Hướng dẫn sử dụng các loại dây điện trong nhà, cáp PVC & Ethernet và cáp điện thoại

Các loại dây cáp: Tổng quan về chức năng

Các sản phẩm cáp và dây có phạm vi rộng, mỗi loại được thiết kế cho sự kết hợp cụ thể của các yêu cầu về điện, cơ khí và môi trường. Ở cấp độ rộng nhất, cáp được phân loại theo chức năng chính của chúng: truyền tải điện, truyền tín hiệu, truyền dữ liệu hoặc điều khiển. Trong mỗi danh mục, vật liệu dây dẫn, loại cách điện, tấm chắn và hợp chất vỏ bọc được chỉ định để phù hợp với định mức điện áp, công suất dòng điện, dải tần, môi trường lắp đặt và các yêu cầu quy định.

Sự khác biệt giữa dây điện và cáp là một điểm khởi đầu hữu ích. Dây là một dây dẫn điện duy nhất - rắn hoặc bị mắc kẹt - có hoặc không có lớp cách điện. Cáp là tập hợp của hai hoặc nhiều dây dẫn cách điện hoặc một dây dẫn cách điện duy nhất có vỏ bảo vệ bên ngoài, được liên kết với nhau trong một vỏ bọc chung. Trong sử dụng hàng ngày, các thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế cho nhau, nhưng trong bối cảnh đặc điểm kỹ thuật và mua sắm thì sự khác biệt rất quan trọng.

• Cáp điện: Mang năng lượng điện từ nguồn đến tải. Phạm vi từ hệ thống dây điện dân dụng điện áp thấp đến cáp truyền tải điện áp cao có điện áp định mức hàng chục nghìn volt.
• Cáp dữ liệu và mạng: Mang tín hiệu số giữa các thiết bị. Bao gồm các cấu trúc cặp xoắn (Ethernet, điện thoại), đồng trục và cáp quang.
• Cáp điều khiển và thiết bị: Truyền tín hiệu mức thấp (4–20 mA, 0–10 V) giữa các cảm biến, bộ điều khiển và bộ truyền động trong hệ thống tự động hóa công nghiệp. Điển hình là nhiều dây dẫn có che chắn tổng thể hoặc từng cặp.
• Cáp đồng trục: Dây dẫn trung tâm được bao quanh bởi chất điện môi và tấm chắn bện hoặc lá mỏng, được sử dụng để truyền tín hiệu RF trong các ứng dụng phát sóng, viễn thông và ăng-ten.
• Cáp quang: Truyền dữ liệu dưới dạng xung ánh sáng qua sợi quang bằng thủy tinh hoặc nhựa thay vì dòng điện. Được sử dụng khi cần có băng thông cao, khoảng cách xa hoặc khả năng chống nhiễu điện từ.
• Cáp chuyên dụng: Bao gồm các công trình chống cháy, không chứa halogen, bọc thép, chìm, nhiệt độ cao và cách nhiệt bằng khoáng chất cho các yêu cầu quy định hoặc môi trường cụ thể.

Các loại dây điện trong nhà: Giải thích về dây điện dân dụng

Hệ thống dây điện dân dụng sử dụng một số loại cáp được tiêu chuẩn hóa, mỗi loại được gán cho các loại mạch cụ thể và vị trí lắp đặt theo mã hệ thống dây điện quốc gia. Trong ngành xây dựng ở Bắc Mỹ, NEC (Bộ luật điện quốc gia) quản lý các hoạt động nối dây; Các tiêu chuẩn IEC và các tiêu chuẩn quốc gia tương đương (BS 7671 ở Anh, AS/NZS 3000 ở Úc) được áp dụng ở những nơi khác. Biết loại dây nào là chính xác cho một mạch nhất định sẽ ngăn ngừa vi phạm mã, nguy cơ hỏa hoạn và việc làm lại tốn kém.

Cáp NM-B (Cáp có vỏ bọc phi kim loại / Romex)

NM-B là loại cáp nối dây phổ biến nhất trong xây dựng khu dân cư ở Bắc Mỹ. Nó bao gồm hai hoặc ba dây dẫn bằng đồng cách điện riêng biệt cộng với một dây nối đất bằng đồng trần, tất cả được bọc trong một lớp vỏ ngoài bằng nhựa nhiệt dẻo. NM-B chỉ được xếp hạng cho các vị trí bên trong khô ráo — nó không thích hợp cho các khu vực ẩm ướt, đường ngầm hoặc lắp đặt bên ngoài lộ thiên. Kích thước mạch tiêu chuẩn sử dụng 14 dây AWG cho mạch 15-amp và 12 AWG cho mạch 20-amp . Ký hiệu "B" biểu thị mức nhiệt độ dây dẫn 90°C.

Cáp UF-B (Cáp trung chuyển ngầm)

Cáp UF-B có cấu tạo tương tự như NM-B nhưng có dây dẫn được bọc trực tiếp bằng hợp chất PVC đặc thay vì được bọc riêng lẻ bên trong lớp vỏ ngoài lỏng lẻo. Cấu trúc vững chắc này cung cấp khả năng chống ẩm và ánh sáng mặt trời, giúp UF-B thích hợp để chôn trực tiếp trong lòng đất mà không cần ống dẫn để chiếu sáng ngoài trời, công trình phụ và mạch cảnh quan. Nó cũng có thể được lắp đặt ở những nơi ẩm ướt trên mặt đất nơi NM-B bị cấm.

Dây THHN/THWN

THHN (Vỏ bọc nylon chịu nhiệt cao bằng nhựa nhiệt dẻo) và THWN (Vỏ bọc nylon chịu nhiệt và chịu nước bằng nhựa nhiệt dẻo) là các dây dẫn đơn được thiết kế để kéo qua ống dẫn thay vì sử dụng làm cáp khép kín. Chúng là sự lựa chọn tiêu chuẩn cho hệ thống dây điện trong nhà để xe, tầng hầm và bất kỳ hệ thống lắp đặt nào có dây dẫn chạy bên trong EMT, ống dẫn cứng hoặc ống dẫn PVC. Dây dẫn THHN/THWN có nhiều màu cách điện được mã hóa bằng màu để xác định chức năng mạch điện. Xếp hạng THHN/THWN-2 kép là phổ biến nhất hiện nay, bao gồm cả lắp đặt ống dẫn khô (90°C) và ướt (75°C).

Cáp bọc thép (AC) và cáp bọc kim loại (MC)

Cả cáp AC (thường được gọi là BX) và cáp MC đều sử dụng lớp giáp kim loại linh hoạt — có thể là các dải thép hoặc nhôm lồng vào nhau — làm vỏ bọc bên ngoài thay vì nhựa. Lớp giáp cung cấp khả năng bảo vệ cơ học chống lại hư hỏng vật lý và trong cáp MC, nó đóng vai trò là đường dẫn đất khi kết hợp với dây nối đất bên trong. Cả hai loại đều được sử dụng trong xây dựng thương mại và trong các ứng dụng dân cư nơi mã yêu cầu bảo vệ bổ sung - chẳng hạn như chạy lộ thiên trong tầng hầm hoặc nhà để xe chưa hoàn thiện.

Cáp vào dịch vụ (SE và USE)

Cáp SE (Lối vào dịch vụ) mang điện từ đồng hồ tiện ích đến bảng phân phối chính. Nó sử dụng dây dẫn bằng nhôm hoặc đồng cỡ lớn — thường là 2 AWG đến 4/0 AWG — với lớp vỏ ngoài chống ẩm. USE (Lối vào dịch vụ ngầm) là biến thể chôn trực tiếp đối với nguồn cấp dịch vụ ngầm từ máy biến áp gắn trên tấm đệm hoặc kết nối tiện ích ngầm.

Dây điện cách điện PVC: Cấu tạo và tính chất

Polyvinyl clorua (PVC) là vật liệu cách điện và vỏ bọc được sử dụng rộng rãi nhất trong dây và cáp điện trên toàn cầu. Sự kết hợp giữa hiệu suất cách điện, độ bền cơ học, khả năng kháng hóa chất, khả năng chống cháy và chi phí nguyên liệu thô thấp khiến nó trở thành lựa chọn mặc định cho các ứng dụng nối dây dân dụng, thương mại và công nghiệp.

Tại sao PVC được sử dụng để cách điện dây

Hợp chất PVC để cách điện dây được pha chế với chất hóa dẻo, chất ổn định và chất phụ gia chống cháy để đạt được các đặc tính cơ và điện cần thiết. Các đặc tính hiệu suất chính bao gồm:

• Độ bền điện môi: Chất cách điện PVC tiêu chuẩn chịu được cường độ điện trường của 10–20 kV/mm , quá đủ cho định mức 600 V của hầu hết các dây điện xây dựng.
• Đánh giá nhiệt độ: PVC tiêu chuẩn được đánh giá ở nhiệt độ dây dẫn liên tục 70°C (loại PVC/A). Công thức hiệu suất cao hơn đạt tới 90°C (được sử dụng trong dây dẫn THHN và NM-B). Trên 105°C, cao su polyetylen liên kết ngang (XLPE) hoặc silicone được ưu tiên hơn PVC.
• Khả năng chống cháy: Hàm lượng clo trong PVC ngăn chặn sự lan truyền ngọn lửa một cách tự nhiên. Hầu hết các hợp chất dây PVC tiêu chuẩn đều tự dập tắt khi loại bỏ nguồn đánh lửa, đáp ứng các yêu cầu kiểm tra ngọn lửa theo tiêu chuẩn IEC 60332 hoặc UL.
• Kháng dầu và hóa chất: PVC chống lại nhiều loại dầu, axit và kiềm, làm cho dây cách điện PVC phù hợp với môi trường công nghiệp nơi có thể tiếp xúc với hóa chất ngẫu nhiên.
• Chống ẩm: PVC có khả năng hấp thụ nước thấp, duy trì đặc tính cách điện ở những nơi ẩm ướt khi được pha chế đúng cách.

Hạn chế của cách nhiệt PVC

Vật liệu cách nhiệt PVC có hai hạn chế đáng kể trong các ứng dụng quan trọng về an toàn. Đầu tiên, khi cháy, PVC sẽ giải phóng khí hydro clorua và khói đen dày đặc , có độc tính cao và ăn mòn các thiết bị điện tử trong không gian kín. Điều này đã thúc đẩy việc áp dụng các hợp chất LSZH (Low Smoke Zero Halogen) trong đường hầm, sân bay, trung tâm dữ liệu và các tòa nhà công cộng, nơi độc tính khói trong kịch bản sơ tán hỏa hoạn là mối quan tâm hàng đầu. Thứ hai, PVC trở nên giòn ở nhiệt độ dưới −15°C đến −30°C tùy thuộc vào công thức chất làm dẻo, hạn chế việc sử dụng nó khi lắp đặt ngoài trời ở vùng khí hậu rất lạnh mà không có lớp bảo vệ bổ sung.

Các loại dây cách điện PVC phổ biến

• H07V-U / H07V-R / H07V-K (IEC): Dây xây dựng cách điện PVC một lõi ở các biến thể dây dẫn rắn (U), bện (R) và bện linh hoạt (K). Xếp hạng 450/750 V. Tiêu chuẩn toàn Châu Âu tương đương với THHN Bắc Mỹ.
• NYM / NYY (tiếng Đức/Châu Âu): Cáp nhiều lõi cách điện PVC, có vỏ bọc PVC để lắp đặt cố định. NYY là phiên bản có vỏ bọc bên ngoài nặng hơn được phê duyệt để chôn trực tiếp.
• BV/RV (tiêu chuẩn Trung Quốc): Dây cách điện PVC một lõi được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng và thương mại ở Châu Á. BV sử dụng dây dẫn rắn; RV sử dụng dây dẫn bện linh hoạt để nối dây bảng và kết nối thiết bị.

Cáp Ethernet so với cáp điện thoại: Sự khác biệt chính

Cáp Ethernet và cáp điện thoại đều có cấu trúc cặp xoắn và trông gần giống nhau từ bên ngoài — cả hai đều sử dụng dây dẫn đồng đường kính nhỏ, lớp cách điện PVC hoặc LSZH và đường kính tổng thể của vỏ bọc tương tự nhau. Sự khác biệt nằm ở số lượng dây dẫn, tốc độ xoắn, loại đầu nối, thông số kỹ thuật điện và dải tần mà mỗi loại được thiết kế để hỗ trợ.

Cáp điện thoại (POTS / Dây có cấu trúc)

Cáp điện thoại truyền thống (còn gọi là dây trạm hoặc cáp điện thoại xoắn đôi) mang tín hiệu thoại analog ở tần số rất thấp - băng tần POTS (Dịch vụ Điện thoại Cũ Đơn giản) tiêu chuẩn chiếm 300 Hz đến 3,4 kHz . Cài đặt điện thoại hai đường dây thông thường sử dụng cáp 4 dây dẫn (hai cặp xoắn) với các dây dẫn trong phạm vi 22–26 AWG, được kết thúc bằng đầu nối RJ11 hoặc RJ14. Tốc độ xoắn lỏng hơn so với cáp cấp dữ liệu vì tín hiệu analog tần số thấp không yêu cầu tốc độ xoắn chặt để duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu.

Cáp điện thoại DSL (Đường dây thuê bao kỹ thuật số) là một biến thể có thông số kỹ thuật cao hơn có cùng cấu trúc cơ bản — vẫn được kết thúc bằng đầu nối RJ11 và sử dụng cặp điện thoại hiện có — nhưng được thiết kế để hỗ trợ tần số lên đến 17 MHz (VDSL2) trở lên trên cùng một cặp đồng dùng cho thoại. Các yêu cầu về chất lượng cáp dành cho DSL tốc độ cao trùng lặp đáng kể với các loại cáp dữ liệu thấp hơn.

Cáp Ethernet (Cáp có cấu trúc)

Cáp Ethernet là cáp 8 dây (4 cặp xoắn) được thiết kế để truyền dữ liệu ở tần số cao với các thông số điện được kiểm soát chặt chẽ. Các thông số kỹ thuật chính là băng thông (MHz), độ suy giảm, nhiễu xuyên âm (NEXT, FEXT) và trở kháng — tất cả đều phải đáp ứng các giới hạn xác định trên dải tần định mức của cáp. Xếp hạng danh mục xác định tốc độ dữ liệu được hỗ trợ và tần số tối đa:

• Cat5e: Băng thông 100 MHz, hỗ trợ Gigabit Ethernet (1000BASE-T) lên tới 100 m. Danh mục tối thiểu được chấp nhận cho cài đặt mới.
• Cat6: Băng thông 250 MHz, hỗ trợ 10 Gigabit Ethernet lên tới 55 m. Sử dụng tốc độ xoắn chặt hơn và thường là bộ phân tách spline trung tâm để giảm nhiễu xuyên âm giữa các cặp.
• Cat6A: Băng thông 500 MHz, hỗ trợ 10 Gigabit Ethernet với chiều dài kênh tối đa 100 m. Yêu cầu cáp có đường kính lớn hơn và thực hành lắp đặt nghiêm ngặt hơn để đạt được hiệu suất xuyên âm ngoài hành tinh.
• Cat8: Băng thông 2.000 MHz, hỗ trợ Ethernet 25/40 Gigabit lên đến 30 m. Được sử dụng trong các kết nối chuyển mạch trên cùng của trung tâm dữ liệu thay vì cáp ngang thông thường.

Cáp Ethernet kết thúc bằng đầu nối RJ45 — rộng hơn về mặt vật lý so với đầu nối điện thoại RJ11 và mang 8 điểm tiếp xúc thay vì 4 hoặc 6 đầu nối điện thoại. Phích cắm RJ45 sẽ không vừa với ổ cắm RJ11, mặc dù phích cắm RJ11 có thể được cắm vào ổ cắm RJ45 — một nguyên nhân thường gây nhầm lẫn khi sử dụng lại hệ thống dây điện có cấu trúc hiện có.

Cáp điện thoại có thể được sử dụng cho Ethernet không?

Cáp điện thoại tiêu chuẩn không thể hỗ trợ Ethernet hiện đại. Nó chỉ có 2 cặp (4 dây dẫn) so với 4 cặp (8 dây dẫn) cần thiết cho Gigabit Ethernet và các đặc tính điện của nó — độ suy giảm, nhiễu xuyên âm và trở kháng — không được kiểm soát theo thông số kỹ thuật cấp dữ liệu. Về mặt kỹ thuật, Ethernet 10BASE-T kế thừa (10 Mbps) chỉ sử dụng 2 cặp và có thể chạy trên cáp điện thoại trong khoảng cách ngắn, nhưng không có tiêu chuẩn mạng hiện tại nào hoạt động ở tốc độ đủ thực tế để biện minh cho việc tái sử dụng hệ thống dây điện thoại thay vì lắp đặt hệ thống cáp có cấu trúc phù hợp.

Chọn cáp phù hợp cho ứng dụng

Lỗi nối dây phổ biến nhất trong các dự án dân dụng và thương mại nhẹ là chỉ định cáp theo hình thức bên ngoài hoặc độ tương tự gần đúng thay vì theo yêu cầu lắp đặt và điện thực tế của mạch. Một sợi cáp trông đẹp mắt trên kệ có thể bị đánh giá thấp về điện áp, không phù hợp với môi trường lắp đặt hoặc không tương thích với phần cứng đầu cuối — tất cả những điều này tạo ra các vấn đề về an toàn và tuân thủ mà việc sửa chữa tốn kém sau khi lắp đặt.

cho hệ thống dây điện , các yêu cầu thông số kỹ thuật tối thiểu là định mức điện áp, khả năng mang dòng điện (dòng điện) ở nhiệt độ môi trường xung quanh của hệ thống lắp đặt, sự phù hợp với vị trí ẩm ướt hoặc khô ráo và liệu phương pháp lắp đặt là ống dẫn, chôn trực tiếp hay không khí tự do. NM-B bao phủ phần lớn các mạch nội thất khu dân cư ở Bắc Mỹ; THHN trong ống dẫn bao gồm các ứng dụng trong nhà để xe, tầng hầm và thương mại; UF-B xử lý các hoạt động chạy ngoài trời được chôn trực tiếp.

cho cáp dữ liệu , Cat6 là cơ sở thực tế cho mọi hoạt động lắp đặt hệ thống cáp có cấu trúc mới — chi phí cận biên so với Cat5e là tối thiểu và khoảng trống cho việc nâng cấp mạng trong tương lai là rất đáng kể. Cat6A được bảo hành trong các hệ thống lắp đặt có kết nối 10 Gigabit ở độ dài kênh tối đa 100 mét là yêu cầu hiện tại hoặc ngắn hạn, chẳng hạn như trong các tòa nhà thương mại, nơi làm việc sử dụng nhiều dữ liệu và hệ thống cáp nối phòng máy chủ.

cho Lựa chọn vật liệu cách nhiệt PVC và LSZH , yếu tố quyết định là vị trí lắp đặt và quy chuẩn xây dựng hiện hành. LSZH là bắt buộc ở nhiều khu vực pháp lý đối với cáp được lắp đặt trong không gian xử lý không khí (hội nghị), không gian công cộng kín, cơ sở hạ tầng giao thông và bất kỳ nơi nào độc tính khói trong trường hợp hỏa hoạn có nguy cơ cao. PVC tiêu chuẩn vẫn được chấp nhận và tiết kiệm chi phí đối với phần lớn hệ thống dây điện công nghiệp và dân dụng nói chung không tuân theo các yêu cầu này.