Giải thích về diện tích mặt cắt ngang của dây: Công thức, tính toán, AWG và lựa chọn cáp

Diện tích mặt cắt ngang của một dây là gì?

Hãy tưởng tượng một đặc điểm kỹ thuật của dự án có nội dung “lắp dây dẫn đồng 2,5 mm²”. Thật dễ dàng để giả định rằng 2,5 mm là đường kính. Không phải vậy. Diện tích mặt cắt ngang của dây là diện tích của mặt tròn bạn có được khi cắt sạch qua dây dẫn và 2,5 mm² đề cập đến diện tích đó chứ không phải chiều rộng của cáp. Sự khác biệt này quan trọng vì diện tích dây dẫn quyết định điện trở, khả năng mang dòng điện, độ sụt áp và liệu cáp có chạy an toàn khi chịu tải hay không.

Hướng dẫn này giải thích ý nghĩa của diện tích mặt cắt dây, cách tính toán và cách sử dụng nó khi chọn cáp.

Các giá trị này chỉ mô tả dây dẫn trần. Sau khi thêm lớp cách điện và vỏ bọc, đường kính tổng thể của cáp sẽ lớn hơn nhiều, do đó không nên sử dụng kích thước cáp bên ngoài để xác định diện tích dây dẫn.

Cách tính diện tích mặt cắt dây từ đường kính

Nếu bạn có một sợi dây chắc chắn và cần biết diện tích của nó thì quy trình này rất đơn giản:

1. Tước một phần cách điện ngắn mà không làm rách đồng.
2. Đo đường kính của dây dẫn trần bằng micromet.
3. Chia đường kính cho hai để có bán kính hoặc sử dụng đường kính trực tiếp.
4. Tính diện tích bằng cách sử dụng A = π × d² / 4.
5. Làm tròn kết quả đến kích thước số liệu tiêu chuẩn gần nhất.

Ví dụ: một dây đồng đặc có đường kính đo được là 1,78 mm cho A = 3,1416 × 1,782 / 4 = 2,49 mm2. Kích thước tiêu chuẩn gần nhất là 2,5 mm2.

Đối với một dây dẫn bị mắc kẹt, tổng diện tích kim loại là tổng diện tích các sợi riêng lẻ. Nếu một dây dẫn có n sợi giống hệt nhau, mỗi sợi có đường kính d thì tổng diện tích xấp xỉ A = n × π × d² / 4. Không áp dụng công thức đó cho đường kính ngoài bó, vì khoảng cách giữa các sợi làm cho bó có vẻ lớn hơn diện tích kim loại thực tế.

Tại sao diện tích mặt cắt ngang lại quan trọng?

Mối quan hệ giữa diện tích dây dẫn và hiệu suất điện là trực tiếp. Đối với bất kỳ dây dẫn kim loại nào, điện trở phụ thuộc vào điện trở suất, chiều dài và diện tích:

R = điện trở suất × chiều dài / diện tích

Điều này có nghĩa là nếu bạn tăng gấp đôi diện tích mặt cắt ngang, bạn sẽ giảm một nửa điện trở của dây dẫn cho cùng một chiều dài. Điện trở thấp hơn mang lại cho cáp ba lợi ích thiết thực:

• Giảm điện áp khi chạy cáp dài.
• Ít sinh nhiệt hơn ở cùng một dòng điện.
• Khả năng mang dòng điện cao hơn trước khi lớp cách điện đạt đến nhiệt độ định mức.

Ngoài ra còn có một lợi ích an toàn. Dây dẫn quá nhỏ so với dòng tải sẽ nóng lên nhanh hơn và có thể làm hỏng lớp cách điện, gây nguy cơ hỏa hoạn hoặc gây vấp ngã khó chịu. Chọn đúng khu vực là một trong những quyết định đầu tiên trong bất kỳ thiết kế cáp nào.

Ở Bắc Mỹ, kích thước dây dẫn thường được biểu thị bằng AWG. Để tham khảo sơ bộ, 10 AWG có diện tích mặt cắt ngang khoảng 5,26 mm2 và 12 AWG có diện tích mặt cắt ngang khoảng 3,31 mm2. Không giống như mm², số AWG không tỷ lệ thuận với diện tích, điều này khiến cho lỗi chuyển đổi trở nên phổ biến khi thiết kế sử dụng một quy ước và nhà cung cấp sử dụng quy ước khác.

Dây bị mắc kẹt, khoảng trống và ý nghĩa thực sự của khu vực này

Trong cáp công nghiệp và tiện ích, hầu hết các dây dẫn đều ở dạng bện chứ không phải ở dạng rắn. Việc bện làm cho cáp đủ linh hoạt để kéo vào ống dẫn, uốn quanh khay cáp và kết thúc trong thiết bị đóng cắt. Tuy nhiên, kết cấu bện có một vấn đề đo lường quan trọng: đường kính bó tổng thể bao gồm các khe hở không khí giữa các dây tròn.

Do đó, diện tích mặt cắt đã nêu của dây dẫn bị bện không bằng diện tích của hình tròn có đường kính bằng bó. Thay vào đó nó là khu vực kim loại tương đương. Dây dẫn mắc kẹt 16 mm có điện trở và dòng điện liên tục tương đương với dây dẫn rắn 16 mm, nhưng đường kính bó của nó lớn hơn 4,51 mm do có các khoảng trống. Để so sánh sâu hơn, hãy xem hướng dẫn lựa chọn dây bị mắc kẹt và dây rắn .

Đường dây trên cao là một ví dụ thực tế tốt. Dây dẫn trần như Dây dẫn trên không AAAC, AAC và ACSR được bện thành từng lớp để tăng độ bền và tính linh hoạt, nhưng định mức dòng điện của chúng được tính từ mặt cắt ngang kim loại chứ không phải từ đường kính ngoài của dây dẫn đã hoàn thiện. Nếu bạn thấy một dây dẫn dày phía trên thì diện tích nhôm có thể sử dụng vẫn có thể nhỏ hơn so với hình dạng tổng thể gợi ý, vì vậy hãy luôn kiểm tra diện tích dây dẫn đã khai báo thay vì dùng thước kẹp để đo đường kính bên ngoài.

Công ty, nhà cung cấp AAAC、AAC & ACSR - Công ty TNHH Cáp Dongfeng Giang Tô Dongfeng Trung Quốc bán buôn các nhà cung cấp AAAC、AAC & ACSR và công ty AAAC、AAC & ACSR, chi tiết: Tiêu chuẩn tham khảo Sản phẩm này được sản xuất với ... Xem sản phẩm →

Lựa chọn tiết diện dây dẫn phù hợp

Khi bạn chọn cáp để lắp đặt, vùng dây dẫn được chọn để thỏa mãn một số điều kiện cùng một lúc:

• Dòng tải liên tục không được vượt quá cường độ dòng điện của cáp đối với phương pháp lắp đặt đã chọn.
• Điện áp rơi trên chiều dài cáp thực tế phải nằm trong giới hạn của dự án.
• Dây dẫn phải chịu được dòng điện ngắn mạch cho đến khi thiết bị bảo vệ khắc phục được lỗi.
• Việc phân nhóm, nhiệt độ môi trường và việc chôn cất hoặc phơi nắng phải được đưa vào tính toán giảm xếp hạng.
• Cho phép ít nhất một số khoảng trống để tăng tải trong tương lai hoặc thay đổi tải dự kiến.

Đây là lý do tại sao cùng một mức dòng điện có thể dẫn đến các vùng dây dẫn khác nhau trong các hệ thống lắp đặt khác nhau. Một sợi cáp trong không khí tự do sẽ chạy mát hơn, trong khi năm sợi cáp được bó lại trong một ống dẫn có thể cần một dây dẫn lớn hơn để đạt được cùng công suất.

Đối với phân phối tòa nhà LV điển hình, Cáp điện 0,6/1 kV XLPE/PVC là một trong những lựa chọn phổ biến nhất vì chúng mang lại các đặc tính cơ và điện mạnh mẽ với chi phí thực tế. Việc lựa chọn diện tích dây dẫn vẫn phải được xác nhận từ biểu đồ phụ tải và tính toán sụt áp. Nếu bạn đang so sánh vật liệu cách nhiệt cho một dự án, lựa chọn cáp hạ thế giữa XLPE và PVC hướng dẫn giải thích sự khác biệt.

Cáp nguồn cách điện XLPE/PVC dành cho nhà cung cấp, công ty điện áp định mức 0,6/1kV - Ji Dongfeng Trung Quốc bán buôn Cáp điện cách điện XLPE/PVC cho các nhà cung cấp điện áp định mức 0,6/1kV và Cáp điện cách điện XLPE/PVC cho điện áp định mức 0,6/1kV. Xem sản phẩm →

Mặt cắt lớn và ứng dụng điện áp cao

Khi mức công suất tăng lên, tiết diện dây dẫn tăng lên. Dây dẫn lớn giảm tổn thất nhưng lại gây ra các vấn đề riêng: chúng nặng hơn, khó uốn cong hơn, khó kết thúc hơn và lắp đặt tốn kém hơn. Việc chế tạo dây dẫn có tiết diện lớn cũng đòi hỏi bện và nén cẩn thận vì kết cấu dây tròn thông thường có thể tạo ra cáp dày không cần thiết.

Đối với các mạch truyền tải ngầm và mạch điện cao áp công nghiệp, vùng dây dẫn được chọn thường kết hợp mặt cắt đồng lớn với hệ thống vỏ bọc và cách điện chắc chắn. Cáp điện lực XLPE cao áp ruột đồng, vỏ nhôm lượn sóng là một giải pháp thiết thực vì diện tích kim loại lớn giữ điện trở và tổn thất điện môi trong giới hạn chấp nhận được. Thiết kế cơ học của vỏ kim loại dạng sóng còn giúp bảo vệ cáp trong quá trình lắp đặt và vận hành. Để biết thêm chi tiết về những vấn đề xảy ra ở dây dẫn lớn và cách các nhà sản xuất giải quyết những vấn đề đó, bài viết của chúng tôi về thách thức kỹ thuật đối với dây dẫn có tiết diện lớn bao quát chủ đề sâu hơn.

Cáp cách điện XLPE Vỏ bọc Alminum cho điện áp định mức 290/500kV S Dongfeng Trung Quốc bán buôn Cáp cách điện XLPE Vỏ bọc Alminum cho điện áp định mức của các nhà cung cấp 290/500kV và Cáp cách điện XLPE... Xem sản phẩm →

Bài học thực tế

Diện tích mặt cắt ngang của dây là con số hữu ích nhất để dự đoán hiệu suất điện. Đối với dây tròn đặc, tính toán trực tiếp từ đường kính. Đối với cáp bện, hãy dựa vào diện tích và điện trở do nhà sản xuất công bố trên một đơn vị chiều dài thay vì đo bó bên ngoài. Sử dụng dòng tải, chiều dài mạch, điều kiện lắp đặt và cài đặt bảo vệ để chọn kích thước phù hợp. Vùng dây dẫn là một thông số kỹ thuật nhưng cũng là một trong những cách đơn giản nhất để giữ cho việc lắp đặt điện an toàn, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.