Cách chọn vật liệu dẫn điện làm dây cáp điện

Với công nghệ sản xuất dây cáp điện hiện nay, chất liệu dẫn điện ngày càng đa dạng và có thể được sản xuất từ các vật liệu dẫn điện như: đồng, nhôm, sợi quang. Vậy đâu là điểm khác biệt của những vật liệu này? Hãy cùng ADACO đi vào tìm hiểu chi tiết về cách chọn vật liệu dẫn điện làm dây cáp điện phù hợp được áp dụng trong quá trình sản xuất dây cáp điện.

Các vật liệu dẫn điện bằng kim loại và ưu điểm làm dây cáp điện

Dây cáp điện lõi đồng

Dây cáp điện công nghiệp hay dây dẫn điện dân dụng thông thường dùng trong truyền tải điện, tín hiệu hoặc dữ liệu có thể được sản xuất từ đồng. Nhờ những đặc tính vật lý vốn có như: khả năng uống dẻ và linh hoạt, độ dẫn điện cao. Ngoài ra, đồng cũng có độ bền nhiệt và chống oxy hoá tương đối tốt, giá thành hợp lý để sản xuất quy mô công nghiệp, số lượng lớn trong những úng dụng liên quan tới điện và dẫn điện. Dây dẫn điện lõi đồng hiện nay có nhiều kiểu thiết kế khác nhau: dây dẫn điện lõi đồng đơn sợi, dây dẫn điện lõi đồng đa sợi. 

Kiểu thiết kế dây dẫn điện lõi đồng

Ngoài ra, dựa theo tính chất và yêu cầu kỹ thuật, dây dẫn điện lõi đồng cũng có thể được thiết kế bện xoắn (gồm nhiều sợi nhỏ được thiết kế xoắn lại với biên độ nhất định, thường trong những loại dây dẫn điện dân dụng hoặc dây cáp điện dùng trong công nghiệp) hoặc dây dẫn điện đồng trục (song song).

Gia tăng độ bền cho dây dẫn điện lõi đồng

Ngoài việc sử dụng dây đồng trần, dây dẫn điện bằng đồng nguyên chất có thể tốn kém hoặc không đảm bảo đặc tính kỹ thuật mong muốn. Các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất cũng có thể thiết kế dây dẫn điện bằng đồng mạ thiếc để làm tăng khả năng chống ăn mòn, niken để gia tăng khả năng chịu nhiệt trong khả năng chịu nhiệt trong quá trình chịu tải dòng điện.

Dây cáp điện lõi nhôm

Nhôm (ký hiệu hoá học: AL) là một vật liệu có tính dẫn điện có tính ứng dụng tiềm năng thay thế đồng. Ưu thế của nhôm nằm ở trọng lượng riêng thấp hơn đồng. Nhưng nhôm lại có chỉ số dẫn điện kém hơn đồng. Cụ thể: 

• Điện trở suất của đồng chỉ bằng 0,173 Q.mm2 s/m, (đối với đồng mềm) và 0,017 cho đến 0,018 Q.mm2 s/m (đối với dây dẫn đồng cứng). 
• Trong khi đó dây dẫn nhôm có điện trở suất khoảng: 0.083 – 0.280 Q.mm2 s/m.

Nên xét về khả năng dẫn nhiệt, đồng chính là kim loại có khả năng dẫn điện tốt hơn so với dây dẫn nhôm. Đồng nghĩa với việc dây dẫn điện lõi nhôm cần có tiết diện lớn hơn so với dây dẫn đồng để truyền tải một dòng điện có cường độ lớn như nhau.

Ngoài ra, dây dẫn điện lõi nhôm cũng có biên độ uốn kém hơn, tính linh hoạt ít hơn và có khả năng đứt gãy cao hơn. Chính vì vậy, dây dẫn điện lõi nhôm thường không được ứng dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng uốn cong hoặc cần sự linh hoạt thường xuyên. Nhôm được sử dụng trong sản xuất dây cáp điện dùng trong ngành điện lực, các đường dây truyền tải điện trung thế, cao thế ngoài trời trên đường dây truyền tải điện trên cao – nơi mà trọng lượng và chi phí đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tiến độ và khả năng triển khai trên diện rộng.

Dây cáp điện bằng bạc, vàng

Trong danh sách những kim loại có khả năng dẫn điện tốt, bạc (ký hiệu hoá học: Ag) được xếp hạng là kim loại có khả năng dẫn điện tốt nhất. Tuy nhiên, chi phí nếu áp dụng bạc vào sản xuất dây cáp điện lại cao hơn đồng rất nhiều, khiến phương án sử dụng bạc để sản xuất dây cáp điện đại trà không khả thi. Bạc thường được ứng dụng để sản xuất dây cáp tín hiệu cho những thiết bị đòi hỏi hiệu suất cao, chẳng hạn như: thiết bị âm thanh cao cấp, bên cạnh dây đồng mạ bạc – đảm bảo khả năng dẫn điện và chống ăn mòn.

Đối với vàng (ký hiệu hoá học Au), do có khả năng dẫn điện kém hơn so với đồng và bạc và giá thành cao hơn, nên vàng không phải lựa chọn phù hợp để sản xuất dây dẫn điện, cáp tín hiệu mà thường được dùng để làm lớp bọc ngoài dây cáp điện, cáp tín hiệu cho những thiết bị đòi hỏi khả năng chống nhiễu cao (như các thiết bị điện tử hoạt động trong nhiệm vụ du hành không gian, trên các bề mặt hành tinh có từ trường lớn,… hay gần gũi hơn là để mạ đầu dây dẫn tín hiệu trong các thiết bị âm thanh cao cấp, đảm bảo độ trong của âm thanh ở mức tối ưu nhất).

Dây cáp điện bằng thép

Thép là vật liệu được xếp loại dẫn điện kém so với trong những kim loại có tính dẫn điện đã được nêu trên (như bạc, đồng, vàng, nhôm) trong bảng xếp hạng kim loại dẫn điện. Tuy nhiên, thép là kim loại có tính cứng, khả năng chịu lực mạnh mẽ và độ bền cao hơn các kim loại nêu trên. Chính vì thế, thép được sử dụng làm dây cáp điện hoặc lớp bọc thép trợ lực cho dây cáp điện trong những ứng dụng quân sự, hàng không bên cạnh những vật liệu được dùng làm lớp chống nhiễu trong dây cáp điện như nhôm (dưới dạng lá nhôm mỏng xếp chồng lên nhau) hoặc những hợp kim khác từ thép để làm lớp bọc thép chịu lực.

Dây cáp điện có sợi quang

Dây cáp điện đa phần được làm bằng kim loại, tuy nhiên sợi cáp quang hay còn gọi là ống dẫn sóng bằng sợi quang (optical waveguides) cũng được sử dụng nhưng không phải để dẫn điện.

Chức năng của cáp quang

Cáp quang là vật liệu lý tưởng được sử dụng làm dây cáp truyền tải tín hiệu tốc độ cao (cáp tín hiệu) bằng cách sử dụng sóng ánh sáng. 

Phương thức truyền tín hiệu ánh sáng của cáp quang

Phương pháp truyền tín hiệu bằng sóng ánh sáng trên cáp quang dựa vào một lõi sợi thủy tinh hoặc nhựa. Ưu điểm của lõi nhựa có tính linh hoạt hơn và dễ uốn cong hơn và có thể hồi lại hình dạng cũ mà không sợ bị gãy, đứt lõi nhiều như dây cáp điện lõi kim loại. Lõi dây cáp quang được bao bọc bởi một lớp vỏ quang học, lớp bọc này còn được gọi là lớp phủ (cladding).

Tín hiệu ánh sáng sẽ phản xạ giữa lõi cáp và lớp phủ (lớp lọc), tín hiệu được truyền qua bước sóng quang ở tốc độ cao và không bị gián đoạn so với tần số sóng điện (có thể bị gián đoạn bởi nhiễu điện từ). Bước sóng quang hiện đang được ứng dụng làm cáp quang cho nhiều thiết bị khác nhau trong ngành công nghiệp viễn thông (internet, điện thoại ), y tế và hàng không – vũ trụ. Nhược điểm duy nhất của cáp quang là không có khả năng dẫn điện.

Một số mẫu dây cáp điện tích hợp cáp quang truyền tín hiệu tiêu biểu có thể kể đến: cáp điện trung thế lắp cố định (N)TSCGEWOEU có cáp quang – tên tiếng anh là (N)TSCGEWOEU Medium Voltage Fixed Installation Cable With Fibre Optics – do Feichun sản xuất theo tiêu chuẩn kỹ thuật VDE của Đức.

Kết Luận

Việc lựa chọn vật liệu dẫn điện phù hợp làm dây cáp điện phụ thuộc vào nhu cầu và ứng dụng cụ thể, điều kiện môi trường lắp đặt, đi dây cáp điện. Những yếu tố trên cần được xác định chính xác để có thể yêu cầu nhà sản xuất dây cáp điện có thể thiết kế phần lõi cáp và các lớp bọc, loại dây cáp điện, cáp tín hiệu hay cáp quang sao cho phù hợp với khả năng kháng – dựa theo ưu và nhược điểm của từng loại vật liệu. Các yếu tố, đặc tính khác của dây cáp điện như cấu tạo, tiết diện dây cáp, vật liệu chế tạo lớp cách điện và vỏ bọc cáp điện cũng là những yếu tố quan trọng cần lưu tâm. Vì vậy, nếu quý vị và các bạn không đủ kinh nghiệm và chuyên môn có thể liên hệ với ADACO – đơn vị với đội ngũ Kỹ thuật – Kinh doanh có kinh ngiệm trong việc lựa chọn dây cáp điện phù hợp nhằm đảm bảo tuân thủ các điều kiện lựa chọn chất liệu làm lõi dây cáp điện nêu trên.