Trong hệ thống phân phối điện, thanh Busbar là giải pháp hiệu quả thay thế cho những bó dây cáp chằng chịt, khó quản lý. Với thiết kế chắc chắn, Busbar giúp giảm thiểu sự cố do kết nối lỏng lẻo, đảm bảo dòng điện truyền tải liên tục và tin cậy. Quá vài viết này, GSMT sẽ mang đến một cái nhìn tổng quan về khái niệm, cấu tạo, tiêu chuẩn kỹ thuật và ứng dụng của Busbar giúp mọi người hiểu được vì sao nó đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hệ thống điện, nâng cao độ an toàn và hiệu suất vận hành.
1. Thanh Busbar là gì?
Thanh Busbar hay còn gọi là thanh cái đồng hay thanh đồng dẫn điện, là lõi dẫn điện được làm từ các vật liệu có tính dẫn điện cao như đồng, nhôm hoặc đồng thau, thường ở dạng ống đặc hoặc rỗng và không có lớp cách điện. Busbar được thiết kế dưới nhiều hình dạng như thanh, dải phẳng hoặc thanh đặc, có nhiệm vụ truyền tải và phân phối dòng điện, điện áp lớn đến các thiết bị điện mà dây cáp thông thường khó đáp ứng. Nhờ khả năng dẫn điện tốt và độ bền cơ học cao, Busbar đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện công nghiệp, tủ điện và trạm phân phối điện.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Busbar
Về nguyên lý làm việc, thanh Busbar hoạt động dựa trên nguyên lý dẫn điện của kim loại. Khi có nguồn điện cấp vào, dòng điện sẽ truyền qua thanh đồng dẫn và được phân phối đến các thiết bị tiêu thụ điện thông qua các điểm nối. Về cấu tạo, thanh Busbar gồm 3 bộ phận cơ bản sau:
- Lớp vỏ cách điện: Dùng để bao bọc và bảo vệ các thanh dẫn điện, giúp tránh rò rỉ điện và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Lớp vỏ này thường được dùng khi có từ hai thanh Busbar trở lên, làm bằng vật liệu chịu nhiệt và cách điện tốt như PVC, epoxy hoặc composite.
- Thanh đồng dẫn điện: Đây là bộ phận lõi chính của hệ thống Busbar, có nhiệm vụ truyền tải và phân phối dòng điện. Thanh dẫn thường làm bằng đồng hoặc nhôm, được sản xuất với nhiều kích thước, tiết diện và hình dạng khác nhau để phù hợp với công suất và mục đích sử dụng cụ thể.
- Adaptor: Là thiết bị trung gian được lắp trên thanh dẫn điện, có chức năng kết nối các thiết bị đóng cắt hoặc cầu dao (MCCB) vào hệ thống Busbar. Nhờ adaptor, việc lắp đặt, tháo gỡ hoặc thay thế thiết bị điện trở nên thuận tiện và an toàn hơn.
3. Các loại thanh Busbar phổ biến
Thanh Busbar được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó ba tiêu chí quan trọng nhất là vật liệu chế tạo, hình dạng vật lý và cấu trúc hệ thống.
3.1 Phân loại theo vật liệu
Việc lựa chọn vật liệu là quyết định cơ bản nhất trong thiết kế Busbar, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, chi phí và kích thước của hệ thống.
- Busbar đồng (Copper): Đây được coi là tiêu chuẩn vàng trong ngành điện nhờ độ dẫn điện vượt trội (chỉ sau bạc), độ bền kéo cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Busbar đồng thường được chỉ định cho các ứng dụng quan trọng, yêu cầu độ tin cậy cao hoặc những nơi không gian lắp đặt bị hạn chế, vì một thanh đồng có tiết diện nhỏ hơn có thể mang cùng dòng điện với một thanh nhôm lớn hơn.
- Busbar nhôm (Aluminum): Là một lựa chọn thay thế phổ biến do chi phí thấp hơn và trọng lượng nhẹ hơn đáng kể (nhẹ hơn khoảng 70% so với đồng). Độ dẫn điện của nhôm bằng khoảng 61% so với đồng, do đó nó đòi hỏi tiết diện lớn hơn để đạt được cùng khả năng mang dòng. Bề mặt nhôm dễ bị oxy hóa, có thể làm tăng điện trở tiếp xúc nếu không được xử lý và bảo trì đúng cách.
- Busbar mạ (Plated Busbar): Cả Busbar đồng và nhôm thường được mạ một lớp thiếc hoặc bạc. Lớp mạ này không chỉ mang tính thẩm mỹ mà còn có ý nghĩa kỹ thuật quan trọng: nó giúp chống ăn mòn tại các điểm kết nối, đảm bảo điện trở tiếp xúc thấp và ổn định trong thời gian dài, từ đó ngăn ngừa hiện tượng phát nhiệt.
3.2 Phân loại theo hình dạng
Hình dạng của Busbar được tối ưu hóa cho các ứng dụng cụ thể.
- Dạng chữ nhật: Là hình dạng phổ biến nhất được sử dụng bên trong tủ điện. Lý do là vì nó cung cấp tỷ lệ diện tích bề mặt trên tiết diện lớn, rất hiệu quả cho việc tản nhiệt. Bề mặt phẳng cũng giúp việc khoan lỗ và kết nối bằng bu lông trở nên dễ dàng.
- Dạng tròn: Ít phổ biến hơn trong các tủ phân phối thông thường nhưng được sử dụng trong một số ứng dụng cao thế đặc biệt.
- Dạng ống: Chủ yếu được sử dụng trong các trạm biến áp ngoài trời và sân phân phối cao thế, siêu cao thế. Hình dạng rỗng mang lại độ cứng và độ bền cơ học cao để chống lại các lực tác động (như gió, lực điện động khi ngắn mạch) trong khi vẫn giảm thiểu được vật liệu và trọng lượng.
3.3 Phân loại theo cấu trúc cách điện
Cách bố trí Busbar trong một hệ thống đóng cắt quyết định độ tin cậy và tính linh hoạt vận hành của toàn bộ hệ thống.
- Hệ thống thanh cái đơn: Là cấu hình đơn giản và phổ biến nhất. Tất cả các mạch đầu vào và đầu ra đều được kết nối vào một hệ thống thanh cái duy nhất. Ưu điểm của nó là chi phí thấp và thiết kế đơn giản. Tuy nhiên, nhược điểm lớn là bất kỳ sự cố nào trên thanh cái hoặc việc bảo trì đều yêu cầu phải cắt điện toàn bộ hệ thống.
- Hệ thống thanh cái kép: Bao gồm hai hệ thống thanh cái riêng biệt (chính và dự phòng). Các mạch có thể được kết nối với một trong hai thanh cái thông qua các dao cách ly hoặc bộ ngắt mạch kép. Cấu hình này mang lại độ tin cậy và linh hoạt rất cao, cho phép thực hiện bảo trì trên một thanh cái trong khi tải được chuyển sang thanh cái còn lại, đảm bảo vận hành liên tục.
- Hệ thống thanh cái vòng: Các thanh cái được nối thành một vòng khép kín, với các máy cắt được đặt ngay trong vòng. Mỗi mạch được cấp nguồn từ hai phía. Hệ thống này có độ tin cậy cực kỳ cao vì một sự cố trên bất kỳ đoạn nào của thanh cái đều có thể được cô lập bằng cách mở các máy cắt ở hai bên của đoạn đó mà không làm gián đoạn các mạch khác.
4. Cách lắp đặt và bảo trì hệ thống Busbar
4.1 Quy trình lắp đặt Busbar trong tủ điện
Để hệ thống Busbar hoạt động an toàn, ổn định và đạt tuổi thọ cao, việc lắp đặt cần tuân thủ nghiêm ngặt các bước kỹ thuật, từ chuẩn bị đến kiểm tra cuối cùng. Quy trình dưới đây giúp đảm bảo kết nối chắc chắn, cách điện tốt và giảm thiểu rủi ro phát nhiệt, sự cố trong quá trình vận hành.
- Chuẩn bị: Ngắt hoàn toàn nguồn điện và áp dụng các quy trình an toàn khóa và treo biển (lockout-tagout). Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ: Busbar, giá đỡ cách điện, bu lông, đai ốc, long đền và cờ lê lực đã được hiệu chuẩn.
- Lắp đặt giá đỡ: Lắp đặt các gối đỡ, sứ cách điện vào các vị trí đã được định sẵn trong tủ điện theo bản vẽ thiết kế, đảm bảo chúng được cố định chắc chắn và thẳng hàng.
- Lắp đặt thanh cái: Đặt các thanh Busbar lên giá đỡ. Đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các pha và giữa pha với các bộ phận nối đất. Cố định Busbar vào giá đỡ bằng bu lông nhưng chưa siết lực cuối cùng.
- Thực hiện kết nối: Kết nối các thiết bị đóng cắt (MCCB, ACB) và cáp nguồn vào Busbar. Làm sạch kỹ lưỡng tất cả các bề mặt tiếp xúc để loại bỏ dầu mỡ và oxit.
- Siết lực và kiểm tra cuối cùng: Đây là bước quan trọng nhất. Sử dụng cờ lê lực để siết tất cả các kết nối bu lông theo đúng giá trị mô-men xoắn do nhà sản xuất quy định. Việc siết không đủ lực hoặc quá lực đều có thể gây ra phát nhiệt tại điểm nối. Sau khi hoàn tất, tiến hành kiểm tra trực quan toàn bộ hệ thống và thực hiện phép đo điện trở cách điện (Megger test) trước khi cấp điện.
4.2 Quy trình bảo trì định kỳ
Bảo trì định kỳ là “liều thuốc” kéo dài tuổi thọ và ngăn ngừa sự cố cho hệ thống Busbar. Từ kiểm tra trực quan, quét nhiệt, siết lại lực đến vệ sinh và đo cách điện, mỗi công đoạn đều đóng vai trò then chốt trong việc duy trì hiệu suất và an toàn điện lâu dài.
- Kiểm tra trực quan: Thường xuyên kiểm tra các dấu hiệu bất thường như đổi màu do quá nhiệt, sự ăn mòn, tích tụ bụi bẩn hoặc hơi ẩm.
- Quét ảnh nhiệt: Đây là công tác bảo trì quan trọng nhất. Sử dụng camera hồng ngoại để quét toàn bộ hệ thống Busbar khi đang mang tải. Việc này giúp phát hiện các “điểm nóng” tại các mối nối, là dấu hiệu của điện trở tiếp xúc cao và nguy cơ sự cố tiềm tàng. Công việc này nên được thực hiện định kỳ hàng năm.
- Kiểm tra lực siết: Trong các đợt cắt điện bảo trì theo kế hoạch, cần kiểm tra lại lực siết của tất cả các kết nối bu lông, vì chu kỳ nóng-lạnh trong vận hành có thể làm chúng bị lỏng theo thời gian.
- Vệ sinh: Giữ cho Busbar và các sứ cách điện sạch sẽ khỏi bụi bẩn và các chất ô nhiễm khác, vì chúng có thể làm giảm khả năng cách điện và cản trở quá trình tản nhiệt.
- Đo điện trở cách điện: Định kỳ thực hiện phép đo Megger để xác minh tính toàn vẹn của hệ thống cách điện giữa các pha và giữa pha với đất.
5. Ưu điểm và nhược điểm của thanh Busbar
Cũng như các thiết bị dẫn điện khác, thanh Busbar sở hữu những điểm mạnh nổi bật giúp nó trở thành lựa chọn phổ biến trong hệ thống phân phối điện hiện đại. Tuy nhiên, bên cạnh đó vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định cần cân nhắc khi thiết kế và lắp đặt. Dưới đây là tổng hợp những ưu và nhược điểm chính của Busbar:
5.1 Ưu điểm
- Khả năng mang dòng cao: Busbar có thể mang dòng điện lớn hơn nhiều so với cáp có cùng tiết diện nhờ khả năng tản nhiệt tốt hơn.
- Độ bền và độ cứng cơ học: Cấu trúc đặc, rắn chắc mang lại độ bền cơ học cao, giúp Busbar chống lại các lực điện động khổng lồ sinh ra khi xảy ra ngắn mạch.
- Tiết kiệm không gian: Một hệ thống Busbar nhỏ gọn chiếm ít không gian hơn nhiều so với một bó cáp tương đương, giúp tủ điện gọn gàng và có tổ chức hơn.
- Dễ dàng kết nối và mở rộng: Cung cấp một điểm kết nối tập trung, dễ tiếp cận cho nhiều thiết bị, giúp đơn giản hóa việc lắp đặt và thêm tải mới trong tương lai.
- An toàn cao: Giảm thiểu số lượng các điểm nối so với việc dùng nhiều sợi cáp, từ đó giảm các điểm rủi ro tiềm ẩn. Khi là một phần của hệ thống busway, vỏ kim loại bên ngoài cung cấp sự bảo vệ cơ học và tiếp địa tuyệt vời.
5.2 Nhược điểm
- Chi phí ban đầu cao: Chi phí vật liệu, đặc biệt là đồng, có thể cao hơn so với cáp điện ở các mức dòng điện thấp.
- Kém linh hoạt: Busbar là các thanh cứng và yêu cầu lập kế hoạch trước về đường đi. Chúng không thể dễ dàng uốn lượn để tránh chướng ngại vật tại công trường như cáp điện. Đối với các ứng dụng cần sự chuyển động, cần phải sử dụng loại Busbar mềm chuyên dụng.
- Nguy cơ oxy hóa: Các điểm nối không được bảo vệ, đặc biệt trên Busbar nhôm, có thể bị oxy hóa theo thời gian, làm tăng điện trở và tạo ra các điểm nóng nếu không được bảo trì đúng cách.
- Yêu cầu gia công chuyên dụng: Việc tạo ra các thanh Busbar tùy chỉnh đòi hỏi các thiết bị chuyên dụng để cắt, đột lỗ và uốn.
6. Hướng dẫn tính toán và lựa chọn Busbar
Việc lựa chọn Busbar không đơn thuần dựa trên một quy tắc “ampe trên milimet vuông” đơn giản. Về cơ bản, đây là một bài toán về nhiệt: thanh Busbar phải có khả năng tản đi lượng nhiệt sinh ra do dòng điện chạy qua mà không làm nhiệt độ của nó vượt quá giới hạn vận hành an toàn (thường là 90°C).
- Xác định dòng điện vận hành: Trước tiên, cần xác định dòng điện làm việc liên tục lớn nhất mà Busbar sẽ phải mang. Sau đó, phải xem xét nhiệt độ môi trường xung quanh bên trong tủ điện, vì nhiệt độ môi trường càng cao thì khả năng tản nhiệt của Busbar càng giảm Các yếu tố giảm trừ khác như độ cao so với mực nước biển hoặc mức độ thông gió của tủ cũng cần được tính đến.
- Tính toán tiết diện thanh cái : Một quy tắc kinh nghiệm phổ biến để ước tính ban đầu là giả định mật độ dòng điện khoảng 2A /mm2 cho Busbar đồng trong không khí tĩnh.11 Ví dụ, với dòng điện 1000A, tiết diện cần thiết sẽ vào khoảng 500mm2 (ví dụ: thanh 50 mm x 10 mm). Cần nhấn mạnh rằng đây chỉ là một ước tính sơ bộ
- Tra cứu bảng thông số kỹ thuật: Phương pháp đáng tin cậy nhất là tham khảo các bảng dữ liệu của nhà sản xuất hoặc các tiêu chuẩn như IEC 60439, trong đó cung cấp khả năng mang dòng cho các kích thước Busbar tiêu chuẩn dưới các điều kiện cụ thể
- Kiểm tra khả năng chịu dòng ngắn mạch: Đối với các hệ thống quan trọng, Busbar và hệ thống giá đỡ của nó phải có khả năng chịu được các lực điện động cực lớn sinh ra trong một sự cố ngắn mạch. Điều này đòi hỏi các tính toán phức tạp hơn dựa trên dòng ngắn mạch dự kiến , khoảng cách giữa các giá đỡ và các đặc tính cơ học của Busbar.
7. Kích thước và tiêu chuẩn kỹ thuật của thanh Busbar
Thanh Busbar không chỉ khác nhau về vật liệu chế tạo mà còn được chuẩn hóa theo kích thước, khả năng chịu dòng điện và quy định kỹ thuật để đảm bảo an toàn, hiệu suất và khả năng tương thích với hệ thống điện. Việc tuân thủ đúng tiêu chuẩn giúp giảm tổn hao điện năng, hạn chế phát nhiệt và tăng tuổi thọ cho thiết bị điện.
7.1 Kích thước tiêu chuẩn theo dòng điện
Việc sử dụng các kích thước tiêu chuẩn giúp đảm bảo tính sẵn có của vật liệu và tuân thủ các quy định trong ngành. Dưới đây là bảng tham khảo các kích thước thanh cái đồng phổ biến và dòng điện định mức tương ứng theo tiêu chuẩn IEC.
| Dòng điện theo IEC (A) | Dày (mm) | Rộng (mm) | Tiết diện (mm2) |
| 150 | 3 | 20 | 150 |
| 225 | 5 | 20 | 225 |
| 330 | 5 | 30 | 330 |
| 400 | 6 | 40 | 400 |
| 500 | 6 | 50 | 500 |
| 630 | 10 | 40 | 630 |
| 800 | 10 | 50 | 800 |
| 1000 | 10 | 60 | 1000 |
| 1250 | 10 | 80 | 1250 |
| 1600 | 10 | 100 | 1600 |
| 2000 | 2 x (80×10) | – | 2000 |
| 3200 | 2 x (80×10) | – | 3200 |
7.2 Quy định về màu sắc các pha trên Busbar
Để dễ nhận biết và đảm bảo an toàn trong quá trình đấu nối, mỗi pha của Busbar được quy định màu sắc riêng theo tiêu chuẩn IEC và TCVN:
| Pha | Màu sắc quy định | Ký hiệu | Ghi chú |
| Pha A | Đỏ | L1 | Pha nóng đầu tiên |
| Pha B | Vàng | L2 | Pha nóng thứ hai |
| Pha C | Xanh dương | L3 | Pha nóng thứ ba |
| Trung tính (N) | Đen hoặc xanh lam nhạt | N | Dây trung tính |
| Dây tiếp đất (PE) | Xanh lá – vàng sọc | PE | Dây bảo vệ, nối đất |
8. So sánh Busbar và Busway
| Tiêu chí | Busbar | Busway |
| Bản chất | Là một linh kiện đơn lẻ | Là một hệ thống hoàn chỉnh, dạng mô-đun |
| Cấu tạo | Chỉ là lõi kim loại dẫn điện | Gồm nhiều lõi Busbar + vật liệu cách điện + vỏ bọc bảo vệ (vỏ kim loại) |
| Hình thức | Thường là thanh trần hoặc được bọc co nhiệt đơn giải | Là một hệ thống hộp/ máng kim loại được chế biến sẵn, kín |
| Ứng dụng | Dùng bên trong tủ điện, trạm biến áp | Dùng để kết nối giữa các thiết bị |
| Vai trò | Làm cầu nối, phân phối điện cho các thiết bị trong một tủ điện | Thay thế cáp điện động lực để truyền tải điện năng đi xa với dòng lớn |
| Lắp đặt | Phải được gia công, lắp đặt thủ công bên trong tủ | Được lắp ghép từ các đoạn và phụ kiện chế tạo sẵn tại nhà máy |
9. Ứng dụng của Busbar trong hệ thống điện
Busbar truyền tải dòng điện còn là giải pháp tối ưu hóa không gian, nâng cao độ tin cậy và linh hoạt cho mọi hệ thống điện hiện đại. Từ tủ phân phối chính, trung tâm điều khiển động cơ đến các trung tâm dữ liệu tiên tiến, Busbar đều khẳng định vai trò không thể thay thế trong việc đảm bảo dòng điện ổn định, an toàn và dễ dàng mở rộng.
- Trong tủ phân phối chính: Busbar đóng vai trò là trục phân phối trung tâm. Nó nhận nguồn tổng từ máy cắt không khí và phân phối đến các máy cắt nhánh cấp cho các tải khác nhau. Việc sử dụng Busbar giúp tủ điện được bố trí một cách khoa học, gọn gàng, giảm thiểu sự chồng chéo của dây cáp và tạo ra các kết nối đáng tin cậy, dễ dàng kiểm tra.
- Trong trung tâm điều khiển động cơ: Hệ thống Busbar dọc là một thiết kế tiêu chuẩn. Nó cho phép sử dụng các ngăn kéo khởi động động cơ (draw-out units) dạng mô-đun. Lợi ích vận hành chính của thiết kế này là một ngăn kéo có thể được tháo ra để bảo trì hoặc thay thế một cách an toàn mà không cần phải cắt điện toàn bộ tủ MCC.
- Trong trung tâm dữ liệu: Các trung tâm dữ liệu hiện đại yêu cầu độ tin cậy và mật độ năng lượng cực cao, và hệ thống busway treo trần là giải pháp tối ưu. Thay vì đi cáp dưới sàn nâng (gây cản trở luồng không khí làm mát), các hệ thống busway được lắp đặt phía trên các dãy tủ rack. Các hộp lấy điện có thể được cắm vào bất kỳ vị trí nào trên busway để cấp nguồn cho tủ rack.
- Tại các trạm biến áp: Busbar kết nối các thiết bị chính như máy biến áp công suất lớn, máy cắt cao thế và dao cách ly. Tại đây, ngoài khả năng mang dòng, độ bền cơ học của Busbar là yếu tố sống còn. Chúng phải được thiết kế để chịu được các lực điện động khổng lồ sinh ra khi có sự cố ngắn mạch, nếu không có thể gây ra phá hủy toàn bộ trạm.
10. FAQ
10.1 Busbar có thể thay thế hoàn toàn dây cáp điện không?
Không hẳn. Busbar thường được sử dụng trong hệ thống phân phối điện trung tâm, tủ điện, hoặc nhà máy, nơi cần truyền tải dòng điện lớn, ổn định và an toàn. Còn dây cáp điện vẫn phù hợp cho đường dây dẫn ra tải, thiết bị hoặc khu vực nhỏ hơn. Nói cách khác, Busbar và cáp điện bổ trợ lẫn nhau chứ không hoàn toàn thay thế.
10.2 Busbar đồng có tốt hơn nhôm không?
Busbar đồng có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao hơn, chịu tải lớn và ít bị oxy hóa nên được ưa chuộng trong các hệ thống công suất cao. Tuy nhiên, Busbar nhôm nhẹ hơn, giá rẻ hơn và vẫn đảm bảo hiệu suất tốt nếu được thiết kế đúng tiêu chuẩn. Việc lựa chọn phụ thuộc vào ngân sách, điều kiện lắp đặt và yêu cầu kỹ thuật.
10.3 Cần kiểm tra những gì khi bảo trì Busbar định kỳ?
Khi bảo trì Busbar, cần kiểm tra các yếu tố chính gồm:
- Độ siết chặt của bulong và đầu nối để tránh phát nhiệt.
- Tình trạng oxy hóa hoặc ăn mòn trên bề mặt thanh cái.
- Độ cách điện giữa các pha và với vỏ tủ.
- Nhiệt độ vận hành (bằng camera nhiệt hoặc cảm biến).
Tóm lại, thanh Busbar là gì ? Đây là giải pháp truyền tải điện hiệu quả, an toàn và bền vững trong các hệ thống phân phối điện hiện đại. Việc hiểu rõ cấu tạo, tiêu chuẩn và ứng dụng giúp người dùng lựa chọn đúng loại Busbar, tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy cho toàn bộ hệ thống điện. Hãy liên hệ ngay GSMT – đơn vị tiên phong trong lĩnh vực xi mạ tại Việt Nam, chuyên xử lý bề mặt kim loại đạt chuẩn kỹ thuật để được chuyên gia tư vấn quy trình và nhận báo giá nhanh nhất hôm nay!
Fanpage: https://www.facebook.com/xima.gsmt/
Văn phòng đại diện: 343/27 Tô Hiến Thành, Phường Hòa Hưng
Văn phòng: 63/4D đường Xuân Thới 20, ấp 29, Xuân Thới Sơn, TP.HCM
Hotline: 0961 116 416
Email: lienhe.gsmt@gmail.com
