Thanh Cái (Busbar) Là Gì? Cấu Tạo, Chức Năng & Vai Trò Sống Còn Trong Hệ Thống Điện

Trong mọi hệ thống phân phối điện, từ tủ điện công nghiệp phức tạp đến các trạm biến áp quy mô lớn, việc truyền tải dòng điện một cách hiệu quả và an toàn là yếu tố then chốt. Đây chính là lúc thanh cái (busbar) phát huy vai trò “xương sống” của mình.

Về cơ bản, thanh cái (busbar) là một thanh, dải hoặc que dẫn điện, thường làm bằng đồng hoặc nhôm. Nhiệm vụ chính của nó là thu thập điện năng từ một nguồn chính (như máy biến áp) và phân phối đến các thiết bị điện khác nhau.

Nó hoạt động như một mối nối trung gian, cho phép dòng điện lớn đi qua, giúp giảm thiểu tổn thất điện năng tiêu thụ và đảm bảo toàn bộ hệ thống vận hành ổn định.

Cấu Tạo và Chức Năng Chi Tiết Của Busbar

Busbar có cấu tạo chính từ đồng (Cu) hoặc nhôm (Al) với độ tinh khiết cao. Chúng có chức năng cốt lõi là thu thập điện năng từ nguồn tổng và phân phối (chia tải) đến các thiết bị tiêu thụ trong hệ thống. Tiết diện thanh cái được tính toán nghiêm ngặt để chịu được dòng điện định mức mà không bị quá nhiệt.

Để hiểu rõ tầm quan trọng của busbar, chúng ta cần phân tích cấu tạo và chức năng cốt lõi của nó.

1. Chức Năng Chính: Phân Phối Năng Lượng

Chức năng chính là làm đầu mối trung gian, nhận điện từ nguồn (như CB tổng, máy biến áp) và “chia lửa” đến các thiết bị tiêu thụ như các Aptomat (CB) nhánh, cầu dao, hoặc ổ điện.

Chức năng cốt lõi của busbar là thu điện từ nguồn và “chia lửa” đến các thiết bị tiêu thụ. Chúng ta thường thấy thanh cái kết nối trực tiếp với các Aptomat (CB) hoặc cầu dao tổng. Từ đó, dòng điện được cấp đến các mạch nhánh, ổ điện, và các thiết bị khác trong hệ thống.

2. Chất Liệu Chế Tạo

Chất liệu quyết định hiệu suất. Busbar thường được làm từ Đồng (khả năng dẫn điện vượt trội, điện trở suất thấp) hoặc Nhôm (trọng lượng nhẹ, chi phí tối ưu hơn).

Chất liệu quyết định hiệu suất. Busbar thường được làm từ:

• Đồng (Copper): Đồng nguyên chất 99,96% (tiêu chuẩn ASTM B187) có điện trở suất cực thấp, cho khả năng dẫn điện vượt trội và độ bền cao.
• Nhôm (Aluminum): Thường được sử dụng vì trọng lượng nhẹ hơn và chi phí tối ưu hơn, tuy nhiên khả năng dẫn điện kém hơn đồng.

3. Tính Toán Tiết Diện Thanh Cái

Việc chọn kích thước (tiết diện) busbar phải do kỹ sư tính toán dựa trên dòng điện định mức. Tiết diện phải đủ lớn để chịu tải mà không quá nhiệt (mật độ dòng J thường dưới 5A/mm²). Quá nhiệt là nguyên nhân hàng đầu gây hư hỏng, đòi hỏi phải kiểm tra nhiệt độ thanh cái định kỳ.

Việc lựa chọn kích thước busbar là cực kỳ quan trọng và phải được tính toán bởi kỹ sư. Tiết diện thanh cái phải đủ lớn để chịu được dòng điện định mức mà không gây quá nhiệt.

• Ví dụ, một MCCB 630A có thể yêu cầu thanh cái đồng kích thước 40 x 10 mm theo tiêu chuẩn IEC 60439-1.
• Công thức cơ bản: Icp = S × J (với J là mật độ dòng cho phép, thường dưới 5A/mm² để tránh quá nhiệt).

Quá nhiệt là kẻ thù của mọi thiết bị điện. Đó là lý do tại sao dịch vụ kiểm tra nhiệt độ thanh cái và scan nhiệt tủ điện là bắt buộc trong công tác bảo trì, giúp phát hiện sớm các điểm tiếp xúc kém hoặc quá tải.

Các Loại Thanh Cái (Busbar) Phổ Biến

Có 3 loại busbar chính:

1. Thanh cái dạng thanh (dạng đặc): Phổ biến nhất trong tủ điện.

2. Thanh cái cách điện: Được bọc co nhiệt hoặc phủ cách điện để chống phóng điện và ăn mòn.

3. Thanh cái nối đất: Thanh đồng trần, dùng để kết nối tiếp địa an toàn.

Thanh cái được phân loại dựa trên hình dạng và mục đích sử dụng:

1. Thanh Cái Dạng Thanh (Thanh Đặc)

Đây là loại phổ biến nhất, có dạng thanh kim loại dẹt, dùng trong tủ điện hạ thế. Một giải pháp tiên tiến hơn là hệ thống Busway (Busduct), là thanh cái được module hóa trong vỏ bọc kim loại.

Đây là loại phổ biến nhất trong các tủ điện hạ thế. Chúng có dạng thanh kim loại dài, dẹt (ví dụ: 50 x 10 mm cho ACB 1600A), được bắt vít chắc chắn vào các giá đỡ cách điện.

Một giải pháp tiên tiến hơn của thanh cái truyền thống là hệ thống Busway (Busduct). Busway là một hệ thống thanh cái được bọc kim loại, cung cấp khả năng truyền tải điện năng hiệu quả và linh hoạt cho các tòa nhà cao tầng và nhà xưởng.

2. Thanh Cái Cách Điện

Là thanh cái được bọc co nhiệt hoặc phủ lớp sơn cách điện. Mục đích là để đảm bảo an toàn, ngăn ngừa sự cố phóng điện cục bộ và bảo vệ thanh cái khỏi môi trường ăn mòn.

Để đảm bảo an toàn tuyệt đối và ngăn ngừa phóng điện cục bộ, thanh cái thường được bọc co nhiệt hoặc phủ một lớp cách điện. Lớp cách điện này phải được lựa chọn kỹ càng để chịu được cấp điện áp và nhiệt độ vận hành, đồng thời bảo vệ busbar khỏi môi trường ăn mòn.

3. Thanh Cái Nối Đất (Tiếp Địa)

Thường là thanh đồng trần, được bắt trực tiếp vào khung vỏ tủ điện. Nó là điểm quy tụ trung tâm cho tất cả các kết nối của hệ thống chống sét và thi công tiếp địa, đảm bảo an toàn khi có sự cố rò rỉ điện.

Loại thanh cái này (thường là thanh đồng trần) được bu lông trực tiếp vào khung kim loại của vỏ tủ điện. Nó đóng vai trò then chốt trong hệ thống chống sét và thi công tiếp địa. Mọi kết nối tiếp địa của thiết bị đều được gom về đây, đảm bảo an toàn cho người vận hành khi có sự cố rò rỉ điện.

Lợi Ích Vượt Trội Của Việc Sử Dụng Busbar

So với cáp điện, busbar giúp giảm tổn thất điện năng (ít sụt áp hơn), tăng hiệu suất hệ thống, giúp tủ điện gọn gàng, chuyên nghiệp. Quan trọng nhất, cấu trúc cứng cáp của busbar giúp việc kiểm tra, bảo trì (như siết ốc) trở nên dễ dàng và an toàn hơn, đây là yếu tố then chốt trong quy trình bảo trì tủ điện hạ thế.

So với việc sử dụng dây cáp điện truyền thống trong các ứng dụng dòng lớn, busbar mang lại nhiều lợi ích rõ rệt:

• Giảm Tổn Thất Điện Năng: Với tiết diện lớn và điện trở thấp, busbar giảm sụt áp và tổn thất năng lượng hiệu quả. Ở tải cao, busbar đồng có thể giảm mất mát năng lượng tới 20% so với các giải pháp khác.
• Tăng Hiệu Suất Hệ Thống: Đảm bảo dòng điện ổn định, giúp toàn bộ hệ thống điện hạ thế hoạt động bền bỉ và hiệu quả.
• An Toàn và Dễ Bảo Trì: Cấu trúc rõ ràng, cứng cáp của busbar trong tủ điện giúp việc kiểm tra, siết ốc và bảo trì dễ dàng hơn. Đây là yếu tố quan trọng trong quy trình bảo trì tủ điện hạ thế định kỳ.
• Gọn Gàng và Chuyên Nghiệp: Giúp tối ưu hóa không gian bên trong tủ điện, tăng tính thẩm mỹ và chuyên nghiệp cho hệ thống.

Kết Luận

Thanh cái (busbar) rõ ràng là một thành phần không thể thiếu, quyết định đến hiệu suất, độ tin cậy và sự an toàn của cả một hệ thống điện. Việc lựa chọn, lắp đặt và bảo trì busbar đúng kỹ thuật là công việc đòi hỏi chuyên môn cao.

Tại KTH Electric, chúng tôi cung cấp các dịch vụ bảo trì hệ thống điện toàn diện, bao gồm cả bảo trì hệ thống busway và bảo trì tủ điện hạ thế. Nếu hệ thống của bạn cần được kiểm tra, bảo dưỡng hoặc nâng cấp, hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn bởi các chuyên gia hàng đầu.