Khi lựa chọn dây và cáp điện, ngoài tiết diện, công suất tải hay phương pháp lắp đặt, vật liệu làm lõi dẫn điện cũng là yếu tố rất quan trọng. Hai vật liệu được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là đồng và nhôm.
Một trong những thông số giúp đánh giá khả năng dẫn điện của hai vật liệu này chính là điện trở suất. Vậy điện trở suất của đồng và nhôm bằng bao nhiêu? Đồng dẫn điện tốt hơn nhôm bao nhiêu và điều này ảnh hưởng thế nào đến việc lựa chọn cáp điện? Cùng Cáp điện TCT tìm hiểu chi tiết dưới đây.
Điện trở suất là gì?
Điện trở suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của một loại vật liệu. Đại lượng này thường được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp ρ (rho).
Đơn vị tiêu chuẩn của điện trở suất là: Ω.m (ohm mét)
Trong ngành dây và cáp điện, một đơn vị khác thuận tiện hơn cũng thường được sử dụng: Ω.mm²/m
Điện trở suất càng nhỏ thì vật liệu càng dễ cho dòng điện đi qua, hay nói đơn giản là khả năng dẫn điện càng tốt.
Ví dụ, đồng và nhôm đều có điện trở suất rất thấp so với nhiều kim loại khác nên đều thích hợp làm lõi dẫn điện.
Phân biệt điện trở suất và điện trở
Hai khái niệm này khá dễ nhầm lẫn. Điện trở suất ρ chủ yếu phụ thuộc vào bản chất vật liệu và nhiệt độ.
Trong khi đó, điện trở R của một đoạn dây còn phụ thuộc vào chiều dài và tiết diện dây.
Mối quan hệ được thể hiện bằng công thức: R = ρ × L / S
Trong đó:
- R: điện trở của dây dẫn, đơn vị Ω
- ρ: điện trở suất của vật liệu
- L: chiều dài dây dẫn
- S: tiết diện dây dẫn
Như vậy, với cùng một vật liệu:
- Dây càng dài → điện trở càng lớn.
- Tiết diện càng nhỏ → điện trở càng lớn.
- Tiết diện càng lớn → điện trở càng nhỏ.
Đây chính là lý do khi đường dây dài hoặc tải lớn, người thiết kế thường phải tăng tiết diện dây để hạn chế tổn hao và sụt áp.
Điện trở suất của đồng là bao nhiêu?
Ở nhiệt độ khoảng 20°C, điện trở suất của đồng tinh khiết thường nằm quanh: ρCu ≈ 1,68 – 1,72 × 10⁻⁸ Ω.m
Nếu quy đổi sang đơn vị thường thuận tiện khi tính dây dẫn: ρCu ≈ 0,0168 – 0,0172 Ω.mm²/m
Giá trị thực tế có thể thay đổi nhẹ tùy độ tinh khiết, trạng thái vật liệu và điều kiện đo.
Điện trở suất thấp giúp đồng có khả năng dẫn điện rất tốt, vì vậy lõi đồng được sử dụng rộng rãi trong:
- Dây điện dân dụng
- Cáp điện hạ thế
- Cáp điện trung thế
- Cáp điều khiển
- Cáp chống cháy
- Dây tiếp địa
- Hệ thống điện công nghiệp và M&E
Ngoài khả năng dẫn điện, việc lựa chọn lõi đồng trong thực tế còn liên quan đến đặc tính cơ học, kích thước dây, phương pháp đấu nối và yêu cầu của từng hệ thống.
Điện trở suất của nhôm là bao nhiêu?
Ở khoảng 20°C, điện trở suất của nhôm thường vào khoảng:ρAl ≈ 2,65 – 2,82 × 10⁻⁸ Ω.m
Tương đương khoảng: ρAl ≈ 0,0265 – 0,0282 Ω.mm²/m
Điện trở suất của nhôm lớn hơn đồng nên nếu hai dây có cùng chiều dài và cùng tiết diện, dây nhôm sẽ có điện trở lớn hơn.
Tuy nhiên, nhôm có ưu điểm đáng chú ý là khối lượng riêng thấp hơn nhiều so với đồng. Vì vậy, cáp lõi nhôm vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống phân phối và truyền tải điện, đặc biệt khi cần tối ưu khối lượng và chi phí vật liệu.
Bảng so sánh điện trở suất của đồng và nhôm
| Tiêu chí | Đồng | Nhôm |
|---|---|---|
| Điện trở suất ở khoảng 20°C | Khoảng 1,68–1,72 × 10⁻⁸ Ω.m | Khoảng 2,65–2,82 × 10⁻⁸ Ω.m |
| Quy đổi Ω.mm²/m | Khoảng 0,0168–0,0172 | Khoảng 0,0265–0,0282 |
| Khả năng dẫn điện | Cao hơn | Thấp hơn đồng |
| Tiết diện cần dùng để đạt điện trở tương đương | Nhỏ hơn | Lớn hơn |
| Khối lượng riêng | Cao | Thấp |
| Ứng dụng trong cáp điện | Rất phổ biến | Phổ biến trong nhiều hệ thống phân phối, truyền tải |
Có thể thấy rằng điện trở suất của nhôm lớn hơn đồng khoảng 1,6 lần, nếu lấy các giá trị điển hình để so sánh. Điều đó không có nghĩa cáp nhôm “kém” và cáp đồng luôn “tốt hơn”. Hai loại vật liệu phù hợp với những yêu cầu thiết kế và bài toán kinh tế khác nhau.
Vì sao đồng dẫn điện tốt hơn nhôm?
Khả năng dẫn điện và điện trở suất có quan hệ nghịch đảo: σ = 1 / ρ
Trong đó:
- σ: độ dẫn điện
- ρ: điện trở suất
Điện trở suất càng thấp thì độ dẫn điện càng cao. Do điện trở suất của đồng thấp hơn nhôm nên với cùng chiều dài và cùng tiết diện, lõi đồng sẽ có điện trở thấp hơn lõi nhôm.
Ví dụ xét hai dây:
- Chiều dài: 100 m
- Tiết diện: 50 mm²
- Một dây bằng đồng
- Một dây bằng nhôm
Lấy giá trị gần đúng:
Dây đồng: R ≈ 0,0172 × 100 / 50 ≈ 0,0344 Ω
Dây nhôm: R ≈ 0,0282 × 100 / 50 ≈ 0,0564 Ω
Trong điều kiện tính toán đơn giản này, dây nhôm có điện trở lớn hơn rõ rệt.
Muốn dây nhôm có điện trở tương đương dây đồng thì phải làm gì?
Từ công thức: R = ρL/S
Nếu muốn dây nhôm và dây đồng có cùng điện trở, đồng thời chiều dài bằng nhau: SAl / SCu ≈ ρAl / ρCu
Với các giá trị điển hình: SAl ≈ 1,6 × SCu
Nói cách khác, xét riêng về điện trở DC lý tưởng, dây nhôm thường phải có tiết diện lớn hơn khoảng 1,6 lần dây đồng để đạt mức điện trở gần tương đương.
Đây là một điểm rất quan trọng.
Không nên suy luận rằng:
Cáp đồng 50 mm² có thể thay trực tiếp bằng cáp nhôm 50 mm².
Hai dây có cùng tiết diện nhưng điện trở và nhiều đặc tính vận hành khác nhau.
Hơn nữa, khi chọn cáp thực tế còn phải kiểm tra:
- Dòng tải cho phép
- Sụt áp
- Chiều dài tuyến cáp
- Nhiệt độ môi trường
- Phương pháp lắp đặt
- Số lượng cáp đi chung
- Điều kiện tản nhiệt
- Dòng ngắn mạch
- Đặc tính tải
- Yêu cầu đầu nối và phụ kiện
Do đó, tỷ lệ 1,6 chỉ nên xem là cách so sánh vật liệu về mặt điện trở suất, không phải công thức thay thế tiết diện cáp trong mọi công trình.
Nhiệt độ ảnh hưởng thế nào đến điện trở của đồng và nhôm?
Một chi tiết thường bị bỏ qua khi tra điện trở suất là nhiệt độ.
Các con số như:
- Đồng: khoảng (1,68–1,72×10^{-8}\ Ω.m)
- Nhôm: khoảng (2,65–2,82×10^{-8}\ Ω.m)
thường được công bố tại khoảng 20°C. Khi nhiệt độ của kim loại tăng, điện trở của đồng và nhôm cũng tăng.
Có thể ước tính theo công thức: Rₜ = R₂₀ × [1 + α(t − 20)]
Trong đó:
- Rₜ: điện trở tại nhiệt độ t
- R₂₀: điện trở tại 20°C
- α: hệ số nhiệt điện trở
- t: nhiệt độ vật dẫn
Với đồng dùng cho mục đích điện, hệ số nhiệt điện trở quanh 20°C thường xấp xỉ 0,0039/°C. Vì vậy, không nên lấy điện trở tại 20°C rồi mặc định rằng dây dẫn khi vận hành nóng lên vẫn giữ nguyên giá trị này. Điều này đặc biệt quan trọng khi tính toán cáp mang tải lớn hoặc vận hành trong môi trường nhiệt độ cao.
Cáp điện TCT cung cấp dây và cáp điện cho công trình, dự án
Hiểu điện trở suất của đồng và nhôm giúp người sử dụng thấy rõ vì sao vật liệu lõi dẫn có ảnh hưởng trực tiếp đến điện trở, tiết diện và hiệu quả truyền tải điện. Tuy nhiên, trong thực tế lựa chọn cáp, điện trở suất chỉ là một trong nhiều thông số cần xem xét.
Công ty TNHH Thương Mại & Dịch Vụ TCT – Cáp điện TCT cung cấp nhiều dòng dây và cáp điện phục vụ hệ thống dân dụng, nhà xưởng, nhà máy, công trình M&E và dự án xây dựng.
Khách hàng có thể tham khảo các nhóm sản phẩm như cáp điện TAYA, Cáp điện CADISUN và cáp điện LS-Vina.
Cáp điện TCT hỗ trợ lựa chọn dây/cáp theo công suất, tải điện, tiết diện, chiều dài tuyến và điều kiện lắp đặt, đồng thời báo giá theo quy cách, số lượng và từng thời điểm. Với các đơn hàng công trình, hồ sơ CO/CQ được cung cấp theo yêu cầu dự án.
Điện trở suất của đồng và nhôm là thông số quan trọng giúp đánh giá khả năng dẫn điện của hai vật liệu phổ biến trong ngành dây cáp điện. Ở khoảng 20°C, đồng có điện trở suất thấp hơn nhôm nên dẫn điện tốt hơn khi xét cùng chiều dài và tiết diện. Tuy nhiên, khi lựa chọn cáp cho công trình, không nên chỉ dựa vào điện trở suất mà cần đồng thời xem xét dòng tải, tiết diện, chiều dài tuyến, mức sụt áp, điều kiện lắp đặt và yêu cầu kỹ thuật thực tế.
Nếu cần lựa chọn dây hoặc cáp điện phù hợp cho nhà ở, nhà xưởng, nhà máy hay dự án M&E, khách hàng có thể liên hệ Cáp điện TCT để được tư vấn theo nhu cầu sử dụng thực tế. Cáp điện TCT cung cấp nhiều dòng cáp điện chính hãng từ TAYA, CADISUN, LS-VINA cùng nhiều quy cách, tiết diện khác nhau, hỗ trợ báo giá theo số lượng và yêu cầu của từng công trình.