Việc lắp đặt cáp điện trong hệ thống Thang máng cáp tiêu chuẩn IEC (Cable Management Systems) tuân thủ theo các tiêu chuẩn quốc tế IEC (đặc biệt là IEC 61537 về hệ thống quản lý cáp, kết hợp với IEC 60364 về lắp đặt thiết bị điện và các tiêu chuẩn liên quan đến chủng loại cáp) nhằm đảm bảo an toàn kỹ thuật, khả năng tản nhiệt và độ bền cơ học.
Cụ thể theo bộ tiêu chuẩn quốc tế IEC 61537, các thành phần này được phân loại chi tiết bao gồm:
- Cable ladder systems (Hệ thống thang cáp)
- Cable tray systems (Hệ thống khay cáp)
- Cable channel systems (Hệ thống máng cáp điện kín)
- Support structures / Brackets (Hệ thống giá đỡ, quang treo, tay đỡ…)
Dưới đây là các nguyên tắc và quy định quan trọng khi thiết kế và thi công lắp đặt cáp trong thang máng cáp theo chuẩn IEC:
- 1. Tiêu chuẩn về lựa chọn hệ thống thang máng cáp (IEC 61537)
- 4. Cách nối đất bảo vệ thực tế trong công trình
- 2. Nguyên tắc sắp xếp và bố trí cáp trong thang máng
- 3. Quy định về cố định và chằng buộc cáp
- 4. Yêu cầu về khoảng cách giá đỡ và phụ kiện chuyển hướng
- 5. Kiểm tra trước khi đưa vào vận hành
1. Tiêu chuẩn về lựa chọn hệ thống thang máng cáp (IEC 61537)
1.1 Tải trọng an toàn (SWL – Safe Working Load):
Thang máng cáp phải được phân loại và kiểm tra khả năng chịu lực theo IEC 61537 để đảm bảo chịu được tổng trọng lượng của cáp, lực tác động dự phòng và các yếu tố ngoại cảnh.
Theo tiêu chuẩn IEC 61537 – Cable tray systems and cable ladder systems, tải trọng an toàn của thang cáp, máng cáp không được xác định chỉ bằng chiều dày tôn hay kích thước tiết diện.
Tiêu chuẩn đánh giá khả năng chịu tải của hệ thống thang máng cáp, trong đó có các yếu tố:
- Tải trọng phân bố đều (UDL – Uniformly Distributed Load).
- Khoảng cách giữa các điểm đỡ (Support Span).
- Độ võng của thang/máng cáp.
- Khả năng chịu tải của thanh ngang, đáy, thành bên.
- Ảnh hưởng của mối nối và vị trí nối.
- Điều kiện thử nghiệm và hệ số an toàn.
Điểm quan trọng: SWL không phải một con số cố định cho mọi loại thang máng cáp. Cùng một sản phẩm, tải trọng cho phép có thể khác nhau đáng kể khi thay đổi khoảng cách gối đỡ.
1.1.1 IEC 61537 quy định SWL như thế nào?
SWL được định nghĩa là tải trọng tối đa có thể tác dụng an toàn trong điều kiện sử dụng bình thường.
Theo IEC 61537:2006, phương pháp xác định SWL cho thang/máng cáp dựa trên hai điều kiện chính:
| Điều kiện | Yêu cầu |
|---|---|
| Độ võng tại tải SWL | Không vượt quá L/100 |
| Hệ số an toàn chống phá hủy | 1,7 |
| Kiểu tải | Tải phân bố đều UDL |
| Khoảng cách gối đỡ | Phải xác định rõ |
| Mối nối | Vị trí nối ảnh hưởng kết quả |
1.1.2 Cách hiểu tải trọng SWL
Giả sử nhà sản xuất công bố:
Ví dụ minh họa: tải trọng 100 kg/m
Tải trọng phân bố đều cho phép của thang cáp tại khoảng cách gối đỡ 1,5 m.
Tổng tải trên một nhịp: 100 x 1.5 = 150kg
Đây là tải phân bố trên toàn nhịp, không phải tải tập trung tại giữa nhịp.
Nếu tải trọng được công bố là 100 kg/m tại span 1,5 m thì không thể tự động kết luận rằng sản phẩm cũng chịu được 100 kg/m tại span 2 m.
Đặc biệt, không nên lấy tải phá hủy rồi chia cho một hệ số bất kỳ để công bố SWL nếu chưa thực hiện phép thử theo tiêu chuẩn.
1.1.3 IEC có quy định bảng tải trọng cố định không?
Không có một bảng SWL chung áp dụng cho tất cả sản phẩm.
Nhà sản xuất cần xác định tải trọng cho từng cấu hình thực tế, ví dụ:
| Chiều rộng | Chiều cao | Dày tôn | Span | SWL |
|---|---|---|---|---|
| 300 mm | 100 mm | 1,5 mm | 1,5 m | Theo thử nghiệm |
| 400 mm | 100 mm | 1,5 mm | 1,5 m | Theo thử nghiệm |
| 600 mm | 100 mm | 1,5 mm | 1,5 m | Theo thử nghiệm |
| 600 mm | 100 mm | 2,0 mm | 2,0 m | Theo thử nghiệm |
Các con số ở trên chỉ là cấu hình ví dụ, không phải bảng tải đã được IEC chứng nhận.
1.1.4 Áp dụng cho sản phẩm thang máng cáp sản xuất
Với sản phẩm thang/máng cáp thép, cần tách biệt các đại lượng:
- SWL: Tải trọng sử dụng an toàn, thường tính bằng N/m hoặc kg/m.
- Breaking load: Tải trọng phá hủy.
- Deflection: Độ võng tại tải SWL.
- Span: Khoảng cách giữa tâm hai gối đỡ.
- Safety factor: Hệ số an toàn.
Tải trọng cáp thực tế phải bao gồm trọng lượng cáp, phụ kiện và các tải trọng bổ sung liên quan.
1.2 Bề mặt và vật liệu:
Không được có các cạnh sắc, gờ thô ráp hoặc ba-via có thể làm rách vỏ hoặc trầy xước lớp cách điện của cáp khi kéo và cố định.
IEC 61537 quy định các yêu cầu đối với hệ thống thang cáp và máng cáp, bao gồm vật liệu chế tạo, khả năng chống ăn mòn và phương pháp thử nghiệm.
Điểm cần phân biệt:
- Vật liệu nền: thép, inox, nhôm…
- Lớp phủ bề mặt: mạ kẽm, sơn, lớp phủ hữu cơ…
- Khả năng chống ăn mòn: được đánh giá theo yêu cầu và phép thử của tiêu chuẩn.
- Tải trọng SWL: không được xác định chỉ dựa trên loại vật liệu hay lớp phủ.
1.2.1 Vật liệu thông dụng của thang máng cáp tiêu chuẩn:
| Vật liệu / xử lý bề mặt | Tên tiếng Anh |
|---|---|
| Tôn mạ kẽm điện phân | Electro-galvanized steel |
| Tôn mạ kẽm trước khi gia công | Pre-galvanized steel |
| Mạ kẽm nhúng nóng sau gia công | Hot-dip galvanized after fabrication |
| Thép sơn tĩnh điện | Steel with organic coating |
| Inox 304 | Stainless steel 1.4301 / AISI 304 |
| Inox 316L | Stainless steel 1.4404 / AISI 316L |
| Hợp kim nhôm | Aluminium alloy |
| Thép phủ kẽm và sơn | Metallic and organic coating |
Lưu ý: IEC không quy định rằng tất cả thang máng cáp bắt buộc phải dùng một loại vật liệu cụ thể. Nhà sản xuất phải khai báo đặc tính của sản phẩm và cấp chống ăn mòn tương ứng.
1.2.2 Cấp chống ăn mòn của bề mặt
IEC 61537:2023 sử dụng các bảng phân loại theo từng nhóm vật liệu. Với những lớp phủ không được liệt kê, có thể phân loại dựa trên thử nghiệm phun muối trung tính NSS theo ISO 9227.
Đối với sản phẩm của The Sun, chúng tôi sàn xuất các sản phẩm như sau:
| Sản phẩm | Vật liệu | Bề mặt |
|---|---|---|
| Máng cáp | Thép carbon | Sơn tĩnh điện |
| Máng cáp | Thép mạ kẽm | Pre-galvanized |
| Thang cáp | Thép carbon | Hot-dip galvanized |
| Máng lưới | Thép carbon | Mạ kẽm điện phân |
| Thang/máng cáp | Inox 304 | Không phủ |
| Thang/máng cáp | Inox 316L | Không phủ |
| Thang/máng cáp | Hợp kim nhôm | Không phủ |
Lưu ý: Cần phân biệt tiêu chuẩn sản phẩm IEC 61537 với tiêu chuẩn xử lý bề mặt như ISO 1461 và tiêu chuẩn thử nghiệm ăn mòn ISO 9227.
1.3 Độ dẫn điện và nối đất bảo vệ:
Đây là một yêu cầu rất quan trọng đối với hệ thống thang cáp, máng cáp điện trong công trình M&E.
Cần phân biệt hai chức năng:
- Tính liên tục điện (Electrical continuity): Các đoạn thang/máng cáp phải có khả năng dẫn điện liên tục qua mối nối.
- Nối đất bảo vệ (Protective bonding – PE): Hệ thống thang/máng cáp kim loại phải được liên kết với hệ thống nối đất bảo vệ để tạo đường dẫn dòng điện sự cố.
Một hệ thống có thể đạt yêu cầu cơ khí về tải trọng SWL nhưng vẫn không đạt yêu cầu về tính liên tục điện hoặc nối đất bảo vệ.
Theo cập nhật mới của IEC 61537, bản thân hệ thống thang máng cáp kim loại (nếu đủ tiết diện và đạt tiêu chuẩn liên kết cơ khí) có thể được sử dụng hoặc tích hợp như một phần của đường dẫn nối đất bảo vệ (Protective Earth – PE), đồng thời toàn bộ tuyến thang máng bắt buộc phải được nối đất xuyên suốt.
1.3.1 Giới hạn điện trở / trở kháng theo IEC
Theo Điều 11.1.2 của IEC 61537:2023, hệ thống công bố có đặc tính liên tục điện phải đáp ứng các giới hạn thử nghiệm:
| Qua mối nối Joint impedance | ≤ 50 mΩ |
| Trên chiều dài thang/máng Impedance per metre | ≤ 50 mΩ/m |
| Đầu nối đất PE Earthing terminal connection | ≤ 50 mΩ |
Điều kiện thử nghiệm điện liên tục dùng dòng điện xoay chiều 25 A ± 1 A, tần số 50–60 Hz, điện áp nguồn không tải không quá 12 V.
Lưu ý: mΩ là milliohm, bằng 0,001 Ω. Đây là phép thử trở kháng, không nên nhầm với phép đo điện trở nối đất bằng cọc tiếp địa.
1.3.2 Khi nào thang/máng cáp được phép làm dây PE?
Đây là nội dung đặc biệt đáng chú ý trong IEC 61537:2023, Phụ lục C – Protective Earth (PE) Function.
Nếu nhà sản xuất công bố thang/máng cáp có chức năng PE, hệ thống phải đáp ứng các yêu cầu bổ sung:
- Tiết diện đồng tương đương tối thiểu của hệ thống không nhỏ hơn 4 mm².
- Phải chịu được dòng sự cố chạm đất trong thời gian tối đa 5 giây.
- Không được gây tăng nhiệt độ làm hư hỏng cáp lắp bên trong.
- Mối nối giữa các thành phần phải hiệu quả, tin cậy và an toàn trong suốt tuổi thọ công trình.
- Phải xác định khả năng chịu dòng sự cố dựa trên tiết diện đồng tương đương, chiều dài hệ thống và thiết bị bảo vệ.
Không được sử dụng thang/máng cáp làm dây PEN (dây kết hợp trung tính và bảo vệ), hoặc trong hệ thống có dòng điện chạy liên tục trên đường PE.
4. Cách nối đất bảo vệ thực tế trong công trình
Đối với thang máng cáp thép nguyên tắc triển khai như sau:
Các lưu ý khi lắp đặt:
- Dùng đầu nối PE chuyên dụng, đảm bảo tiếp xúc điện với kim loại nền.
- Với lớp sơn tĩnh điện, phải có giải pháp tiếp xúc điện được thiết kế phù hợp; không mặc định rằng bulông xuyên qua lớp sơn sẽ tạo tiếp xúc tốt.
- Tại mối nối thang/máng, nếu bộ nối không được xác nhận đạt yêu cầu liên tục điện thì cần sử dụng dây nối đẳng thế (bonding jumper).
- Không sử dụng nắp thang/máng tháo rời làm thành phần của đường dẫn PE.
- Liên kết điện các phụ kiện như co, T, giảm, đoạn chuyển hướng theo cấu hình đã được xác nhận.
IEC 61537:2023 cũng yêu cầu kiểm tra định kỳ bằng quan sát và kiểm tra tính liên tục điện để phát hiện ăn mòn hoặc mối nối lỏng; khoảng thời gian không quá 5 năm khi hệ thống được sử dụng làm PE.
2. Nguyên tắc sắp xếp và bố trí cáp trong thang máng
Đối với hệ thống thang cáp, máng cáp điện, việc bố trí cáp không chỉ nhằm gọn gàng mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến:
- Khả năng tải dòng điện và nhiệt độ làm việc của cáp.
- Khả năng tản nhiệt.
- Nhiễu điện từ giữa các mạch.
- An toàn khi vận hành, bảo trì.
- Tải trọng cơ học tác dụng lên thang/máng cáp.
IEC 61537 không đưa ra một sơ đồ bố trí cáp duy nhất áp dụng cho mọi công trình. Các nguyên tắc bố trí thực tế còn phụ thuộc vào loại cáp, điện áp, dòng tải, môi trường và yêu cầu EMC.
2.1 Phân nhóm cáp
- Cáp đi trong thang máng phải được phân loại rõ ràng thành từng nhóm (ví dụ: cáp động lực trung thế, cáp hạ thế, cáp điều khiển, cáp tín hiệu/weak current) để tránh hiện tượng nhiễu điện từ (EMC).
- Nguyên tắc bố trí đề xuất:
| Nhóm cáp | Cách bố trí |
| Cáp động lực 3 pha | Một nhóm riêng |
| Cáp cấp nguồn biến tần | Tách khỏi cáp điều khiển |
| Cáp điều khiển PLC | Nhóm riêng |
| Cáp tín hiệu analog 4–20 mA | Ưu tiên tách riêng, dùng cáp chống nhiễu |
| Cáp truyền thông RS485, Ethernet | Bố trí riêng hoặc có vách ngăn |
| Cáp an toàn, báo cháy | Theo yêu cầu hệ thống và quy chuẩn áp dụng |
2.2 Khoảng cách giữa các tuyến cáp khác cấp điện áp:
- Cáp trung thế và hạ thế nên được đặt ở các tuyến thang máng riêng biệt hoặc có vách ngăn kim loại nối đất ở giữa.
- Tránh đi chung cáp tín hiệu nhạy cảm với cáp động lực công suất lớn để ngăn ngừa nhiễu.
- IEC có bắt buộc khoảng cách giữa cáp nguồn và cáp tín hiệu không?
- Không có một khoảng cách cố định duy nhất áp dụng cho mọi loại cáp.
- IEC 60364-5-52:2024, Điều 528.1, đề cập việc phân tách hệ thống dây dẫn khi có các mạch điện áp khác nhau. Việc phân tách có thể thực hiện bằng:
- Cáp được cách điện phù hợp với điện áp cao nhất hiện diện.
- Vách ngăn trong hệ thống máng cáp.
- Một hệ thống máng/ống riêng biệt.
2.3 Mật độ chiếm chỗ (Space Factor):
- Theo khuyến nghị kỹ thuật chung trong hệ thống IEC, diện tích chiếm chỗ của cáp bên trong thang máng thường không nên vượt quá 40% – 50% tiết diện lòng máng để chừa không gian cho cáp tản nhiệt, tránh hiện tượng quá nhiệt gây suy giảm tuổi thọ cách điện.
- Đối với máng cáp kín (cable tray có nắp), hệ số chiếm chỗ cần thấp hơn so với thang cáp hở (cable ladder) do khả năng thoát nhiệt kém hơn.
3. Quy định về cố định và chằng buộc cáp
3.1 Cố định cáp:
- Cáp nằm trên thang máng (đặc biệt là các đoạn chạy đứng/thẳng đứng hoặc đoạn chuyển hướng) phải được cố định chắc chắn bằng dây thít nhựa chuyên dụng, băng thép không gỉ hoặc kẹp cáp (cable cleats).
3.2 Khoảng cách chằng buộc:
- Khoảng cách giữa các điểm cố định phải tuân theo khuyến cáo của nhà sản xuất cáp và thiết kế cơ học để chịu được lực điện động khi xảy ra sự cố ngắn mạch (short-circuit forces).
- Cáp có kích thước càng lớn thì khoảng cách các điểm cố định cần được bố trí dày hơn theo chiều dọc tuyến.
3.3 Tránh chèn ép:
- Không được siết dây thít quá chặt làm biến dạng lớp vỏ và cấu trúc cách điện bên trong của cáp.
4. Yêu cầu về khoảng cách giá đỡ và phụ kiện chuyển hướng
4.1 Khoảng cách quang treo/giá đỡ (Supports):
- Các tuyến thang máng cáp nằm ngang phải có giá đỡ hoặc quang treo cố định vào kết cấu công trình với khoảng cách tiêu chuẩn thường từ 1m đến 3m tùy thuộc vào trọng tải cáp và thiết kế kỹ thuật của nhà sản xuất.
4.2 Bán kính uốn cong (Bending Radius):
- Khi cáp đổi hướng (rẽ trái, rẽ phải, chuyển từ nằm ngang sang thẳng đứng), bán kính uốn cong của thang máng và của cáp phải tuân thủ nghiêm ngặt thông số kỹ thuật của nhà sản xuất cáp (thường tối thiểu gấp 10 – 20 lần đường kính ngoài của cáp tùy thuộc vào loại cáp giáp hay không giáp) nhằm tránh gập gãy ruột dẫn bên trong.
5. Kiểm tra trước khi đưa vào vận hành
5.1 Kiểm tra cơ khí
- Đảm bảo toàn bộ bu-lông, đai ốc lắp ráp thang máng hướng ra ngoài hoặc đầu bu-lông không bị nhô lên sát mặt trong gây cọ xát rách vỏ cáp.
5.2 Kiểm tra điện trở cách điện
- Đo đạc và ghi nhận giá trị điện trở cách điện của từng tuyến cáp trước và sau khi lắp đặt lên thang máng để chắc chắn cáp không bị tổn hại cơ học trong quá trình thi công kéo rải.