Cấu tạo dây cáp điện gồm những gì? Chi tiết từng lớp

Cấu tạo dây cáp điện gồm những gì là kiến thức quan trọng khi lựa chọn vật tư cho nhà ở, tòa nhà, nhà máy và hệ thống phân phối điện. Một sợi dây dân dụng có thể chỉ gồm ruột dẫn và lớp cách điện. Tuy nhiên, cáp điện lực hoặc cáp trung thế có thể được bổ sung màn chắn bán dẫn, màn chắn kim loại, lớp độn, lớp giáp và vỏ bảo vệ. Hiểu đúng chức năng của từng lớp giúp người dùng chọn cáp theo điện áp, công suất, điều kiện lắp đặt và yêu cầu an toàn. Điều này cũng hạn chế tình trạng mua cáp thiếu kết cấu bảo vệ hoặc đầu tư quá mức so với nhu cầu thực tế.

Cấu tạo dây cáp điện có phải lúc nào cũng gồm 3 phần?

Nhiều tài liệu thường mô tả cáp điện gồm ba thành phần chính là ruột dẫn, lớp cách điện và vỏ bảo vệ. Cách phân chia này phù hợp với các dòng cáp điện lực có kết cấu cơ bản. Tuy nhiên, không phải mọi sản phẩm đều có đúng ba phần.

Dây điện đơn dùng trong ống luồn có thể chỉ gồm ruột dẫn và cách điện. Ngược lại, cáp trung thế, cáp ngầm hoặc cáp chống nhiễu có thể chứa nhiều lớp chức năng khác nhau. Tiêu chuẩn IEC 60502-1 quy định yêu cầu về kết cấu, kích thước và thử nghiệm đối với cáp điện lực cách điện đùn dùng cho điện áp 1 kV và 3 kV.

Có thể hình dung cấu tạo cáp theo thứ tự từ trong ra ngoài như sau:

Thành phần	Chức năng chính	Có trên loại cáp nào?
Ruột dẫn	Truyền tải dòng điện	Hầu hết dây và cáp điện
Màn chắn ruột dẫn	Làm đều điện trường	Chủ yếu trên cáp trung thế
Lớp cách điện	Cách ly điện giữa các lõi	Dây và cáp có bọc
Màn chắn cách điện	Kiểm soát điện trường	Cáp trung thế và cao thế
Màn chắn kim loại	Dẫn dòng rò, dòng sự cố hoặc chống nhiễu	Cáp trung thế, cáp điều khiển
Lớp độn và băng quấn	Định hình, cố định cụm lõi	Cáp nhiều lõi
Lớp giáp	Chống va đập và lực cơ học	Cáp ngầm, cáp công nghiệp
Vỏ ngoài	Bảo vệ toàn bộ kết cấu	Phần lớn cáp điện lực

Như vậy, một dây cáp điện có thể gồm từ hai lớp đến tám lớp hoặc nhiều hơn, tùy điện áp, môi trường sử dụng và yêu cầu kỹ thuật.

Cấu tạo dây cáp điện gồm những gì khi phân tích từ trong ra ngoài?

Ruột dẫn điện là bộ phận truyền tải dòng điện

Ruột dẫn nằm ở vị trí trung tâm của dây cáp, có nhiệm vụ đưa dòng điện từ nguồn đến thiết bị sử dụng. Vật liệu phổ biến nhất là đồng, nhôm hoặc hợp kim nhôm. Ruột đồng có khả năng dẫn điện tốt, độ bền cơ học cao và thuận tiện khi đấu nối. Ruột nhôm nhẹ hơn, giá thành thường thấp hơn nhưng cần tiết diện lớn hơn để truyền cùng mức dòng điện trong nhiều trường hợp.

Đối với đường dây trên không, người dùng còn có thể gặp dây nhôm lõi thép. Phần nhôm thực hiện chức năng dẫn điện, còn lõi thép tăng khả năng chịu lực kéo. Đây thường là dây dẫn trần trên không, không nên đánh đồng với cáp điện lực bọc cách điện dùng trong công trình.

Xét theo kết cấu, ruột dẫn có thể được chia thành:

• Ruột dẫn đặc: Gồm một sợi kim loại, hình dạng ổn định nhưng độ mềm thấp.
• Ruột dẫn bện: Gồm nhiều sợi nhỏ xoắn lại, dễ uốn và phù hợp với cáp tiết diện lớn.
• Ruột dẫn bện ép chặt: Các sợi được nén để giảm đường kính tổng thể và hạn chế khoảng trống.
• Ruột dẫn mềm: Gồm nhiều sợi đồng nhỏ, thường dùng cho dây cấp nguồn di động hoặc vị trí cần uốn thường xuyên.

IEC 60228:2023 quy định tiết diện danh định, kết cấu sợi và điện trở ruột dẫn đối với nhiều loại ruột đồng, nhôm và hợp kim nhôm. Tiêu chuẩn cũng phân biệt ruột đặc, ruột bện và ruột đồng mềm theo từng cấp kết cấu. Khi kiểm tra ruột dẫn, không nên chỉ nhìn số lượng sợi hoặc màu kim loại. Giá trị cần quan tâm là tiết diện danh định, điện trở một chiều, vật liệu ruột dẫn và cấp mềm theo hồ sơ kỹ thuật.

Lớp bán dẫn bọc ruột dẫn giúp ổn định điện trường

Lớp bán dẫn bọc ruột dẫn thường xuất hiện trên cáp trung thế và cáp cao thế. Thành phần này được đùn bao quanh ruột dẫn trước khi tạo lớp cách điện chính. Bề mặt ruột dẫn bện có thể hình thành những vùng không đồng đều. Lớp bán dẫn giúp tạo bề mặt chuyển tiếp trơn hơn giữa kim loại và vật liệu cách điện, qua đó hạn chế tập trung điện trường tại các khe giữa những sợi dẫn.

Dây điện dân dụng và phần lớn cáp hạ thế không cần lớp bán dẫn ruột dẫn. Vì vậy, không nên mặc định rằng mọi loại cáp đều phải có thành phần này.

Lớp cách điện ngăn dòng điện truyền ra bên ngoài

Lớp cách điện bao quanh ruột dẫn, ngăn dòng điện tiếp xúc với các lõi khác, vỏ kim loại, thiết bị nối đất hoặc con người. Chất lượng cách điện ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp làm việc và độ an toàn của cáp.

Các vật liệu thường gặp gồm:

• PVC: Giá thành hợp lý, dễ gia công và được sử dụng phổ biến trong dây dân dụng hoặc cáp hạ thế.
• XLPE: Có độ bền nhiệt, độ bền điện và khả năng chịu tải tốt, thường dùng cho cáp điện lực.
• PE: Có khả năng cách điện và chống ẩm tốt, được sử dụng trong một số cấu trúc cáp chuyên dụng.
• EPR hoặc cao su: Có độ mềm và khả năng chịu điều kiện làm việc đặc thù.
• Hợp chất không halogen: Phù hợp với khu vực cần hạn chế khói và khí ăn mòn khi xảy ra cháy.

Trên những sản phẩm cáp hạ thế thông dụng, cáp cách điện PVC thường được công bố với nhiệt độ làm việc ruột dẫn khoảng 70°C. Cáp sử dụng XLPE có thể được công bố ở mức 90°C. Tuy nhiên, giá trị chính xác phải được kiểm tra theo catalogue của từng sản phẩm và điều kiện lắp đặt.

Cần phân biệt băng mica và lớp cách điện chính. Mica thường đóng vai trò lớp cản lửa trong một số dòng cáp chống cháy, còn XLPE, PVC hoặc cao su vẫn đảm nhiệm cách điện chính. Một cấu trúc cáp chống cháy có thể được thể hiện dưới dạng Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC.

Màn chắn cách điện kiểm soát điện trường bên ngoài lớp XLPE

Trên cáp trung thế, bên ngoài lớp cách điện XLPE thường có thêm lớp bán dẫn màn chắn cách điện. Lớp này tiếp xúc chặt với bề mặt cách điện, giúp điện trường được phân bố đều và hạn chế phóng điện cục bộ tại vùng tiếp giáp. Khi thi công đầu cáp trung thế, lớp bán dẫn phải được xử lý đúng chiều dài và đúng dụng cụ. Việc cắt phạm vào cách điện hoặc để lại bề mặt gồ ghề có thể làm tăng nguy cơ tập trung điện trường.

Đây là lý do đầu cáp trung thế cần sử dụng phụ kiện phù hợp với điện áp, tiết diện, đường kính cách điện và cấu trúc màn chắn của sản phẩm.

Màn chắn kim loại dẫn dòng rò và hạn chế nhiễu

Màn chắn kim loại có thể được chế tạo từ băng đồng, sợi đồng, lưới đồng hoặc băng nhôm, tùy loại cáp. Chức năng của màn chắn cần được xác định theo từng ứng dụng.

Đối với cáp trung thế, màn chắn kim loại có thể:

• Tạo đường dẫn cho dòng điện dung và dòng rò.
• Dẫn một phần dòng điện khi xảy ra sự cố chạm đất.
• Giữ bề mặt bên ngoài của lớp cách điện ở điện thế xác định.
• Hỗ trợ bảo vệ con người và thiết bị khi được nối đất đúng cách.

Một số cấu trúc cáp trung thế sử dụng màn chắn bằng băng đồng CTS, sợi đồng CWS hoặc kết hợp cả hai. Cáp có thể bổ sung lớp chống thấm, giáp bảo vệ và vỏ ngoài tùy yêu cầu lắp đặt. Đối với cáp điều khiển và cáp tín hiệu, màn chắn chủ yếu giúp hạn chế nhiễu điện từ. Màn chắn có thể bọc từng cặp lõi hoặc bao quanh toàn bộ cụm lõi.

Cần lưu ý rằng màn chắn không phải lớp giáp. Màn chắn liên quan đến điện trường, dòng rò hoặc nhiễu, trong khi lớp giáp chủ yếu bảo vệ về cơ học.

Lớp độn và băng quấn giữ ổn định cụm lõi

Cáp hai lõi, ba lõi hoặc bốn lõi thường xuất hiện khoảng trống giữa các lõi đã bọc cách điện. Nhà sản xuất có thể sử dụng sợi độn hoặc vật liệu đùn để lấp đầy các khoảng trống này.

Lớp độn mang lại một số tác dụng:

• Tạo hình tròn đều cho cáp, thuận tiện khi bọc vỏ và lắp đặt.
• Giữ các lõi ở vị trí ổn định khi cáp bị uốn.
• Hạn chế lực ép cục bộ lên từng lõi.
• Cải thiện độ ổn định kích thước của cáp thành phẩm.

Bên ngoài lớp độn có thể xuất hiện băng quấn để liên kết cụm lõi. Một số cấu trúc còn có vỏ trong hoặc lớp phân cách, đặc biệt khi cáp được bổ sung giáp kim loại. Vỏ trong giúp tạo bề mặt ổn định cho lớp giáp và hạn chế giáp gây tổn thương trực tiếp đến các lõi cách điện.

Lớp giáp bảo vệ cáp trước tác động cơ học

Lớp giáp được sử dụng khi cáp có nguy cơ chịu va đập, lực nén, lực kéo hoặc tác động trong quá trình chôn lấp. Vật liệu giáp thường là thép mạ kẽm hoặc nhôm.

Một số dạng giáp phổ biến gồm:

• DSTA: Giáp hai lớp băng thép.
• SWA: Giáp sợi thép.
• AWA: Giáp sợi nhôm.
• DATA: Giáp băng nhôm.

Giáp băng phù hợp với yêu cầu chống lực ép và va đập. Giáp sợi thường có khả năng chịu lực kéo tốt hơn, tùy cấu trúc sản phẩm. Đối với cáp một lõi sử dụng dòng điện xoay chiều, vật liệu giáp thường cần có tính phi từ để hạn chế tổn hao và phát nóng do cảm ứng. Một số cáp một lõi vì vậy sử dụng giáp nhôm AWA thay cho giáp sợi thép.

Không phải cáp có giáp nào cũng mặc nhiên phù hợp để chôn trực tiếp. Khả năng chôn đất còn phụ thuộc vỏ ngoài, khả năng chống ẩm, chống thấm, hóa chất trong đất và hướng dẫn của nhà sản xuất.

Vỏ ngoài bảo vệ toàn bộ cấu trúc cáp

Vỏ ngoài là lớp tiếp xúc trực tiếp với môi trường lắp đặt. Thành phần này bảo vệ các lớp bên trong trước độ ẩm, ma sát, hóa chất, dầu, tia tử ngoại hoặc tác động cơ học ở mức thiết kế.

Vật liệu vỏ thường gặp gồm:

• PVC: Được dùng phổ biến trong cáp điện lực và cáp điều khiển.
• PE hoặc HDPE: Có khả năng chống ẩm và phù hợp với một số ứng dụng ngoài trời, chôn ngầm.
• FR-PVC: Hợp chất PVC có đặc tính hạn chế cháy lan.
• LSZH hoặc LS0H: Hợp chất ít khói, không halogen.
• Cao su hoặc hợp chất đàn hồi: Dùng cho cáp mềm và môi trường đặc thù.

Vỏ bọc và lớp cách điện không phải một thành phần. Cách điện ngăn dòng điện truyền ra khỏi ruột dẫn, còn vỏ ngoài bảo vệ toàn bộ kết cấu khỏi môi trường.

Cấu tạo thay đổi như thế nào theo từng loại dây cáp điện?

Dây điện dân dụng

Dây đơn cứng hoặc dây đơn mềm thường có cấu trúc tương đối đơn giản: Ruột đồng → cách điện PVC.

Sản phẩm phù hợp để đi trong ống luồn, tủ điện hoặc hệ thống đã có biện pháp bảo vệ cơ học. Với dây đôi mềm, mỗi ruột dẫn có thể được cách điện riêng, sau đó ghép hoặc bọc thêm lớp bên ngoài.

Cáp điện lực hạ thế

Cáp hạ thế CVV hoặc CXV thường có cấu trúc: Ruột đồng → cách điện PVC hoặc XLPE → lớp độn, băng quấn → vỏ PVC.

Với cáp một lõi, kết cấu có thể đơn giản hơn do không cần lớp độn giữa nhiều lõi. IEC 60502-1 áp dụng cho cáp điện lực cách điện đùn dùng trong lắp đặt cố định trên mạng phân phối và hệ thống công nghiệp ở cấp điện áp thuộc phạm vi tiêu chuẩn.

Cáp điều khiển chống nhiễu

Cấu trúc thường gặp gồm: Ruột đồng → cách điện từng lõi → xoắn hoặc ghép lõi → băng quấn → màn chắn → vỏ ngoài.

Màn chắn có thể là băng nhôm ghép polyester, lưới đồng hoặc băng đồng. Một số sản phẩm bổ sung dây thoát nhiễu để hỗ trợ việc đấu nối màn chắn.

Cáp trung thế

Cáp trung thế có kết cấu phức tạp hơn: Ruột dẫn → màn chắn ruột dẫn → cách điện XLPE → màn chắn cách điện → màn chắn kim loại → lớp phân cách → giáp nếu có → vỏ ngoài.

IEC 60502-2 quy định kết cấu, kích thước và thử nghiệm đối với cáp cách điện đùn dùng ở cấp điện áp từ 6 kV đến 30 kV.

Cáp ngầm có giáp

Cáp ngầm thường được bổ sung: Vỏ trong → giáp băng hoặc giáp sợi → vỏ ngoài.

Một số cấu trúc còn có băng chống thấm hoặc vật liệu trương nở khi gặp nước. Việc lựa chọn phải dựa trên phương án đi trong ống, mương cáp, hào kỹ thuật hay chôn trực tiếp.

Cáp chống cháy

Cáp chống cháy có thể có kết cấu: Ruột đồng → băng mica → cách điện → lớp độn → vỏ chống cháy hoặc vỏ ít khói không halogen.

Băng mica giúp duy trì khả năng cách điện trong điều kiện thử cháy theo tiêu chuẩn công bố. Tuy nhiên, cáp chống cháy, cáp chậm cháy và cáp ít khói không halogen là các khái niệm khác nhau.

Cách đọc ký hiệu để nhận biết cấu tạo dây cáp điện

Ký hiệu cáp giúp người mua hình dung nhanh vật liệu ruột dẫn, cách điện, vỏ và lớp giáp. Tuy nhiên, quy ước có thể khác nhau giữa nhà sản xuất, vì vậy cần đối chiếu catalogue.

Một số ký hiệu thường gặp:

• CV: Ruột đồng, cách điện PVC.
• CVV: Ruột đồng, cách điện PVC, vỏ PVC.
• CXV: Ruột đồng, cách điện XLPE, vỏ PVC.
• AXV: Ruột nhôm, cách điện XLPE, vỏ PVC.
• SWA: Giáp sợi thép.
• DSTA: Giáp hai lớp băng thép.
• AWA: Giáp sợi nhôm.
• CTS: Màn chắn băng đồng.
• CWS: Màn chắn sợi đồng.

Ví dụ, CXV 4×25 mm² – 0,6/1 kV thường được hiểu là cáp ruột đồng, cách điện XLPE, vỏ PVC, gồm bốn lõi có tiết diện danh định 25 mm² và điện áp định mức 0,6/1 kV. Ký hiệu 3×50 + 1×25 mm² thể hiện ba lõi chính tiết diện 50 mm² và một lõi có tiết diện 25 mm². Lõi nhỏ hơn thường được sử dụng làm trung tính hoặc theo thiết kế cụ thể.

Cáp điện TCT chuyên tư vấn dây cáp theo đúng kết cấu công trình

Cáp điện TCT cung cấp nhiều nhóm sản phẩm như dây điện dân dụng, cáp PVC, cáp XLPE, cáp chống cháy, cáp ngầm, cáp trung thế, cáp điều khiển và cáp tiếp địa. Đơn vị hiện cung cấp các thương hiệu TAYA, CADI-SUN, LS-VINA, GOLDCUP cùng nhiều dòng cáp khác.

Để được tư vấn chính xác, khách hàng nên cung cấp:

• Công suất hoặc dòng điện của phụ tải.
• Điện áp và số pha của hệ thống.
• Chiều dài tuyến cáp.
• Phương án đi ống, thang máng hay chôn ngầm.
• Nhiệt độ và điều kiện môi trường.
• Yêu cầu chống cháy, chống nhiễu hoặc chống thấm.
• Số lượng, quy cách và thương hiệu dự kiến.

Từ những thông tin này, Cáp điện TCT có thể hỗ trợ lựa chọn số lõi, tiết diện, vật liệu cách điện, lớp giáp và vỏ bảo vệ phù hợp. Phương án đúng ngay từ đầu giúp hạn chế phát sinh khi thi công và tối ưu chi phí vật tư.

Để trả lời chính xác cấu tạo dây cáp điện gồm những gì, cần xác định rõ loại dây, cấp điện áp và môi trường sử dụng. Kết cấu cơ bản thường có ruột dẫn, cách điện và vỏ bảo vệ. Các dòng cáp chuyên dụng có thể bổ sung lớp bán dẫn, màn chắn kim loại, lớp độn, lớp chống thấm và giáp cơ học.

Hiểu đúng chức năng từng thành phần giúp chủ đầu tư, kỹ sư và nhà thầu chọn cáp an toàn, tránh mua sai quy cách và kiểm soát tốt chi phí. Khi cần lựa chọn dây cáp theo tải điện, chiều dài tuyến và phương án thi công, khách hàng nên liên hệ Cáp điện TCT để được đối chiếu cấu tạo và báo giá phù hợp.