I. GIỚI THIỆU VỀ TIẾT DIỆN DÂY DẪN

1. Tiết diện dây dẫn là gì?

Định nghĩa: Tiết diện dây dẫn là diện tích mặt cắt ngang vuông góc với chiều dài của dây dẫn điện. Đây là đại lượng quan trọng quyết định khả năng tải dòng điện an toàn của dây.

Ký hiệu:

• Ký hiệu: $S$
• Đơn vị: mm² (milimét vuông)
• Đơn vị khác: cm², m² (ít dùng)

Ý nghĩa vật lý:

• Tiết diện lớn → dòng điện tối đa lớn hơn
• Tiết diện lớn → điện trở nhỏ hơn → ít tổn thất hơn
• Quyết định khả năng tải dòng điện an toàn của dây dẫn

Vật liệu dây dẫn phổ biến:

• Dây đồng: Dẫn điện tốt, giá cao, dùng phổ biến trong dân dụng
• Dây nhôm: Dẫn điện kém hơn, giá rẻ, dùng trong truyền tải điện
• Dây hợp kim: Kết hợp ưu điểm của cả hai

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn tiết diện

II. CÔNG THỨC TÍNH TIẾT DIỆN CƠ BẢN

1. Công thức dựa trên dòng điện cho phép

📌 Công thức cơ bản và quan trọng nhất:

$$\boxed{S = \frac{I}{J}}$$

Trong đó:

• $S$: Tiết diện dây dẫn cần tính (mm²)
• $I$: Dòng điện tải, dòng điện định mức của thiết bị (A)
• $J$: Mật độ dòng điện cho phép (A/mm²)

Giá trị $J$ tiêu chuẩn:

Giải thích:

• $J$ là mật độ dòng điện, cho biết 1mm² diện tích chịu được bao nhiêu Ampe
• Giá trị $J$ nhỏ → an toàn hơn nhưng tốn dây
• Giá trị $J$ lớn → tiết kiệm dây nhưng dễ nóng

Ví dụ 1: Tính tiết diện dây đồng cho tải tiêu thụ $I = 30A$, chọn $J = 6$ A/mm²

Lời giải: $$S = \frac{I}{J} = \frac{30}{6} = 5 \text{ mm}^2$$

Kết luận: Theo tính toán cần 5mm², nhưng trong thực tế ta làm tròn lên tiêu chuẩn gần nhất là 6mm².

Lưu ý quan trọng: Luôn chọn tiết diện tiêu chuẩn lớn hơn hoặc bằng giá trị tính được, không bao giờ chọn nhỏ hơn!

2. Công thức dựa trên công suất (đơn giản hóa)

Đây là công thức ước lượng nhanh, thường dùng trong dân dụng.

Cho dây đồng, điện áp 220V (1 pha), hệ số công suất ~1:

$$S \approx \frac{P}{7 \times U} = \frac{P}{7 \times 220} \approx \frac{P}{1540}$$

Đơn giản hóa để nhớ:

$$\boxed{S \approx \frac{P}{1500} \text{ (mm}^2\text{)}}$$

Với:

• $P$: Công suất tải (W)
• $U = 220V$ (điện áp 1 pha)
• Áp dụng cho thiết bị điện trở ($\cos\varphi \approx 1$)

Ví dụ 2: Bếp điện có công suất $P = 4500W$

$$S \approx \frac{4500}{1500} = 3 \text{ mm}^2$$

Kết luận: Chọn dây 4mm² (tiêu chuẩn gần nhất lớn hơn).

Bảng ước lượng nhanh (1 pha, 220V, dây đồng):

3. Công thức dựa trên sụt áp cho phép

Công thức này quan trọng với đường dây dài (> 20-30m).

📌 Công thức tính tiết diện theo sụt áp:

$$\boxed{S = \frac{2 \times \rho \times I \times L}{\Delta U}}$$

Trong đó:

• $S$: Tiết diện dây dẫn (mm²)
• $\rho$: Điện trở suất của vật liệu (Ω·mm²/m)
  • Đồng: $\rho = 0.0175$ Ω·mm²/m (ở 20°C)
  • Nhôm: $\rho = 0.028$ Ω·mm²/m (ở 20°C)
• $I$: Dòng điện tải (A)
• $L$: Chiều dài một chiều của dây dẫn (m)
• $\Delta U$: Sụt áp cho phép (V)

Quy định sụt áp cho phép:

• Mạch chiếu sáng: ≤ 3% (≈ 6.6V với 220V)
• Mạch động lực: ≤ 5% (≈ 11V với 220V)
• Đường dây dài: ≤ 5% là chấp nhận được

Giải thích hệ số 2:

• Dòng điện đi và về qua 2 dây dẫn
• Tổng chiều dài thực tế = $2L$

Ví dụ 3: Tải $I = 20A$, dây đồng, chiều dài $L = 50m$, cho phép sụt áp $\Delta U = 11V$ (5% của 220V)

Lời giải: $$S = \frac{2 \times \rho \times I \times L}{\Delta U} = \frac{2 \times 0.0175 \times 20 \times 50}{11}$$ $$= \frac{35}{11} \approx 3.18 \text{ mm}^2$$

Kết luận: Chọn dây 4mm².

Kiểm chứng: Với dây 4mm², sụt áp thực tế: $$\Delta U = \frac{2 \times 0.0175 \times 20 \times 50}{4} = 8.75V$$ $$\text{% sụt áp} = \frac{8.75}{220} \times 100% = 3.98% < 5%$$ ✓

III. CÔNG THỨC TÍNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 1 PHA

1. Đặc điểm điện 1 pha

Định nghĩa: Điện 1 pha là hệ thống điện xoay chiều sử dụng một pha điện và một dây trung tính.

Thông số kỹ thuật:

• Điện áp định mức: $U = 220V$ (pha – trung tính)
• Tần số: 50Hz (Việt Nam, châu Âu), 60Hz (Mỹ, Nhật)
• Số dây: 2 dây (pha + trung tính) hoặc 3 dây (+ dây đất bảo vệ)

Ứng dụng điển hình:

• Hệ thống điện hộ gia đình
• Thiết bị công suất nhỏ và vừa (< 5kW)
• Đèn chiếu sáng
• Thiết bị điện tử
• Điều hòa nhỏ (dưới 2HP)

Ký hiệu màu dây (chuẩn Việt Nam):

• Dây pha (L): Màu nâu, đen, đỏ, hoặc xám
• Dây trung tính (N): Màu xanh dương
• Dây đất (PE): Màu vàng-xanh lá

2. Công thức tính dòng điện 1 pha

📌 Công thức tính dòng điện:

$$\boxed{I = \frac{P}{U \times \cos\varphi}}$$

Trong đó:

• $I$: Dòng điện (A)
• $P$: Công suất tiêu thụ (W)
• $U = 220V$: Điện áp 1 pha
• $\cos\varphi$: Hệ số công suất

Giá trị $\cos\varphi$ điển hình:

Ví dụ 4: Máy điều hòa 2HP (công suất $P = 1500W$), $\cos\varphi = 0.85$

$$I = \frac{P}{U \times \cos\varphi} = \frac{1500}{220 \times 0.85} = \frac{1500}{187} \approx 8.02A$$

Kết luận: Dòng điện định mức khoảng 8A.

3. Công thức tính tiết diện 1 pha

📌 Phương pháp 1: Theo dòng điện (Chuẩn nhất)

Bước 1: Tính dòng điện $$I = \frac{P}{U \times \cos\varphi}$$

Bước 2: Tính tiết diện $$S = \frac{I}{J}$$

Với $J = 5-6$ A/mm² (dây đồng dân dụng)

Ví dụ: $I = 8A$, $J = 6$ A/mm² $$S = \frac{8}{6} = 1.33 \text{ mm}^2$$

Kết luận: Chọn tiết diện 1.5mm² (tiêu chuẩn).

📌 Phương pháp 2: Theo công suất (Ước lượng nhanh)

Bảng tra nhanh cho dây đồng, điện áp 220V:

Lưu ý: Bảng này giả định $\cos\varphi \approx 0.9$. Với động cơ cần nhân hệ số 1.2.

📌 Phương pháp 3: Theo sụt áp (Đường dây dài)

Công thức 1 pha:

$$\boxed{S = \frac{2 \times \rho \times P \times L}{U \times \Delta U \times \cos\varphi}}$$

Đơn giản hóa với dây đồng, $U = 220V$, $\Delta U = 11V$ (5%):

$$S \approx \frac{2 \times 0.0175 \times P \times L}{220 \times 11 \times \cos\varphi}$$ $$= \frac{0.035 \times P \times L}{2420 \times \cos\varphi}$$

Ứng dụng: Dùng khi chiều dài dây > 20-30m.

4. Ví dụ tổng hợp 1 pha

Bài toán thực tế: Lắp đặt máy điều hòa 1.5HP tại phòng cách tủ điện 25m.

Thông số:

• Công suất: $P = 1100W$
• Hệ số công suất: $\cos\varphi = 0.85$
• Điện áp: $U = 220V$
• Chiều dài dây: $L = 25m$
• Dây đồng, sụt áp cho phép: 3%

Lời giải:

Bước 1: Tính dòng điện định mức $$I = \frac{P}{U \times \cos\varphi} = \frac{1100}{220 \times 0.85} = \frac{1100}{187} = 5.88A \approx 6A$$

Bước 2: Tính tiết diện theo dòng điện $$S_1 = \frac{I}{J} = \frac{6}{6} = 1 \text{ mm}^2$$

Bước 3: Kiểm tra điều kiện sụt áp

Sụt áp cho phép: $\Delta U = 3% \times 220 = 6.6V$

$$S_2 = \frac{2 \times \rho \times P \times L}{U \times \Delta U \times \cos\varphi}$$ $$= \frac{2 \times 0.0175 \times 1100 \times 25}{220 \times 6.6 \times 0.85}$$ $$= \frac{962.5}{1233.3} = 0.78 \text{ mm}^2$$

Bước 4: So sánh và chọn

• Điều kiện dòng điện: $S_1 = 1$ mm²
• Điều kiện sụt áp: $S_2 = 0.78$ mm²
• Chọn giá trị lớn nhất: $S = 1$ mm²

Kết luận: Chọn tiết diện 1.5mm² (tiêu chuẩn thị trường gần nhất).

Kiểm chứng lại với dây 1.5mm²:

• Mật độ dòng: $J = \frac{6}{1.5} = 4$ A/mm² < 6 A/mm² ✓
• Sụt áp: $\Delta U = \frac{2 \times 0.0175 \times 1100 \times 25}{220 \times 1.5 \times 0.85} = 5.18V$
• % sụt áp: $\frac{5.18}{220} = 2.35%$ < 3% ✓

Chọn CB (cầu dao) bảo vệ: CB 10A hoặc CB 16A

IV. CÔNG THỨC TÍNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 3 PHA

1. Đặc điểm điện 3 pha

Định nghĩa: Điện 3 pha là hệ thống điện xoay chiều gồm 3 nguồn điện có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau 120°.

Thông số kỹ thuật:

• Điện áp dây: $U_{dây} = 380V$ (giữa 2 pha bất kỳ)
• Điện áp pha: $U_{pha} = 220V$ (giữa 1 pha và trung tính)
• Quan hệ: $U_{dây} = \sqrt{3} \times U_{pha} = 1.732 \times 220 \approx 380V$
• Tần số: 50Hz

Ứng dụng điển hình:

• Động cơ công suất lớn (> 5kW)
• Nhà máy, xí nghiệp công nghiệp
• Thang máy, cầu trục
• Máy bơm nước công suất lớn
• Máy nén khí
• Hệ thống điều hòa trung tâm

Ưu điểm của điện 3 pha:

• Truyền tải hiệu quả hơn (tiết kiệm dây dẫn ~40%)
• Động cơ 3 pha nhỏ gọn, hiệu suất cao hơn
• Mômen xoắn ổn định, không rung

Số dây:

• Hệ thống 3 dây: 3 pha (L1, L2, L3) – không có trung tính
• Hệ thống 4 dây: 3 pha + 1 trung tính (N) – phổ biến nhất

2. Công thức tính dòng điện 3 pha

📌 Công thức tính dòng điện 3 pha:

$$\boxed{I = \frac{P}{\sqrt{3} \times U \times \cos\varphi}}$$

Trong đó:

• $I$: Dòng điện trên mỗi pha (A)
• $P$: Công suất 3 pha tổng (W)
• $U = 380V$: Điện áp dây (giữa 2 pha)
• $\sqrt{3} \approx 1.732$: Hệ số đặc trưng của hệ 3 pha
• $\cos\varphi$: Hệ số công suất (động cơ: 0.8 – 0.85)

So sánh với 1 pha:

• 1 pha: $I = \frac{P}{U \times \cos\varphi}$
• 3 pha: $I = \frac{P}{\sqrt{3} \times U \times \cos\varphi}$ (có thêm $\sqrt{3}$)

Ví dụ 5: Động cơ 3 pha, công suất $P = 5000W$, $\cos\varphi = 0.85$

$$I = \frac{5000}{\sqrt{3} \times 380 \times 0.85} = \frac{5000}{1.732 \times 380 \times 0.85}$$ $$= \frac{5000}{559.5} \approx 8.9A$$

Kết luận: Dòng điện trên mỗi pha là 8.9A.

Lưu ý: Với cùng công suất, dòng điện 3 pha nhỏ hơn 1 pha khoảng $\sqrt{3}$ lần → tiết kiệm dây dẫn.

3. Công thức tính tiết diện 3 pha

📌 Phương pháp 1: Theo dòng điện

Bước 1: Tính dòng điện $$I = \frac{P}{\sqrt{3} \times U \times \cos\varphi}$$

Bước 2: Tính tiết diện $$S = \frac{I}{J}$$

Với $J = 5-6$ A/mm² (dây đồng)

Ví dụ: $I = 8.9A$, $J = 6$ A/mm² $$S = \frac{8.9}{6} = 1.48 \text{ mm}^2$$

Kết luận: Chọn tiết diện 2.5mm² (tiêu chuẩn).

📌 Phương pháp 2: Bảng tra nhanh

Bảng tiết diện theo công suất động cơ 3 pha (380V, dây đồng, $\cos\varphi = 0.85$):

Lưu ý:

• Bảng này áp dụng cho động cơ chạy liên tục
• Với động cơ khởi động nặng, cần tăng 1-2 cấp
• CB chọn bằng 1.2-1.5 lần dòng định mức

📌 Phương pháp 3: Theo sụt áp

Công thức 3 pha (khác 1 pha):

$$\boxed{S = \frac{\sqrt{3} \times \rho \times P \times L}{U \times \Delta U \times \cos\varphi}}$$

Chú ý: Dùng $\sqrt{3}$ thay vì $2$ như công thức 1 pha!

Giải thích: Trong hệ 3 pha cân bằng, dòng trung tính bằng 0, chỉ cần tính cho 3 dây pha.

4. Ví dụ tổng hợp 3 pha

Bài toán thực tế: Lắp đặt động cơ 3 pha 5HP tại xưởng cách tủ điện 40m.

Thông số:

• Công suất: 5HP = 3.7kW = 3700W
• Hệ số công suất: $\cos\varphi = 0.85$
• Điện áp: $U = 380V$ (3 pha)
• Chiều dài dây: $L = 40m$
• Dây đồng, sụt áp cho phép: 3%

Lời giải:

Bước 1: Tính dòng điện định mức $$I = \frac{P}{\sqrt{3} \times U \times \cos\varphi} = \frac{3700}{1.732 \times 380 \times 0.85}$$ $$= \frac{3700}{559.5} \approx 6.6A$$

Bước 2: Tính tiết diện theo dòng điện $$S_1 = \frac{I}{J} = \frac{6.6}{6} = 1.1 \text{ mm}^2$$

Bước 3: Kiểm tra điều kiện sụt áp

Sụt áp cho phép: $\Delta U = 3% \times 380 = 11.4V$

$$S_2 = \frac{\sqrt{3} \times \rho \times P \times L}{U \times \Delta U \times \cos\varphi}$$ $$= \frac{1.732 \times 0.0175 \times 3700 \times 40}{380 \times 11.4 \times 0.85}$$ $$= \frac{4490}{3680} \approx 1.22 \text{ mm}^2$$

Bước 4: So sánh và chọn

• Điều kiện dòng điện: $S_1 = 1.1$ mm²
• Điều kiện sụt áp: $S_2 = 1.22$ mm²
• Chọn giá trị lớn nhất: $S = 1.22$ mm²

Kết luận: Chọn tiết diện 2.5mm² (tiêu chuẩn thị trường).

Chọn CB bảo vệ: Động cơ 5HP → CB 16A hoặc 20A (có khởi động từ)

Lưu ý động cơ: Cần xét đến dòng khởi động (thường gấp 5-7 lần dòng định mức), nhưng CB động cơ có đặc tính chịu quá tải ngắn hạn.

V. SO SÁNH 1 PHA VÀ 3 PHA

Bảng so sánh chi tiết

Khi nào dùng 1 pha? Khi nào dùng 3 pha?

Dùng điện 1 pha khi:

✓ Công suất thiết bị < 3kW ✓ Hộ gia đình, văn phòng nhỏ ✓ Thiết bị chiếu sáng ✓ Thiết bị điện tử: TV, tủ lạnh, máy giặt ✓ Điều hòa nhỏ (< 2HP) ✓ Bếp điện, lò vi sóng ✓ Quạt điện, máy bơm nhỏ

Dùng điện 3 pha khi:

✓ Công suất thiết bị > 5kW ✓ Động cơ công suất lớn ✓ Nhà máy, xí nghiệp ✓ Thang máy, cầu trục ✓ Máy bơm công suất lớn ✓ Máy nén khí ✓ Điều hòa trung tâm ✓ Máy hàn công nghiệp

So sánh tiết diện cùng công suất

Ví dụ so sánh: Cùng công suất 5kW, $\cos\varphi = 0.85$

Điện 1 pha (220V): $$I = \frac{5000}{220 \times 0.85} = 26.7A$$ $$S = \frac{26.7}{6} = 4.45 \text{ mm}^2$$ → Chọn 6mm²

Điện 3 pha (380V): $$I = \frac{5000}{1.732 \times 380 \times 0.85} = 8.9A$$ $$S = \frac{8.9}{6} = 1.48 \text{ mm}^2$$ → Chọn 2.5mm²

Kết luận:

• Dòng điện 3 pha nhỏ hơn ~3 lần
• Tiết diện 3 pha nhỏ hơn ~2.4 lần
• 3 pha tiết kiệm dây dẫn khoảng 40%

VI. BẢNG CHỌN TIẾT DIỆN TIÊU CHUẨN

1. Tiết diện dây tiêu chuẩn thị trường

Dây đơn (dây cứng) – Thông dụng:

• 0.5mm², 0.75mm², 1mm², 1.5mm², 2.5mm², 4mm², 6mm², 10mm², 16mm², 25mm², 35mm², 50mm², 70mm², 95mm², 120mm², 150mm², 185mm²…

Dây mềm (nhiều sợi) – Ít dùng hơn:

• 0.5mm², 0.75mm², 1mm², 1.5mm², 2.5mm², 4mm², 6mm²…

Lưu ý: Các tiết diện in đậm là phổ biến nhất trong dân dụng.

2. Dòng điện cho phép (Dây đồng, lắp trong ống, nhiệt độ 30°C)

Lưu ý quan trọng:

• Giá trị này giả định $\cos\varphi = 1$ (tải thuần trở)
• Với động cơ ($\cos\varphi = 0.8-0.85$), công suất thực giảm ~15-20%
• Dây lắp lộ thiên (không qua ống) có dòng cho phép cao hơn 10-20%
• Nhiệt độ cao (>30°C) cần hệ số hiệu chỉnh giảm

3. Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ

Cách dùng: Dòng cho phép thực tế = Dòng chuẩn × Hệ số hiệu chỉnh

Ví dụ: Dây 4mm² ở 40°C

• Dòng chuẩn (30°C): 25A
• Hệ số 40°C: 0.91
• Dòng thực tế: $25 \times 0.91 = 22.75A$

VII. MẸO VÀ LƯU Ý THỰC TẾ

1. Mẹo chọn tiết diện nhanh

Quy tắc “ngón tay cái” (Thumb rule):

Cho hệ 1 pha, 220V, dây đồng:

• 1000W → 1.5mm²
• 2000W → 2.5mm²
• 3000W → 4mm²
• 5000W → 6mm²
• 7000W → 10mm²

Công thức nhớ nhanh: $$\text{Tiết diện (mm}^2\text{)} \approx \frac{\text{Công suất (kW)}}{1.5}$$

Luôn làm tròn LÊN tiêu chuẩn gần nhất:

• Tính được 3.2mm² → chọn 4mm² (không chọn 2.5mm²)
• Tính được 1.3mm² → chọn 1.5mm²
• Tính được 8mm² → chọn 10mm²

Hệ số an toàn:

Trong các trường hợp sau, nhân thêm hệ số 1.2-1.5:

• Môi trường nóng (> 35°C)
• Dây đi trong ống chật
• Đường dây dài (> 50m)
• Tải có dòng khởi động lớn (động cơ)
• Môi trường ẩm ướt, ăn mòn

Ví dụ: Tính được 4mm², môi trường nóng → chọn 6mm²

2. Các sai lầm thường gặp

❌ SAI LẦM 1: Chọn dây quá nhỏ

Hậu quả:

• Dây nóng quá mức, cách điện bị nóng chảy
• Nguy cơ cháy nổ cao
• Giảm tuổi thọ thiết bị
• Vi phạm quy chuẩn an toàn

Ví dụ: Dùng dây 1.5mm² cho điều hòa 2HP (cần 2.5mm²) → Dây nóng, nguy hiểm!

❌ SAI LẦM 2: Không tính hệ số $\cos\varphi$

Sai: Cho động cơ 2kW, tính $I = \frac{2000}{220} = 9.1A$

Đúng: $I = \frac{2000}{220 \times 0.85} = 10.7A$ (với $\cos\varphi = 0.85$)

Chênh lệch: ~18%, có thể dẫn đến chọn sai tiết diện!

❌ SAI LẦM 3: Quên tính sụt áp với đường dây dài

Trường hợp: Dây dài 80m, chỉ tính theo dòng điện

Hậu quả:

• Sụt áp quá lớn (có thể > 10%)
• Thiết bị hoạt động kém hiệu quả
• Đèn sáng yếu, động cơ không đủ mômen

Giải pháp: Luôn kiểm tra sụt áp với dây > 30m

❌ SAI LẦM 4: Dùng công thức 1 pha cho 3 pha

Sai: Động cơ 3 pha 5kW, tính $I = \frac{5000}{380 \times 0.85}$ (thiếu $\sqrt{3}$)

Đúng: $I = \frac{5000}{1.732 \times 380 \times 0.85}$

Chênh lệch: Gấp 1.7 lần, chọn dây to gấp đôi không cần thiết!

3. Lưu ý an toàn quan trọng

Tuân thủ tiêu chuẩn:

• TCVN 7447 – Hệ thống điện hạ áp
• IEC 60364 – Lắp đặt điện trong công trình
• QCVN 06 – An toàn điện

Chọn CB (cầu dao) phù hợp:

Nguyên tắc: $I_{CB} \leq I_{dây_cho_phép}$

Ví dụ:

• Dây 2.5mm² (dòng cho phép 16A) → CB 16A
• Dây 4mm² (dòng cho phép 25A) → CB 20A hoặc 25A
• Dây 6mm² (dòng cho phép 32A) → CB 32A

Lưu ý môi trường:

• Dây ngoài trời: Cần hệ số giảm do tia UV, mưa nắng
• Dây trong nhà: Ổn định hơn
• Dây trong ống: Tản nhiệt kém, cần hệ số giảm
• Nhiều dây trong cùng ống: Giảm thêm 10-20%

Kiểm tra đường dài:

• Đường > 30m: Phải tính sụt áp
• Đường > 50m: Cân nhắc tăng 1 cấp tiết diện
• Đường > 100m: Nên dùng 3 pha nếu có thể

Tải động cơ đặc biệt:

• Dòng khởi động gấp 5-7 lần dòng định mức
• CB động cơ có đặc tính chịu quá tải ngắn
• Cần tính đến dòng khởi động khi chọn tiết diện

VIII. BÀI TẬP MẪU

Dạng 1: Tính tiết diện 1 pha theo công suất

Đề bài: Một bếp điện có công suất 3000W, điện áp 220V, hệ số công suất $\cos\varphi = 1$ (tải thuần trở), chiều dài dây dẫn từ tủ điện đến bếp là 15m. Chọn tiết diện dây đồng phù hợp.

Lời giải:

Bước 1: Tính dòng điện $$I = \frac{P}{U \times \cos\varphi} = \frac{3000}{220 \times 1} = 13.6A$$

Bước 2: Tính tiết diện theo dòng điện Chọn $J = 6$ A/mm² (dây đồng dân dụng) $$S = \frac{I}{J} = \frac{13.6}{6} = 2.27 \text{ mm}^2$$

Bước 3: Làm tròn lên tiêu chuẩn → Chọn tiết diện 2.5mm²

Bước 4: Kiểm tra sụt áp (nếu cần) Với $L = 15m$ (ngắn), sụt áp không đáng kể, không cần kiểm tra thêm.

Kết luận: Chọn dây đồng tiết diện 2.5mm², CB bảo vệ 16A.

Dạng 2: Tính tiết diện 3 pha theo công suất

Đề bài: Một động cơ 3 pha có công suất 7.5kW, điện áp 380V, hệ số công suất $\cos\varphi = 0.85$, chiều dài dây dẫn 30m. Chọn tiết diện dây đồng và CB bảo vệ phù hợp.

Lời giải:

Bước 1: Tính dòng điện 3 pha $$I = \frac{P}{\sqrt{3} \times U \times \cos\varphi} = \frac{7500}{1.732 \times 380 \times 0.85}$$ $$= \frac{7500}{559.5} = 13.4A$$

Bước 2: Tính tiết diện theo dòng điện $$S = \frac{I}{J} = \frac{13.4}{6} = 2.23 \text{ mm}^2$$

Bước 3: Làm tròn lên → Chọn 2.5mm² hoặc 4mm² (khuyến nghị 4mm² cho an toàn)

Bước 4: Chọn CB

• Động cơ 7.5kW → CB 20A hoặc 25A
• Cần có khởi động từ hoặc CB động cơ chuyên dụng

Kết luận:

• Dây: 4mm² (3 pha + PE)
• CB: 20A (loại động cơ)

Dạng 3: Kiểm tra sụt áp

Đề bài: Một đường dây sử dụng dây đồng tiết diện 4mm², chiều dài 80m, dòng điện tải $I = 20A$, điện áp 1 pha 220V. Tính sụt áp trên đường dây và cho biết có đạt yêu cầu không (cho phép ≤ 5%)?

Lời giải:

Bước 1: Tính điện trở đường dây

Điện trở suất đồng: $\rho = 0.0175$ Ω·mm²/m

$$R = \frac{\rho \times 2L}{S} = \frac{0.0175 \times 2 \times 80}{4} = \frac{0.0175 \times 160}{4} = 0.7\Omega$$

Bước 2: Tính sụt áp $$\Delta U = I \times R = 20 \times 0.7 = 14V$$

Bước 3: Tính phần trăm sụt áp $$%\Delta U = \frac{\Delta U}{U} \times 100% = \frac{14}{220} \times 100% = 6.36%$$

Kết luận:

• Sụt áp: 14V (6.36%)
• KHÔNG ĐẠT yêu cầu (> 5%)
• Cần tăng lên 6mm² để giảm sụt áp xuống dưới 5%

Kiểm tra lại với dây 6mm²: $$R = \frac{0.0175 \times 160}{6} = 0.467\Omega$$ $$\Delta U = 20 \times 0.467 = 9.3V$$ $$%\Delta U = \frac{9.3}{220} = 4.23%$$ < 5% ✓

Dạng 4: Chọn CB (cầu dao) phù hợp

Đề bài: Một đường dây điện sử dụng dây đồng tiết diện 6mm², dòng điện cho phép là 32A. Chọn CB (cầu dao) bảo vệ phù hợp.

Lời giải:

Nguyên tắc chọn CB:

• CB phải nhỏ hơn hoặc bằng dòng cho phép của dây
• CB thường chọn 80-90% dòng cho phép để an toàn

Tính toán: $$I_{CB} = (0.8 – 0.9) \times I_{dây_cho_phép}$$ $$I_{CB} = 0.85 \times 32 = 27.2A$$

Chọn CB tiêu chuẩn:

• CB tiêu chuẩn: 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A…
• Có thể chọn CB 25A (an toàn hơn) hoặc CB 32A (tối đa)

Kết luận: Khuyến nghị chọn CB 25A để an toàn. Nếu tải thực tế > 25A, có thể chọn CB 32A.

Lưu ý:

• Với tải động cơ, dùng CB chuyên dụng loại C hoặc D
• Với tải chiếu sáng, dùng CB loại B

Dạng 5: Bài toán tổng hợp (Thiết kế hoàn chỉnh)

Đề bài: Thiết kế hệ thống điện cho một quán cà phê có các thiết bị sau:

• Điều hòa 2HP: 2 máy (mỗi máy 1500W, $\cos\varphi = 0.8$)
• Đèn LED: tổng 500W
• Tủ lạnh: 200W
• Máy pha cà phê: 1000W

Khoảng cách từ tủ điện đến quán: 35m. Chọn tiết diện dây và CB phù hợp (điện 1 pha, 220V, dây đồng).

Lời giải:

Bước 1: Tính tổng công suất

• Điều hòa: $2 \times 1500 = 3000W$
• Đèn: 500W
• Tủ lạnh: 200W
• Máy pha: 1000W
• Tổng: $P = 4700W$

Bước 2: Tính dòng điện tổng

Hệ số công suất trung bình: $\cos\varphi_{tb} \approx 0.85$ (do có điều hòa)

$$I = \frac{P}{U \times \cos\varphi} = \frac{4700}{220 \times 0.85} = \frac{4700}{187} = 25.1A$$

Bước 3: Tính tiết diện theo dòng điện $$S_1 = \frac{I}{J} = \frac{25.1}{6} = 4.18 \text{ mm}^2$$

→ Cần tối thiểu 4mm² (theo dòng điện)

Bước 4: Kiểm tra sụt áp (quan trọng vì dây dài 35m)

Sụt áp cho phép: $\Delta U = 5% \times 220 = 11V$

$$S_2 = \frac{2 \times \rho \times P \times L}{U \times \Delta U \times \cos\varphi}$$ $$= \frac{2 \times 0.0175 \times 4700 \times 35}{220 \times 11 \times 0.85}$$ $$= \frac{5757.5}{2057} = 2.8 \text{ mm}^2$$

Bước 5: Chọn tiết diện

• Điều kiện dòng: $S_1 = 4.18$ mm²
• Điều kiện sụt áp: $S_2 = 2.8$ mm²
• Chọn giá trị lớn hơn: $S = 4.18$ mm²

Kết luận: Chọn dây 6mm² (an toàn hơn 1 cấp so với 4mm²)

Bước 6: Chọn CB

• Dòng điện: 25.1A
• Dây 6mm² chịu được 32A
• Chọn CB 32A (C32) cho phép quá tải ngắn hạn khi khởi động điều hòa

Thiết kế hoàn chỉnh:

• Dây chính: 3 × 6mm² (pha + trung tính + đất)
• CB chính: 32A
• Tổng chi phí dây: ~350,000 VNĐ (ước lượng)

IX. KẾT LUẬN

Bài viết đã trình bày đầy đủ và chi tiết công thức tính tiết diện dây dẫn cho cả hệ thống 1 pha và 3 pha:

Công thức cơ bản: $$S = \frac{I}{J}$$ Với $J = 5-6$ A/mm² (dây đồng)

Công thức dòng điện:

• 1 Pha (220V): $I = \frac{P}{U \times \cos\varphi}$
• 3 Pha (380V): $I = \frac{P}{\sqrt{3} \times U \times \cos\varphi}$

Công thức kiểm tra sụt áp:

• 1 Pha: $S = \frac{2 \times \rho \times I \times L}{\Delta U}$
• 3 Pha: $S = \frac{\sqrt{3} \times \rho \times I \times L}{\Delta U}$

Bảng tra nhanh tham khảo

Điện 1 pha (220V) – Dây đồng:

Điện 3 pha (380V) – Dây đồng:

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định