5. Công thức tính sụt áp trong hệ thống điện

Để xác định chính xác mức sụt áp trên đường dây, kỹ sư cần sử dụng công thức phù hợp với từng loại hệ thống điện. Hiện nay, các công thức dưới đây được áp dụng phổ biến trong thiết kế hệ thống điện hạ áp theo tiêu chuẩn IEC và cũng là cơ sở tính toán của nhiều phần mềm như ETAP, Ecodial hay Caneco BT.

Việc lựa chọn đúng công thức không chỉ giúp xác định chính xác điện áp tại phụ tải mà còn là cơ sở để lựa chọn tiết diện dây dẫn, đánh giá tổn thất điện năng và kiểm tra khả năng đáp ứng của toàn bộ hệ thống.

Công thức tính sụt áp đối với hệ thống điện một pha

Đối với hệ thống điện một pha, điện áp sụt được xác định theo công thức sau:

ΔU = 2 × I × (R × Cosφ + X × Sinφ) × L

Trong đó:

• ΔU là giá trị điện áp bị sụt trên toàn bộ tuyến cáp, đơn vị tính là Volt (V). Đây là kết quả cuối cùng cần xác định để kiểm tra xem hệ thống có đáp ứng yêu cầu thiết kế hay không.
• I là dòng điện làm việc của phụ tải, đơn vị Ampe (A). Giá trị này được tính từ công suất thiết bị hoặc lấy trực tiếp từ catalogue của nhà sảnản xuất.
• R là điện trở của dây dẫn, đơn vị Ω/km. Điện trở phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, tiết diện dây dẫn và nhiệt độ làm việc thực tế của cáp.
• X là điện kháng của dây dẫn, đơn vị Ω/km. Mặc dù thường nhỏ hơn điện trở nhưng vẫn cần được đưa vào công thức để tăng độ chính xác, đặc biệt đối với các tuyến cáp dài.
• L là chiều dài một chiều của tuyến cáp, được quy đổi sang đơn vị kilômét (km) trước khi tính toán. Đây là lỗi mà nhiều kỹ sư mới thường gặp khi sử dụng đơn vị mét.
• Cosφ là hệ số công suất của phụ tải, phản ánh tỷ lệ giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến của hệ thống điện.
• Sinφ là thành phần phản kháng tương ứng với hệ số công suất, được sử dụng để tính ảnh hưởng của điện kháng trong quá trình truyền tải điện năng.

Trong công thức trên, hệ số 2 xuất hiện do dòng điện của hệ thống một pha luôn đi qua dây pha và quay trở về bằng dây trung tính hoặc dây còn lại, vì vậy tổng chiều dài dòng điện truyền tải được tính bằng hai lần chiều dài thực tế của tuyến cáp.

---

Công thức tính sụt áp đối với hệ thống điện ba pha

Đối với hệ thống điện ba pha cân bằng, công thức tính sụt áp được sử dụng như sau:

ΔU = √3 × I × (R × Cosφ + X × Sinφ) × L

So với hệ thống một pha, công thức ba pha chỉ thay hệ số 2 bằng √3 do đặc điểm truyền tải điện năng của mạng điện ba pha đối xứng.

Ý nghĩa của các đại lượng trong công thức hoàn toàn tương tự như hệ thống điện một pha, bao gồm:

• ΔU là điện áp sụt trên tuyến cáp từ nguồn đến phụ tải.
• I là dòng điện làm việc thực tế của phụ tải tại chế độ vận hành bình thường.
• R là điện trở của dây dẫn sau khi đã quy đổi theo đơn vị chiều dài.
• X là điện kháng của dây dẫn, thường được lấy từ catalogue của nhà sản xuất hoặc bảng tra tiêu chuẩn.
• L là chiều dài thực tế của tuyến cáp tính từ tủ điện đến phụ tải.
• Cosφ và Sinφ phản ánh ảnh hưởng của công suất tác dụng và công suất phản kháng đến mức sụt áp của hệ thống.

Đây là công thức được sử dụng phổ biến nhất trong các công trình công nghiệp, nhà máy, trung tâm thương mại, bệnh viện và các tòa nhà cao tầng vì phần lớn các phụ tải động lực đều sử dụng nguồn điện ba pha.

---

Công thức tính tỷ lệ sụt áp theo phần trăm

Sau khi xác định được điện áp sụt trên đường dây, bước tiếp theo là quy đổi sang giá trị phần trăm để so sánh với giới hạn cho phép của tiêu chuẩn thiết kế.

Công thức được sử dụng như sau:

%ΔU = (ΔU / Uđm) × 100

Trong đó:

• %ΔU là tỷ lệ sụt áp của toàn bộ tuyến cáp.
• ΔU là điện áp bị tổn thất trên đường dây sau khi tính toán.
• Uđm là điện áp danh định của hệ thống, thường là 230 V đối với mạng điện một pha và 400 V đối với mạng điện ba pha hạ áp.

Việc quy đổi sang phần trăm giúp kỹ sư dễ dàng đánh giá kết quả tính toán và so sánh với giới hạn quy định của tiêu chuẩn IEC, TCVN hoặc yêu cầu của chủ đầu tư.

Ví dụ, nếu điện áp nguồn là 400 V và điện áp sụt tính được là 8 V thì tỷ lệ sụt áp sẽ bằng:

%ΔU = (8 / 400) × 100 = 2%

Kết quả này nhỏ hơn giới hạn 5%, do đó tuyến cáp vẫn đáp ứng yêu cầu về chất lượng điện áp và không cần tăng thêm tiết diện dây dẫn.

---

Muốn tính toán sụt áp chính xác, ngoài việc xác định đúng dòng điện và chiều dài tuyến cáp, kỹ sư còn phải lựa chọn chính xác giá trị điện trở (R) và điện kháng (X) của dây dẫn. Hai thông số này có ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả tính toán, đặc biệt đối với các tuyến cáp cấp nguồn có chiều dài lớn hoặc tải công suất cao.

Trong thực tế, giá trị điện trở và điện kháng thường không tự tính mà được lấy từ catalogue của nhà sản xuất hoặc các tiêu chuẩn kỹ thuật tương ứng.

Điện trở của dây dẫn

Điện trở là thành phần gây tổn thất điện năng lớn nhất trong đường dây hạ áp. Khi lựa chọn giá trị điện trở cần lưu ý:

• Điện trở của dây dẫn phụ thuộc trực tiếp vào vật liệu chế tạo, trong đó cáp đồng có điện trở nhỏ hơn cáp nhôm nên cùng một tiết diện sẽ có mức sụt áp thấp hơn đáng kể.
• Tiết diện dây dẫn càng lớn thì điện trở càng nhỏ, nhờ đó tổn thất điện áp và tổn thất công suất trên đường dây cũng giảm xuống, đặc biệt đối với các tuyến cáp dài.
• Nhiệt độ làm việc của cáp làm thay đổi giá trị điện trở, vì khi nhiệt độ tăng, điện trở của vật liệu dẫn điện cũng tăng theo. Đây là lý do nhiều phần mềm thiết kế đều cho phép hiệu chỉnh điện trở theo nhiệt độ vận hành.
• Không nên sử dụng giá trị điện trở ở 20°C cho mọi trường hợp, bởi hầu hết các tuyến cáp trong thực tế đều làm việc ở nhiệt độ cao hơn sau khi mang tải liên tục.

Điện kháng của dây dẫn

Đối với hệ thống điện hạ áp, điện kháng thường nhỏ hơn điện trở nhưng vẫn cần đưa vào công thức tính toán để đảm bảo độ chính xác. Một số đặc điểm của điện kháng gồm:

• Điện kháng phụ thuộc vào cấu tạo của dây dẫn, khoảng cách giữa các lõi cáp và phương pháp lắp đặt, vì vậy giá trị của từng loại cáp có thể khác nhau.
• Đối với các tuyến cáp ngắn dưới vài chục mét, ảnh hưởng của điện kháng thường không đáng kể, tuy nhiên với các tuyến cấp nguồn hàng trăm mét thì không nên bỏ qua thành phần này.
• Các hệ thống có nhiều phụ tải cảm như động cơ, máy biến áp hoặc cuộn kháng sẽ chịu ảnh hưởng của điện kháng nhiều hơn, đặc biệt khi hệ số công suất thấp.
• Trong thiết kế chuyên nghiệp, điện trở và điện kháng luôn được sử dụng đồng thời, thay vì chỉ tính theo điện trở như các phép tính đơn giản.

---

7. Ví dụ tính toán sụt áp thực tế

Để hiểu rõ hơn cách áp dụng công thức, dưới đây là ví dụ tính toán cho một tuyến cáp cấp nguồn động cơ trong nhà máy.

Dữ liệu ban đầu

Giả sử cần cấp điện cho một động cơ với các thông số sau:

• Công suất động cơ: 75 kW.
• Điện áp nguồn: 400 V.
• Dòng điện làm việc: 135 A.
• Chiều dài tuyến cáp: 120 m.
• Hệ số công suất: Cosφ = 0,85.
• Sử dụng cáp đồng 3 × 70 mm².
• Điện trở của cáp: R = 0,268 Ω/km.
• Điện kháng của cáp: X = 0,080 Ω/km.

Bước 1. Quy đổi chiều dài

Trong công thức tính toán, chiều dài phải được đổi sang đơn vị kilômét.

120 m = 0,12 km

Đây là bước rất quan trọng vì nếu quên quy đổi đơn vị, kết quả có thể sai lệch tới hàng trăm lần.

Bước 2. Thay số vào công thức

Áp dụng công thức hệ thống ba pha:

ΔU = 1,732 × 135 × (0,268 × 0,85 + 0,080 × 0,527) × 0,12

Sau khi tính toán: ΔU ≈ 7,6 V

Bước 3. Tính tỷ lệ sụt áp

%ΔU = (7,6 / 400) × 100≈ 1,9%

Đánh giá kết quả

Kết quả tính toán cho thấy:

• Giá trị sụt áp chỉ khoảng 1,9%, thấp hơn nhiều so với giới hạn 5%, do đó tuyến cáp hoàn toàn đáp ứng yêu cầu thiết kế.
• Tiết diện cáp 70 mm² không chỉ đủ khả năng mang dòng mà còn đảm bảo chất lượng điện áp tại đầu cực động cơ, giúp động cơ vận hành ổn định trong thời gian dài.
• Nếu chiều dài tuyến cáp tăng lên khoảng 250–300 m, kỹ sư cần tính toán lại vì khi đó điều kiện sụt áp có thể trở thành yếu tố quyết định tiết diện dây dẫn.

---

8. Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện sụt áp

Trong thiết kế hệ thống điện, lựa chọn tiết diện dây dẫn không thể chỉ dựa vào dòng điện làm việc. Một tuyến cáp được coi là đạt yêu cầu khi đồng thời đáp ứng tất cả các điều kiện về phát nóng, sụt áp, ngắn mạch và phối hợp bảo vệ.

Quy trình lựa chọn thường được thực hiện theo các bước sau:

• Bước đầu tiên là xác định chính xác dòng điện làm việc của phụ tải, dựa trên công suất, điện áp và hệ số công suất của thiết bị cần cấp điện.
• Tiếp theo lựa chọn sơ bộ tiết diện cáp theo khả năng mang dòng, đồng thời hiệu chỉnh theo phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi trường và số lượng cáp đi chung.
• Sau khi chọn được tiết diện sơ bộ, cần kiểm tra điều kiện sụt áp, đặc biệt đối với các tuyến cáp có chiều dài lớn hoặc cấp nguồn cho động cơ công suất cao.
• Nếu kết quả vượt quá giới hạn cho phép thì phải tăng tiết diện dây dẫn và tính toán lại, thay vì chỉ chấp nhận theo điều kiện chịu dòng.
• Cuối cùng cần kiểm tra thêm khả năng chịu ngắn mạch và phối hợp với thiết bị bảo vệ, nhằm đảm bảo hệ thống đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về an toàn điện.

Trong nhiều dự án công nghiệp, kỹ sư thường nhận thấy điều kiện sụt áp mới là yếu tố quyết định tiết diện cáp, trong khi khả năng chịu dòng vẫn còn dư khá nhiều.

---

9. Những sai lầm thường gặp khi tính toán sụt áp

Một số sai sót trong quá trình thiết kế có thể làm kết quả tính toán không còn chính xác hoặc khiến hệ thống không đáp ứng yêu cầu sau khi đưa vào sử dụng. Các lỗi phổ biến gồm:

• Chỉ lựa chọn cáp theo khả năng mang dòng mà không kiểm tra sụt áp, dẫn đến điện áp tại phụ tải cuối nguồn thấp hơn giới hạn cho phép mặc dù dây dẫn không hề bị quá tải.
• Sử dụng sai chiều dài tuyến cáp trong công thức, chẳng hạn lấy khoảng cách trên bản vẽ thay cho chiều dài thi công thực tế hoặc quên quy đổi từ mét sang kilômét.
• Lấy sai thông số điện trở và điện kháng của dây dẫn, đặc biệt khi thay đổi loại cáp hoặc sử dụng catalogue của nhà sản xuất khác.
• Không xét đến hệ số công suất của phụ tải, khiến kết quả tính toán nhỏ hơn giá trị thực tế, nhất là đối với các hệ thống sử dụng nhiều động cơ điện.
• Không kiểm tra sụt áp khi động cơ khởi động, trong khi đây là thời điểm điện áp giảm mạnh nhất và thường gây ra hiện tượng contactor rung hoặc biến tần báo lỗi.
• Không cập nhật lại tính toán sau khi mở rộng nhà máy hoặc bổ sung thiết bị, khiến tuyến cáp ban đầu không còn đáp ứng yêu cầu vận hành.

---

10. Các giải pháp giảm sụt áp

Nếu kết quả tính toán vượt quá giới hạn cho phép, kỹ sư có thể áp dụng nhiều giải pháp để cải thiện chất lượng điện áp mà không nhất thiết phải thay đổi toàn bộ hệ thống.

Một số giải pháp hiệu quả gồm:

• Tăng tiết diện dây dẫn để giảm điện trở của tuyến cáp, đây là phương án được áp dụng phổ biến nhất trong thiết kế và cải tạo hệ thống điện.
• Bố trí tủ điện phân phối gần khu vực sử dụng điện, giúp rút ngắn chiều dài cấp điện và giảm đáng kể tổn thất điện áp trên đường dây.
• Nâng cao hệ số công suất bằng hệ thống tụ bù phù hợp, từ đó giảm dòng điện truyền tải và hạn chế sụt áp trong quá trình vận hành.
• Phân bố lại phụ tải giữa các pha của hệ thống điện ba pha, giúp dòng điện trên từng pha cân bằng hơn và giảm tổn thất điện năng.
• Kiểm tra định kỳ các đầu nối, đầu cốt và thanh cái, vì điện trở tiếp xúc tăng lên theo thời gian cũng là nguyên nhân gây sụt áp cục bộ.

---

11. Phần mềm hỗ trợ tính toán sụt áp

Hiện nay, việc tính toán sụt áp hầu như đều được thực hiện bằng phần mềm nhằm giảm thời gian thiết kế và hạn chế sai sót khi xử lý các hệ thống có quy mô lớn.

Một số phần mềm được sử dụng phổ biến gồm:

• ETAP, phù hợp với các dự án công nghiệp, cho phép tính toán đồng thời sụt áp, ngắn mạch, phối hợp bảo vệ và phân tích ổn định hệ thống điện.
• Schneider Ecodial, được nhiều kỹ sư MEP sử dụng để thiết kế hệ thống điện hạ áp và lựa chọn thiết bị đóng cắt theo tiêu chuẩn IEC.
• Caneco BT, hỗ trợ tính toán dây dẫn, CB bảo vệ, sụt áp và lập hồ sơ thiết kế điện cho các công trình dân dụng cũng như công nghiệp.
• Revit MEP kết hợp các phần mềm chuyên ngành, giúp đồng bộ dữ liệu thiết kế giữa mô hình BIM và kết quả tính toán điện.
• Microsoft Excel, mặc dù đơn giản nhưng vẫn được nhiều đơn vị tư vấn sử dụng để xây dựng bảng tính nội bộ cho các dự án quy mô vừa và nhỏ.

---

12. Kết luận

Tính toán sụt áp là một trong những bước quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống điện hạ áp, bởi kết quả tính toán ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng, hiệu suất vận hành và tuổi thọ của thiết bị sử dụng điện.

Trong thực tế, việc lựa chọn tiết diện dây dẫn không nên chỉ dựa vào khả năng mang dòng mà cần kết hợp đồng thời các điều kiện về sụt áp, ngắn mạch, phát nóng và phối hợp thiết bị bảo vệ. Chỉ khi đáp ứng đầy đủ các yêu cầu này, hệ thống điện mới có thể vận hành ổn định, an toàn và tiết kiệm trong suốt vòng đời của công trình.

Đối với các dự án MEP hiện đại như nhà máy, trung tâm thương mại, bệnh viện hay tòa nhà văn phòng, việc tính toán sụt áp ngay từ giai đoạn thiết kế sẽ giúp hạn chế rủi ro kỹ thuật, giảm chi phí cải tạo sau này và đảm bảo các thiết bị luôn làm việc trong điều kiện điện áp tối ưu. Đây cũng là một trong những tiêu chí quan trọng thể hiện năng lực của đơn vị tư vấn và nhà thầu cơ điện trong quá trình triển khai dự án.

TẢI BẢNG TÍNH SỤT ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

TÍNH TOÁN SỤT ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

XEM THÊM BẢNG TÍNH TẢI ĐIỆN: LẬP BẢNG TÍNH TẢI ĐIỆN CHO TÒA NHÀ

XEM CÁC BÀI VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN : THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỆN

XEM CCÁC BÀI VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NHẸ : THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỆN NHẸ

Liên Hệ

Nếu bạn có nhu cầu về thiết kế, thi công hệ thống điện- điên nhẹ vui lòng liên hệ thông tin bên dưới

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TRIỀU MINH

Xem thêm

• NHÀ THẦU ĐIỆN NHẸ
• THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỆN
• THI CÔNG ĐIỆN ĐIỆN NHÀ XƯỞNG
• GIÁ THI CÔNG ĐIỆN NƯỚC 2026
• CÔNG TY CƠ ĐIỆN TPHCM-NHÀ THẦU CƠ ĐIỆN TRIỀU MINH
• THI CÔNG ĐIỆN NƯỚC TPHCM, BÌNH DƯƠNG VÀ CÁC TỈNH PHÍA NAM
• LẬP BẢNG TÍNH TẢI ĐIỆN CHO TÒA NHÀ
• LẬP BẢNG THUYẾT MINH THIẾT KẾ ĐIỆN- ĐIỆN NHẸ 
• FANPAGE TRIỀU MINH