Mật độ dòng điện so sánh dòng điện với tiết diện ruột dẫn; phép tính điện trở song song so sánh các đường dẫn điện. Riêng từng phép tính đều không xác lập dòng điện cho phép của cáp hay cho phép mắc các ruột dẫn song song. Để dùng những mô hình này cho một cấu hình dự kiến, trước tiên hãy xác định đúng ruột dẫn, điều kiện mạch và cơ sở thiết kế.
Sự khác biệt này quan trọng tại lối vào cáp. Tiết diện kim loại của ruột dẫn chi phối phép tính điện, còn đường kính cáp thành phẩm chi phối đầu siết cáp hoặc phớt phía sau. Không thể suy ra đại lượng này từ đại lượng kia bằng cách coi toàn bộ cáp có cách điện như một ruột dẫn đặc.
Trước hết, xác định tiết diện ruột dẫn và dòng điện
Với phân bố dòng điện đồng đều lý tưởng, mật độ dòng điện trung bình là:
Dùng dòng điện tính bằng ampe và tiết diện kim loại tính bằng mm² để thu được A/mm². Tiết diện này không bao gồm lớp cách điện, vỏ cáp, khe hở không khí giữa các sợi và các phần không dẫn điện khác. Cáp có nhiều ruột dẫn mạch điện cũng không mặc nhiên cho phép cộng tiết diện của tất cả chúng để coi là một đường dẫn dòng điện.
Hãy ghi rõ tiết diện đó là kích thước danh định được quy định cho ruột dẫn hay diện tích kim loại đo được. IEC 60228:2023 quy định các tiết diện danh định của ruột dẫn cùng yêu cầu về kết cấu và điện trở trong phạm vi áp dụng. Kích thước danh định là ký hiệu được dùng cùng các yêu cầu đó; không nên trình bày nó như phép đo chính xác trên một mẫu cụ thể.
Với dòng điện 24 A và tiết diện đã nêu là 4 mm², mật độ trung bình là 6 A/mm². Nếu nhập 8 mm², phép tính cho kết quả 3 A/mm². Phép so sánh này cho biết dòng điện được chuẩn hóa theo diện tích như thế nào. Nó không tính đến khả năng làm mát, nhiệt độ lớp cách điện, cách bố trí theo nhóm, phương pháp lắp đặt hay tiếp điểm nơi dây dẫn được đấu nối.
Điều kiện dòng điện cũng cần được nêu rõ. Phép tính dòng điện một chiều (DC), dòng điện hiệu dụng (RMS) dùng để so sánh nhiệt và dòng đỉnh quá độ phục vụ những mục đích khác nhau. Ở tần số hoặc kích thước ruột dẫn khiến dòng điện phân bố không đồng đều, giá trị trung bình đơn giản này không thể mô tả phân bố dòng điện cục bộ.
So sánh với cơ sở mật độ được nhập
Công cụ tính mật độ dòng điện có thể cho thấy biên so với giới hạn của dự án được nhập vào. Nếu so kết quả minh họa 6 A/mm² với cơ sở 7.5 A/mm² được cung cấp độc lập, biên số học là 1.5 A/mm² và mức sử dụng là 80%.
Tôi sẽ ghi kèm nguồn của cơ sở 7.5 A/mm² bên cạnh phép so sánh. Ở đây, đó là đầu vào giả định để làm ví dụ, không phải khuyến nghị chung. Biên dương so với một con số không có tài liệu chứng minh không phải là bằng chứng rằng cáp sẽ duy trì trong giới hạn nhiệt độ cho phép.
Khi xem xét hai ruột dẫn ứng viên, hãy dùng cùng điều kiện dòng điện và cùng cơ sở so sánh áp dụng. Nếu cơ sở thay đổi theo kết cấu ruột dẫn hoặc cách lắp đặt, hãy ghi rõ thay đổi đó. Nếu không, một bảng so sánh trông rõ ràng vẫn có thể che giấu các giả định không tương thích.
Chỉ áp dụng một lần tỷ lệ được chỉ định giữ lại
Mô hình sơ bộ về dòng điện cho phép của trang này nhân tiết diện với mật độ dòng điện thiết kế được cung cấp và một tỷ lệ được giữ lại:
Ở đây, là mật độ thiết kế đã nêu và là tỷ lệ được giữ lại sau hiệu chỉnh đã chỉ định. Với tiết diện giả định 6 mm², cơ sở thiết kế được cung cấp là 5 A/mm² và tỷ lệ giữ lại là 80%, kết quả lần lượt là 30 A trước hiệu chỉnh và 24 A sau hiệu chỉnh.
“Giữ lại 80%” và “giảm 80%” là hai chỉ dẫn khác nhau. Trường hợp thứ nhất dùng ; trường hợp thứ hai sẽ giữ lại 20%. Hãy làm rõ cách diễn đạt đó trước khi nhập tỷ lệ phần trăm.
Hãy kiểm tra xem mật độ thiết kế đã bao gồm hiệu chỉnh nhiệt hoặc hiệu chỉnh theo nhóm có liên quan hay chưa. Áp dụng cùng một hiệu chỉnh lần thứ hai sẽ làm sai lệch phép so sánh. Chỉ kết hợp nhiều hệ số hiệu chỉnh theo cách mà phương pháp áp dụng quy định, thay vì nhân các tỷ lệ phần trăm thuận tiện lấy từ những tài liệu không liên quan.
Mô hình này hữu ích khi cơ sở dự án có thẩm quyền cung cấp các đầu vào. Chỉ dựa vào tiết diện thì không thể tự tạo ra cơ sở đó. Hướng dẫn chọn cỡ dây giải thích riêng các quyết định về mạch điện, tiếp điểm và làm kín.
Tính điện trở lý tưởng của các đường dẫn song song giống hệt nhau
Với đường dẫn có điện trở giống hệt nhau và được nối giữa cùng hai nút:
Số đường dẫn phải là số nguyên dương. Dòng điện chia đều khi điện trở các nhánh bằng nhau và điện áp trên các nhánh bằng nhau. Hướng dẫn về mạch song song của RMIT University giải thích mối quan hệ này. Có thể áp dụng mối quan hệ đó cho mô hình đường dẫn ruột dẫn lý tưởng được xác định rõ.
Trong ví dụ này, mỗi đường dẫn có điện trở 0.060 Ω và ba đường dẫn giống hệt nhau mang tổng dòng điện 30 A. Điện trở tương đương là 0.020 Ω, còn dòng điện mỗi đường dẫn là 10 A. Độ sụt áp chung là 0.60 V. Hãy giữ nhất quán phạm vi đường dẫn được tính điện trở: điện trở của dây dẫn theo một chiều không tự động là điện trở toàn mạch gồm cả đường đi và đường về.
Ở đây, giống hệt nhau bao gồm cùng vật liệu, tiết diện, chiều dài, nhiệt độ và phần đóng góp của đầu cuối trong phạm vi đã chọn. Quan hệ của ruột dẫn đồng nhất giải thích vì sao chiều dài, tiết diện và vật liệu có ý nghĩa; Bảng tra dây đồng của NBS trình bày quan hệ này cùng bối cảnh về điện trở phụ thuộc nhiệt độ. Dữ liệu điện trở thực tế của cáp có thể hữu ích hơn phép tính từ tiết diện đặc lý tưởng.
Cho thấy các nhánh không bằng nhau làm dòng điện phân chia ra sao
Chỉ vì trông giống nhau không có nghĩa hai đường dẫn sẽ chia dòng đều. Với các nhánh điện trở có cùng điện áp:
Xét hai đường dẫn giả định có điện trở 0.020 Ω và 0.030 Ω, cùng mang tổng dòng điện 30 A. Điện trở tương đương là 0.012 Ω nên độ sụt áp chung là 0.36 V. Nhánh có điện trở thấp hơn mang 18 A, còn nhánh kia mang 12 A. Giả sử mỗi nhánh mang 15 A sẽ bỏ sót nhánh chịu tải dòng điện lớn hơn.
Đây là mô hình mạch điện, không phải đề xuất đấu dây vào đầu cực. Tôi sẽ kiểm tra các ruột dẫn và mối nối thực tế để tìm chênh lệch về chiều dài, tiết diện, điện trở tiếp xúc và nhiệt độ. Với hệ thống AC, trở kháng và cách bố trí cũng có thể quan trọng bên cạnh điện trở DC. Công cụ tính các đường dẫn giống hệt nhau không mô hình hóa những khác biệt đó.
Đường dẫn cáp mắc song song cũng khác với các chuỗi nguồn quang điện mắc song song. Không nên thay dòng điện nguồn, biện pháp bảo vệ và quy tắc đầu nối của một mảng PV bằng mô hình chia dòng lý tưởng giữa các ruột dẫn ở trên. Đối với tổn hao phân bố trên cáp và tiếp điểm, hướng dẫn về sụt áp nêu rõ các phạm vi điện trở.
Thực hiện riêng các quyết định về nhiệt và bảo vệ
Các phép tính sơ bộ cần được xem cùng phương pháp thiết kế điện đã chọn và không thể thay thế phương pháp đó. IEC 60287-1-1:2023 đề cập đến phép tính dòng điện định mức của cáp trong các điều kiện ổn định đã nêu và yêu cầu các thông số về kết cấu cũng như môi trường. Phạm vi áp dụng này cho thấy vì sao chỉ một con số mật độ dòng điện là chưa đủ.
Đầu cuối có các giới hạn dòng điện và nhiệt độ riêng. IEC 60512-5-2:2002 mô tả phép thử giảm định mức theo dòng điện và nhiệt độ cho các bộ phận cơ điện, đặc biệt là đầu nối. Phép so sánh ruột dẫn không xác lập khả năng mang dòng đã thử nghiệm của đầu nối hoặc xác nhận đầu cực của nó có chấp nhận nhiều ruột dẫn hay không.
Cấu hình dự kiến đặt ra các câu hỏi riêng sau đây:
| Quyết định | Bằng chứng cần có ngoài các công thức này |
|---|---|
| Dòng điện định mức của cáp | Phương pháp đã chọn, kết cấu, làm mát, nhiệt độ môi trường và điều kiện bố trí theo nhóm |
| Vận hành song song | Quy tắc đấu dây áp dụng, kết cấu được phép và dòng điện thực tế chia giữa các nhánh |
| Bảo vệ khi có sự cố | Phối hợp bảo vệ và các điều kiện sự cố liên quan |
| Đấu nối đầu cuối | Tiếp điểm hoặc đầu cực cụ thể, dải tiết diện ruột dẫn, số lượng ruột dẫn và cách chuẩn bị |
| Lối vào cáp | Đường kính ngoài của cáp thành phẩm, dải đầu siết cáp, phần đỡ và hình học vỏ thiết bị |
Điện trở tương đương thấp hơn có thể giảm độ sụt áp khi tổng dòng điện cố định, nhưng không tự động tăng gấp đôi dòng điện cho phép hay cho phép một cụm lắp ráp mới. Trước khi chọn cấu hình, hãy so sánh lợi ích đó với toàn bộ yêu cầu về nhiệt, bảo vệ và giao diện lắp nối.
Kết luận
Mật độ dòng điện là phép so sánh đã chuẩn hóa hữu ích khi tiết diện, điều kiện dòng điện và cơ sở so sánh được nêu rõ. Mật độ thiết kế được cung cấp và tỷ lệ giữ lại có thể hỗ trợ ước tính ban đầu, còn các đường dẫn song song giống hệt nhau tạo thành mô hình đơn giản về điện trở và phân chia dòng điện. Cần gắn mỗi kết quả với các giả định đã tạo ra kết quả đó.
Các kiểm tra quyết định vẫn là dòng điện định mức thực tế của cáp, cấu hình song song được phép, đặc tính của các nhánh và khả năng của đầu cuối. Có thể dùng phép tính để phát hiện đường dẫn không bằng nhau hoặc mẫu số sai mà không yêu cầu nó phê duyệt toàn bộ mạch. Tại vỏ thiết bị, hãy kiểm tra riêng đường kính cáp thực tế và hình học lối vào, không gộp chúng với tiết diện kim loại của ruột dẫn.
Câu hỏi thường gặp về mật độ dòng điện và các ruột dẫn mắc song song
Mật độ dòng điện có giống dòng điện cho phép của cáp không?
Không. Mật độ dòng điện được tính bằng cách lấy dòng điện chia cho diện tích ruột dẫn. Dòng điện cho phép phụ thuộc vào phương pháp thiết kế áp dụng và các điều kiện như kết cấu cáp, nhiệt độ của lớp cách điện, khả năng làm mát, cách bố trí theo nhóm và phương pháp lắp đặt. Tôi chỉ dùng phép so sánh mật độ khi đã xác định cơ sở thiết kế; riêng kết quả này không thể xác lập dòng điện cho phép của mạch.
Tăng gấp đôi tiết diện ruột dẫn có phải lúc nào cũng tăng gấp đôi dòng điện cho phép không?
Không. Việc đó làm thay đổi diện tích dùng trong phép tính mật độ và thường cũng làm thay đổi điện trở, nhưng hành vi nhiệt và điều kiện lắp đặt vẫn quyết định dòng điện định mức. Ruột dẫn lớn hơn cũng phải vừa với đúng tiếp điểm, đầu cực và cách bố trí lối vào cáp. Chỉ nhân diện tích với một hệ số đơn giản không phải là phương pháp định cỡ đầy đủ.
Khi nào có thể chia điện trở của một ruột dẫn cho số đường dẫn?
Khi các đường dẫn giống hệt nhau trong phạm vi đường dẫn được xác định để tính điện trở và được nối giữa cùng hai nút. Dòng điện chỉ chia đều khi các điều kiện của từng nhánh cũng bằng nhau. Tôi kiểm tra chiều dài, vật liệu, tiết diện, nhiệt độ và các đầu cuối. Bản thân phép tính không cho phép vận hành song song, cũng không cho phép nối nhiều ruột dẫn vào một đầu cực.
Nhập giá trị giảm định mức 80% có nghĩa là dòng điện bị giảm 80% không?
Không, nếu công cụ tính yêu cầu tỷ lệ được giữ lại. Tỷ lệ giữ lại 80% tương ứng với bốn phần năm kết quả chưa điều chỉnh, tức mức giảm 20%. Tôi đối chiếu nhãn đầu vào với hướng dẫn nguồn, rồi kiểm tra xem hiệu chỉnh đó đã được tính trong cơ sở thiết kế hay chưa trước khi áp dụng.
Nguồn và tài liệu kỹ thuật
- IEC 60228:2023 — Ruột dẫn của cáp cách điện, truy cập ngày 2026-10-22.
- RMIT University — Mạch điện song song, truy cập ngày 2026-10-22.
- Sổ tay NBS số 100 — Bảng tra dây đồng, truy cập ngày 2026-10-22.
- IEC 60287-1-1:2023 — Cáp điện, tính dòng điện định mức, truy cập ngày 2026-10-22.
- IEC 60512-5-2:2002 — Thử nghiệm khả năng tải dòng điện, giảm định mức theo dòng điện và nhiệt độ, truy cập ngày 2026-10-22.