọc ra môi tr−ờng bên ngoài cũng giống nh− dây trần. Ph−ơng trình 
cân bằng nhiệt giống biểu thức ( 2  ... n nở của các chất cách điện và vỏ bọc khác nhau nên chúng giãn nở khác nhau. 
Nếu dòng điện tăng quá cao, nhiệt độ quá lớn thì khi dòng điện giảm, chất cách điện và vỏ 
bọc co lại khác nhau nhiều và tạo ra các khoảng trống. Từ tr−ờng phân bố không đều, trong 
lớp vỏ cáp có thể sinh ra phóng điện gây sự cố. Vì vậy các loại cáp ở cấp điện áp khác nhau 
có lớp vỏ bọc khác nhau, nhiệt độ cho phép khác nhau và dòng điện cho phép khác nhau. 
 Cáp đ−ợc đặt trong các môi tr−ờng khác nhau nên điều kiện làm mát của nó cũng 
khác nhau. Sau đây ta xét sự làm việc của cáp đặt trong các môi tr−ờng đất, n−ớc và không 
khí. 
 a) Cáp đặt trong đất 
 Khi đặt cáp trong đất, th−ờng chôn ở độ sâu 0,7 - 1 m nên nhiệt độ của đất nói chung là 
ổn định, mát hơn trong không khí. Nhiệt truyền từ lõi cáp qua lớp vỏ vào đất bằng con 
đ−ờng truyền dẫn nhiệt. Định luật truyền nhiệt giống nh− định luật ôm và ph−ơng trình cân 
bằng nhiệt có dạng: 
 nI2R = 
dvccd RRR ++
− 0θθ ( 2-22 ) 
 trong đó: n - là số lõi cáp; 
 θ, θ0 - là nhiệt độ của lõi cáp và nhiệt độ tiêu chuẩn của đất; 
 Rcd, Rvc, Rd - là nhiệt trở của lớp cách điện, vỏ cáp và của đất. 
 Thay điện trở R trên đơn vị chiều dài, gộp các giá trị Rcd, Rvc, Rd thành hệ số Ck và 
biến đổi ta nhận đ−ợc: 
 I = CK
n
F )( 0θθγ − ( 2-23 ) 
 Từ quan hệ giữa I và F ta xác định đ−ợc dòng điện lâu dài cho phép của cáp. Dòng 
điện lâu dài cho phép của cáp đ−ợc tính sẵn cho trong phụ lục ứng với các điều kiện tiêu 
chuẩn nh− sau: nhiệt độ của đất là nhiệt độ trung bình cực đại hàng năm của đất ở tháng 
nóng nhất, lấy bằng θ0 = 150C; cáp đặt trong đất ở độ sâu lớn hơn hoặc bằng 0,7 mét. 
 Nhiệt độ cho phép của lõi cáp phụ thuộc vào điện áp nh− sau: 
Điện áp: (kV) ≤ 1 3 6 10 20 35 
Nhiệt độ cho phép ( θ0C ) 80 80 65 60 50 50 
 Khi nhiệt độ nơi đặt cáp khác nhiệt độ tiêu chuẩn trong bảng phụ lục thì đ−a vào hệ số 
điều chỉnh nhiệt độ Kθ: 
 Kθ = 
15
0
−
−
θ
θθ
 ( 2-24 ) 
 Nếu có nhiều cáp đặt chung trong một hầm cáp thì điều kiện làm mát sẽ bị xấu đi, nó 
phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cáp và số l−ợng cáp Dòng điện lâu dài cho phép của 
mỗi cáp sẽ bị giảm xuống và trong tính toán cần đ−a thêm vào hệ số hiệu chỉnh số cáp đặt 
song song Kn. ( Kn đ−ợc cho trong phụ lục ). 
 Tr−ờng hợp cần phải hiệu chỉnh cả về nhiệt độ và số cáp thì dòng điện cho phép t−ơng 
ứng của cáp xác định theo biểu thức: 
 Icp = Kθ.Kn.[I]cp ( 2-25 ) 
 Khi biết dòng điện phụ tải ( Ipt ) muốn tìm tiết diện dây cáp, ta xác định dòng điện cho 
phép tính toán của dây cáp khi đã kể đến sự sai khác nhiệt độ của môi tr−ờng đặt cáp và số 
l−ợng cáp đặt song song là: 
 Icp = 
n
pt
KK
I
.θ
 ( 2-26 ) 
 Từ dòng điện cho phép tính toán, chọn giá trị dòng điện gần nhất cho trong bảng phụ 
lục ứng với từng loại cáp đảm bảo điều kiện: Icp ≤ [I]cp . 
 Nếu cáp không mang đầy tải thì cho phép nó quá tải trong thời gian nhất định. Ví dụ 
cáp mang 80% phụ tải thì cho phép quá tải 30% trong thời gian 5 ngày đêm. 
 b) Cáp đặt trong không khí 
 Cáp đặt trong không khí thì nhiệt l−ợng truyền ra môi tr−ờng xung quanh bằng đối 
l−u và dẫn nhiệt. Vì vậy ph−ơng trình cân bằng nhiệt giống nh− dây trần. 
 Phụ tải lâu dài cho phép của cáp đặt trong không khí cho trong phụ lục ứng với các 
điều kiện tiêu chuẩn: nhiệt độ môi tr−ờng là θ0 = 250C và nhiệt độ cho phép của cáp nh− 
trên. 
 Khi nhiệt độ khác 250C cần phải đ−a vào hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ Kθ cho trong phụ 
lục . 
 Đối với cáp đặt trong rãnh và t−ờng không cần đ−a vào hệ số hiệu chỉnh số cáp Kn. 
 c) Phụ tải lâu dài cho phép của cáp đặt trong n−ớc 
 Cáp đặt trong n−ớc, điều kiện làm mát tốt hơn so với đặt trong đất và không khí do 
n−ớc dẫn nhiệt tốt hơn. Toả nhiệt từ cáp ra môi tr−ờng nhờ sự truyền nhiệt bằng đối l−u do 
sự chuyển dời của các lớp n−ớc nóng. Vì vậy cáp đặt trong n−ớc cho phép phụ tải lớn hơn 
khoảng 30% so với cáp đặt trong đất. Dựa vào ph−ơng trình cân bằng nhiệt, ng−ời ta cũng 
rút ra dòng điện lâu dài cho phép của cáp và tính sẵn cho trong phụ lục, ứng với nhiệt độ 
chuẩn môi tr−ờng là: θ = 150C. 
 Khi nhiệt độ môi tr−ờng khác 150 C thì cần phải đ−a vào hệ số hiệu chỉnh Kθ. 
 Cáp đặt trong n−ớc cũng không cần hệ số hiệu số cáp Kn. 
Đ 2-4. Bảo vệ dây dẫn vμ cáp bằng cầu chảy trong mạng hạ áp 
 Nếu vì một lý do nào đó dòng điện tăng lên đột ngột hay quá tải mà không cắt mạch 
điện thì chất cách điện sẽ bị h− hỏng hoặc cháy dây dẫn. Để đảm bảo an toàn cho mạng 
điện, ngăn ngừa sự cố, ng−ời ta dùng thiết bị tự động cắt mạng điện khỏi nguồn điện. Thiết 
bị bảo vệ phổ biến và đơn giản nhất là cầu chảy. 
 1. Đặc tính của dây chảy 
 Bộ phận chủ yếu nhất của cầu chảy là dây chảy. Nó đ−ợc chế tạo bằng kim loại có 
nhiệt độ nóng chảy thấp nh−: chì, nhôm, đồng, kẽm. ở điều kiện làm việc bình th−ờng dây 
chảy nh− 1 đoạn dây dẫn. Khi sự cố, dòng điện tăng lên đột ngột và nhiệt độ tăng lên v−ợt 
quá giá trị nóng chảy thì dây chảy tự động đứt, tách mạng điện khỏi nguồn, bảo vệ an toàn 
cho thiết bị và đ−ờng dây. 
 Thân của cầu chảy có dạng hình ống tròn, hình bản phiến hay hình hộp chữ nhật. 
Trong cầu chảy có thể chứa đầy môi tr−ờng không cháy nh− cát, thạch anh. 
 Dây chảy chia làm 2 loại: 
 Loại không có quán tính ( dung l−ợng nhiệt lớn ), chế tạo bằng kim loại có điện trở 
suất nhỏ nh− đồng, bạc, chì và hợp kim của nó. 
 Loại có quán tính lớn ( dung l−ợng nhiệt nhỏ ) chế tạo bằng kim loại có điện trở suất 
lớn nh− nhôm, kẽm và hợp kim của nó. 
 Dòng điện định mức của dây chảy ( ký hiệu là Idc ) là dòng điện mà dây chảy có thể 
làm việc lâu dài không bị chảy và không nóng quá nhiệt độ quy định từ 60 - 700C. Dòng 
điện dây chảy đ−ợc chế tạo với các thang tiêu chuẩn nh− sau: 
 6; 10;15; 20; 25; 35; 60; 80; 100; 125; 160; 200; 225; 260; 300; 350; 430; 500; 600; 
700; 850 và 1000A. 
 Dây chảy đ−ợc thử nghiệm bằng 2 thông số sau đây: 
 Dòng điện thử nghiệm nhỏ nhất ( Imin ) là dòng điện có thể chạy qua dây chảy trong 
thời gian từ 1 -2 giờ mà dây chảy không bị chảy. Imin = ( 1,3 -1,5 )Idc. 
 Dòng điện thử nghiệm lớn nhất ( Imax ) là dòng điện qua dây chảy làm cho nó chảy 
ngay. 
 Imax = ( 1,6 - 2,1 )Idc 
 Dòng điện qua dây chảy càng lớn 
hơn Idc thì thời gian chảy càng nhanh. Sự 
phụ thuộc giữa thời gian chảy và dòng 
điện qua dây chảy gọi là đặc tính dây 
chảy có dạng nh− hình 2-1. 
Hình 2-1. 
 Đặc tính của dây chảy 
 1- dây chảy có quán tính; 
 2- dây chảy không có quán tính. 
 Thực tế đặc tính dây chảy có sự tản mạn rất lớn. Ví dụ dây chảy có Idc = 60 A sẽ chảy 
trong thời gian từ 0,006 - 0,1 s khi dòng điện chạy qua là 1000 A. Sự tản mạn của đặc tính 
t (s )
 10 1
 2
 Idc Imin 2,5 Idc I (A) 
dây chảy phải đ−ợc đề cập đến khi tiến hành chọn dây chảy trên các đ−ờng dây chính và 
nhánh rẽ để đảm bảo tác động chọn lọc. 
 2. Lựa chọn dây chảy 
 Yêu cầu khi chọn dây chảy là: 
 - ở điều kiện làm việc bình th−ờng phải đảm bảo dẫn điện liên tục và an toàn. 
 - Lúc sự cố phải lập tức cắt điện và chỉ cắt mạch nơi có sự cố. 
 - Bảo đảm tính chọn lọc: khi sự cố, đ−ờng dây nhánh phía sau phải đ−ợc cắt tr−ớc 
đ−ờng dây chính. 
 a) Đối với phụ tải không có dòng điện nhảy vọt nh− mạng điện thắp sáng, sinh 
hoạt ... thì dây chảy đ−ợc chọn theo dòng điện làm việc của mạng điện: 
 Idc ≥ Ilv . ( 2-27 ) 
 Ilv - là dòng điện làm việc của mạng điện. 
 Tr−ờng hợp phụ tải là động cơ điện một chiều, động cơ rôto dây quấn có điện trở mở 
máy thì dòng điện khởi động không v−ợt quá ( 1,5 -2 )IH ,dòng điện này không nguy hiểm 
đối với dây chảy cho nên dây chảy có thể chọn theo dòng điện làm việc nh− ( 2-27 ). Nếu 
động cơ khởi động mang tải thì dòng điện dây chảy cần phải chọn tăng lên một ít, lúc đó 
chọn Idc ≥ 1,25 Ilv. 
 b) Đối với phụ tải có dòng điện nhảy vọt nh− động cơ rô to lồng sóc. Dòng điện lúc 
mở máy có thể tăng lên từ 5 - 7 lần dòng điện định mức. Ta phải chọn dây chảy, sao cho 
chúng không bị chảy trong thời gian khởi động ( khoảng 10 s ). Điều kiện chọn dây chảy là: 
 Idc = α
mmI ( 2-28 ) 
 trong đó: 
 Imm - là dòng điện mở máy của động cơ; 
 α - là hệ số phụ thuộc vào điều kiện khởi động; 
 α = 1,6 - khi khởi động nặng nề ( đầy tải ) hoặc tự khởi động; 
 α = 2 - khi khởi động ngắn hạn; 
 α = 2,5 - khi khởi động nhẹ ( không tải hay tải nhỏ ). 
 c) Đối với cầu chảy bảo vệ đ−ờng dây chính, trên đó có các động cơ điện và một số 
thụ điện khác 
 Dây chảy chọn giá trị lớn nhất của một trong 2 điều kiện sau: 
 Idc = Kđt∑n lvI
1
 ( 2-29 ) 
 Idc = α
mmMaxI + Kđt∑−1
1
n
lvI ( 2 -30 ) 
 Kđt - là hệ số đồng thời; 
 Ilv
n
1
∑ - là tổng các dòng điện làm việc; 
 ImmMax - là dòng điện khởi động lớn nhất của một động cơ; 
 Ilv
n
1
1−∑ - là tổng các dòng điện làm việc trừ dòng điện khởi động lớn nhất. 
 Nếu số động cơ của một đ−ờng dây chính lớn hơn 10 thì có thể không cần xét điều 
kiện thứ hai. 
 Để bảo vệ đ−ờng dây chính có tính chọn lọc thì dây chảy ở đ−ờng dây chính phải lớn 
hơn dây chảy ở đ−ờng dây nhánh phía sau nó từ một đến 2 cấp. 
 Đối với cầu dao thì chọn lớn hơn dây chảy một cấp. 
 3. Chọn dây dẫn và cáp phối hợp với dây chảy 
 Để chọn dây dẫn và cáp ta phải bố trí cầu dao, cầu chảy, xác định dòng điện dây 
chảy, dòng điện làm việc của mạng điện. Sau đó xác định dòng điện lâu dài cho phép theo 
điều kiện đốt nóng có kể đến hệ số hiệu chỉnh Kθ, Kn. 
 Dòng điện cho phép tính toán xác định theo 3 tr−ờng hợp là: mạng điện có bảo vệ quá 
tải và ngắn mạch; mạng điện có bảo vệ ngắn mạch và mạng điện cho đ−ờng dây chính. 
 a) Mạng điện có bảo vệ quá tải và ngắn mạch 
 Các mạng điện thắp sáng, sinh hoạt, nhà ở công cộng, t− nhân, các cửa hàng, ... mà 
phụ tải có thể tăng thêm; dây dẫn và cáp cần phải bảo vệ quá tải và ngắn mạch thì dòng điện 
cho phép tính theo công thức. 
 Icp ≥ 1,25 Idc ( 2-31 ) 
 Khi đó dòng điện thử nghiệm nhỏ nhất của dây chảy là: 
 Imin = 1,3 Idc = 1,3.0,8Icp = 1,04Icp 
 Dây chảy trong tr−ờng hợp này sẽ bảo vệ đ−ợc dây dẫn khỏi quá tải và ngắn mạch. 
 b) Mạng điện có bảo vệ ngắn mạch 
 ở mạng điện thắp sáng xí nghiệp nhà máy ... mà các phụ tải đã đ−ợc tính toán kỹ, 
không có khả năng tăng thêm nữa thì cầu chảy dùng để bảo vệ ngắn mạch. Lúc này dòng 
điện cho phép của dây dẫn chọn theo dòng điện dây chảy: 
 Icp ≥ Idc. ( 2-32 ) 
 Đối với các động cơ điện, mạng điện không có khả năng quá tải tiết diện dây dẫn 
đ−ợc chọn theo dòng điện làm việc. 
 Icp ≥ Ilv ( 2-33 ) 
 Đồng thời phải thoả mãn điều kiện: 
 3Icp ≤ Idc; Icp ≥ dcI3
1
 ( 2-34 ) 
 Sở dĩ nh− vậy là vì dòng điện mở máy lớn nhất Imm ≤ 7,5 IH suy ra Idc = 3IH. 
 Nếu không thoả mãn điều kiện ( 2-34 ) thì phải tăng tiết diện dây dẫn. 
 c) Đối với đ−ờng dây chính có nhiều phụ tải 
 Dòng điện cho phép của dây dẫn chọn theo tổng các dòng điện làm việc có kể đến hệ 
số làm việc đồng thời: 
 Icp = Kđt I lv∑ ( 2-35 ) 
 Sau khi tính toán dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn, dòng điện dây chảy cần 
kiểm tra theo điều kiện ( 2-34 ). Nếu không thoả mãn điều kiện ( 2-34 ) thì phải tăng tiết 
diện dây dẫn. 
 Dòng điện làm việc của động cơ điện đ−ợc tính nh− sau: 
 Ilv = ηϕ.cos.3
10.. 3
U
PK Hpt ( 2-36) 
 trong đó: 
 Kpt - là hệ số phụ tải; 
 η - là hiệu suất của động cơ; 
 Khi P: kW, U: V thì I tính bằng A. 
 Dòng điện làm việc của mạng điện chiếu sáng 3 pha là: 
 Ilv = 
U
P
3
10. 3
 (A) ( 2-37 ) 
Đ 2-5. Một số ví dụ tính toán mạng điện theo đốt nóng 
 Ví dụ 1 
 Từ trạm biến áp đến trạm phân phối 10 kV dùng 3 cáp lõi đồng tiết diện 50 mm2 đặt 
trong đất, khoảng cách giữa các cáp là 200 mm cáp có cách điện bằng giấy tẩm nhựa, có 
nhiệt độ cho phép là: θ = 600C; nhiệt độ của môi tr−ờng là 200C. Phụ tải của máy biến áp là 
5500 kW, cosϕ = 0,85. Tìm nhiệt độ phát nóng của cáp 
 Giải. 
 Tra bảng phụ lục với nhiệt độ θcp = 600C, nhiệt độ của môi tr−ờng là θ = 200C có Kθ = 
0,94. 
 Với số cáp n = 2; D = 200 mm ta có hệ số hiệu chỉnh Kn = 0,87. 
 Cáp lõi đồng đặt trong đất tiết diện F = 50 mm2 có [I]cp = 180 (A) 
 Dòng điện phụ tải của mỗi cáp là: 
 I = )(67,124
85,0.10.33
5500
cos.3
A
Un
P ==ϕ 
 Dòng điện cho phép ứng với điều kiện thực tế là: 
 Icp = Kθ.Kn[I]cp = 0,94.0,87.180 = 147 (A). 
 Nhiệt độ của cáp xác định theo công thức: 
 2)(
1560
20
cpcp I
I
I
I =→−
−= θθ (60 - 15 ) + 20 
 θ = =+− 20)1560()
147
67,124( 2 (32,3 + 20) = 52,3 ( 0C ). 
 Nhiệt độ của cáp bảo đảm điều kiện: θ < θcp 
 Ví dụ 2 
 Để truyền tải từ trạm biến áp 35/6 kV tới một cụm động cơ điện và phụ tải, tổng công 
suất Pt = 3000 kW, cosϕ = 0,8, ng−ời ta dùng 2 cáp lõi đồng đặt trong hầm cách nhau 100 
mm. Nhiệt độ cực đại của đất là 200C. Tìm tiết diện của dây dẫn. 
 Giải. 
 Tra bảng phụ lục ứng với điều kiện đã cho ta tìm đ−ợc Kθ = 0,95; Kn= 0,9. 
 Dòng điện phụ tải của mỗi cáp là: 
 It = )(180
8,0.6.32
3000
cos..3
A
Un
P ==ϕ 
 Dòng điện này t−ơng ứng với dòng điện cho trong bảng phụ lục có kể đến hệ số hiệu 
chỉnh nhiệt độ Kθ và hiệu chỉnh số cáp Kn. 
 Dòng điện cho phép tính toán của phụ tài là: 
 Icp = )(2,21090,0.95,0
180 A
KK
I
n
t ==
θ
 Dựa vào Icp tra bảng chọn cáp 3 lõi tiết diện bằng đồng, cách điện bằng giấy tẩm, vỏ 
chì tiết diện là F = 70 mm2 có [I]cp = 245 (A) > Icp = 210,2 (A) 
 Ví dụ 3 
 Tính chọn dây dẫn, dây chảy và cầu dao cho mạng điện nh− hình ( 2-2 ). Điện áp của 
mạng điện là 380 V. Công suất điện chiếu sáng là Pcs = 7 kW với hệ số đồng thời Kđt = 0,85. 
Dây dẫn và cáp dùng lõi đồng bọc cách điện cao su và Polyclovinin. Các động cơ có số liệu 
nh− sau: 
Số Công suất ( 
kW ) 
Kiểu 
rôto 
cosϕ η kmm Kpt α 
1 14 Pha 0,85 0,86 1,5 0,95 1,6 
2 20 Lồng sóc 0,88 0,89 5,5 0,95 2,5 
Hình 2-2. 
Mạng điện tính toán 
 Giải 
 1. Xác định dòng điện làm việc. 
 llv1 = )(6,27
86,0.85,0.380.3
10.14.95,0
.cos.3
10.. 331 A
U
PK Hpt ==ηϕ 
 Ilv2 = )(8,36
89,0.88,0.380.3
10.20.95,0
.cos.3
10.. 332 A
U
PK Hpt ==ηϕ 
 Ilv3 = )(05,9
380.3
10.7.85,0
3
3
A
U
PKdt == . 
 2. Chọn cầu chảy và cầu dao. 
 Idc1 = Ilv1; Căn cứ vào thang dây chảy ta chọn Idc1 = 35 (A). 
 Chọn cầu dao lớn hơn cầu chảy một cấp: Icd =60 (A) 
 Idc2 = 96,805,2
8,36.5,5. ==α
lvmm IK ( A). 
 Chọn dây chảy: Idc2 = 100 (A); Cầu dao Icd2 = 125 (A) 
 Idc3 = Ilv3 ; Căn cứ vào thang dây chảy chọn Idc3 = 10 (A); Icd3 = 15 (A). 
 Đối với đ−ờng dây chính đoạn AB, chọn dây chảy theo 2 điều kiện sau: 
 Idc= ∑ =++= )(25,7505,98,366,27 AI lv . 
 Theo thang dây chảy chọn Idc đoạn AB là Icd4 = 80 (A). 
 Idc = )(6,117)05,96,27(5,2
8,36.5,5. 1
1
1 AI
IK n
i
lv
lvmm =++=+∑−
=α 
 Theo thang dây chảy chọn Idc4 = 125 (A) 
 So sánh 2 điều kiện trên ta chọn dây chảy lớn hơn, Idc4 = 125 (A); Chọn cầu dao Icd4 = 
160 (A). 
 3. Chọn tiết diện dây dẫn: 
 Icp1 = Ilv1 = 27,6 (A). 
 Tra bảng phụ lục chọn dây dẫn đồng 3 lõi: 3x4mm2 có [I]cp = 35 (A) . 
 CC1 D1
 CD1
 A CD4 CC4 B CC2 D2
 CD2
 CC3 Pcs
 CD3 
 Kiểm tra điều kiện Idc1 < 3[I]cp = 105 (A), bảo đảm. 
 Icp2= Ilv2 = 36,8 (A). 
 Tra bảng phụ lục chọn dây dẫn đồng 3 lõi 3 x 6 mm2 có [I]cp = 42 (A). 
 Kiểm tra điều kiện: Idc2 < 3[I[cp bảo đảm . 
 Icp3 = 1,25Idc3 = 1,25.10=12,5 (A). 
 Tra bảng phụ lục chọn dây đồng 4 lõi tiết diện 4x1,5 mm2 có [I]cp = 16 (A). 
Đối với đ−ờng dây chính đoạn AB, chọn dây dẫn theo tổng các dòng điện làm việc: ∑Ilv = 
75,25 A. 
Tra bảng phụ lục 9, chọn dây đồng 4 lõi tiết diện 4x25 mm2, có [I]cp = 90 A.