Tại sao các đường dây tải điện trên không thường dùng dây nhôm?

1. Ưu thế về trọng lượng

Khi thiết kế một tuyến đường dây tải điện trên không, trọng lượng của dây dẫn không chỉ ảnh hưởng đến bản thân dây mà còn quyết định toàn bộ hệ thống cột đỡ và móng nền.

Đây chính là lý do đầu tiên và quan trọng nhất mà dây nhôm trở thành lựa chọn hàng đầu trong các hệ thống tải điện trên không.

So sánh trực tiếp về khối lượng riêng:

Vậy so ra tỉ lệ thì khối lượng riêng của nhôm chỉ nặng bằng 1/3.3 lần so với đồng. Điều đáng chú ý là mặc dù dây dẫn nhôm cần tiết diện lớn hơn để đạt cùng khả năng truyền tải với đồng, nhưng tổng trọng lượng dây nhôm vẫn nhẹ hơn đáng kể. Cụ thể, với cùng khả năng dẫn điện, dây nhôm sẽ nhẹ hơn gần 50% so với dây đồng tương đương.

Lợi ích kỹ thuật và kinh tế từ trọng lượng nhẹ:

• Giảm chi phí hạ tầng xây dựng: Giảm trọng lượng lên trên các cột đỡ, từ đó giảm chi phí xây dựng hạ tầng đỡ so với việc sử dụng dây đồng.
• Tăng khoảng vượt cột: Cho phép khoảng cách giữa các cột xa hơn, giảm chi phí cột điện.
• Thi công an toàn: Trọng lượng nhẹ giúp quá trình kéo cáp, nối dây và bảo trì đơn giản hơn, giảm rủi ro tai nạn lao động.

2. Ưu thế về giá cả

Ngoài ưu thế về trọng lượng, giá cả chính là yếu tố then chốt mà nhôm chiếm lợi thế hơn trong các dự án truyền tải điện quy mô lớn. Sự chênh lệch giá thành giữa nhôm và đồng ảnh hưởng rất nhiều đến tổng chi phí đầu tư lưới điện.

Cùng tham khảo qua giá nguyên liệu của đồng và nhôm để có sự so sánh tổng quan (theo London Metal Exchange 2024):

Hiệu ứng nhân tố trong các dự án lớn:

Từ bảng giá trên chúng ta có thể thấy, giá dây đồng gấp 4 lần giá dây nhôm, khi nhân rộng ra các dự án quốc gia như xây dựng lưới điện nông thôn hay các khu công nghiệp, con số tiết kiệm từ việc sử dụng dây nhôm thay cho dây đồng trở nên khổng lồ.

Ổn định nguồn cung:

Nhôm có trữ lượng dồi dào và ổn định hơn đồng, giúp kiểm soát tốt hơn biến động giá cả trong các dự án dài hạn.

Chính vì những hiệu quả kinh tế này mà không chỉ tại Việt Nam, ngay cả các nước phát triển như Mỹ, Canada, hay các quốc gia châu Âu đều ưu tiên sử dụng nhôm cho hệ thống truyền tải và phân phối điện trên không.

3. Ưu thế có lớp oxit nhôm tự bảo vệ

Một trong những đặc tính vượt trội ít được biết đến của nhôm chính là khả năng tự bảo vệ trước môi trường ăn mòn. Điều này tạo ra lợi thế cạnh tranh đáng kể so với nhiều vật liệu dẫn điện khác, đặc biệt trong các ứng dụng ngoài trời lâu dài.

3.1. Cơ chế tự bảo vệ tự nhiên

Khi tiếp xúc với không khí, bề mặt nhôm sẽ nhanh chóng hình thành một lớp oxit nhôm (Al₂O₃) rất mỏng, cứng và có tính cách điện. Quá trình này diễn ra tự động trong vòng vài phút đầu tiên khi nhôm tiếp xúc với oxy.

Đặc tính của lớp oxit nhôm:

• Độ dày: Chỉ khoảng 2-3 nanometer, rất mỏng
• Tính chất: Cực kỳ cứng và bền, có độ cứng gần bằng kim cương
• Khả năng bảo vệ: Ngăn chặn hoàn toàn quá trình ăn mòn

3.2. Lợi ích trong ứng dụng thực tế

Lớp nhôm oxit trong thực tế có nhiều lợi ích quan trọng như:

• Bảo vệ lõi nhôm bên trong: Lớp oxit này hoạt động như một “lớp áo giáp” tự nhiên, bảo vệ lõi nhôm bên trong khỏi bị ăn mòn thêm dù tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt như mưa acid, không khí biển, hay khói công nghiệp.
• Tuổi thọ vượt trội: Nhờ cơ chế tự bảo vệ này, dây nhôm có thể hoạt động ổn định trong 20-30 năm.
• Khả năng chống ăn mòn môi trường: Sử dụng thích hợp trong môi trường ven biển, nơi có độ mặn cao, khu công nghiệp hoặc nơi có nhiều hóa chất ăn mòn.

4. Một số loại cáp nhôm sử dụng trên không

Dựa trên ba ưu thế cốt lõi của nhôm, ngành điện lực đã phát triển ra nhiều loại cáp nhôm ứng dụng đi trên không, một trong số đó thường gặp là dây nhôm lõi thép trần (ACSR) và cáp nhôm vặn xoắn (ABC), mỗi loại tối ưu cho môi trường riêng biệt.

4.1. Dây nhôm lõi thép trần (ACSR)

Cấu tạo và đặc điểm kỹ thuật:

• Cấu tạo gồm 2 phần chính là lõi thép chịu lực và lõi nhôm bao bọc bên ngoài có chức năng dẫn điện. Nếu sử dụng trong môi trường ven biển hoặc có tính ăn mòn, dây sẽ được bôi thêm lớp mỡ trung tính.
• Sức căng cơ học cao (33-284 kN)

Ứng dụng chính: Thường đi ở những nơi có địa hình hoặc môi trường khắc nghiệt như sông, núi, biển…

4.2. Cáp nhôm vặn xoắn (ABC)

Cấu tạo và đặc điểm kỹ thuật:

• Cấu tạo cáp có thể có từ 2-4 lõi nhôm có cách điện XLPE, xoắn lại với nhau
• Điện áp danh định (Uo/U): 0.6/1kV.
• Điện áp thử nghiệm xung sét 1.2/50µs:
  • Tiết diện danh định < 35mm2: 15kV.
  • Tiết diện danh định ≥ 35mm2: 20kV.
• Nhiệt độ làm việc danh định tối đa ruột dẫn: 90ºC.
• Nhiệt độ ngắn mạch trong 5s tối đa ruột dẫn: 250ºC.

Ứng dụng chính: Phân phối điện trên không trong các khu đô thị, dân cư, công nghiệp, nhà máy….

Tại Ngoc Lan Cable, chúng tôi sản xuất cả hai loại sản phẩm theo tiêu chuẩn TCVN và quốc tế, đáp ứng đầy đủ nhu cầu từ các dự án truyền tải lớn đến hệ thống phân phối nhỏ lẻ.

Tuy nhiên, qua quá trình tư vấn và hỗ trợ khách hàng, chúng tôi nhận thấy vẫn còn một số thắc mắc phổ biến về lựa chọn vật liệu dây dẫn và an toàn điện. Chúng tôi đã tổng hợp những câu hỏi thường gặp nhất từ các kỹ sư, nhà thầu, nhà đầu tư và giải đáp cho các bạn về ưu nhược điểm của từng loại vật liệu, giúp bạn hiểu rõ hơn về bối cảnh ứng dụng phù hợp của mỗi giải pháp.

5. Câu hỏi liên quan về dây dẫn nhôm trên không

6. Kết luận

Qua bài viết, chúng ta đã phần nào hiểu được lý do tại sao các đường dây tải điện trên không thường dùng dây nhôm? Dây nhôm đã chứng minh là lựa chọn hiệu quả nhất về kinh tế và kỹ thuật cho đường dây tải điện trên không nhờ 3 ưu thế cốt lõi:

• Trọng lượng nhẹ
• Giá thành thấp hơn đồng
• Chống ăn mòn tốt nhờ lớp nhôm oxit

Tại Ngoc Lan Cable, chúng tôi cung cấp đầy đủ các giải pháp dây và cáp nhôm từ ACSR đến ABC, đáp ứng các tiêu chuẩn TCVN và quốc tế. Liên hệ ngay để được tư vấn miễn phí cho dự án của bạn và nhận báo giá cạnh tranh nhất thị trường!