Hướng dẫn tính độ bền kéo (tensile strength) của dây cáp điện

1.1 Độ bền kéo (tensile strength) là gì?

Độ bền kéo là giá trị ứng suất kéo lớn nhất mà một vật liệu có thể chịu được trước khi bị đứt hoặc gãy. Nói cách khác, độ bền kéo thể hiện khả năng của vật liệu chống lại sự tách rời khi chịu lực kéo.

Độ bền kéo thường được biểu thị bằng đơn vị lực trên diện tích, chẳng hạn như pound trên inch vuông (psi) hoặc Newton trên mét vuông (N/m², còn gọi là Pascal – Pa).

Khi một vật liệu chịu tác động của lực kéo, nó sẽ bị giãn dài theo hướng của lực tác dụng. Sự giãn này là kết quả của việc các liên kết nguyên tử hoặc phân tử trong vật liệu bị kéo căng. Tuy nhiên, mỗi vật liệu đều có một giới hạn chịu kéo nhất định; vượt quá giới hạn này, vật liệu sẽ bị phá hủy hoặc đứt gãy.

1.3 Top 3 yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo cho phép ở dây cáp điện

Lực kéo tối đa của dây cáp điện phụ thuộc vào 3 yếu tố chính:

1) Cấu trúc và vật liệu chế tạo cáp

• Lõi dẫn điện: Cáp lõi đồng thường có khả năng chịu lực kéo cao hơn so với lõi nhôm hoặc hợp kim.
• Vỏ bảo vệ và lớp gia cường: Vật liệu như thép bện hoặc sợi thủy tinh giúp tăng độ bền cơ học, đặc biệt cho cáp sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.

>>Xem thêm: Cấu tạo cơ bản của dây cáp điện gồm những thành phần nào?

2) Đường kính lõi dẫn điện (đồng hoặc vật liệu khác): Lõi dẫn có đường kính lớn hơn sẽ chịu được lực kéo cao hơn, vì tiết diện dây dẫn lớn giúp phân bổ lực đều và giảm nguy cơ đứt gãy.

3) Điều kiện vận hành (cố định hay chuyển động)

• Cáp cố định: Chịu lực kéo chủ yếu khi lắp đặt, yêu cầu giới hạn lực thấp hơn.
• Cáp chuyển động (như cáp cầu trục, cáp reeling): Phải chịu lực kéo liên tục kèm uốn, xoắn, và rung động; vì vậy yêu cầu độ bền kéo cao hơn.
• Môi trường làm việc: Nhiệt độ, độ ẩm, hóa chất, hoặc gió mạnh cũng ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cáp.

Trong quá trình thi công và vận hành, dây cáp điện thường xuyên phải chịu lực kéo — chẳng hạn khi kéo cáp qua ống luồn, lắp đặt trong máng cáp, hoặc đặt trong xích dẫn cáp cho máy móc chuyển động. Hiểu rõ độ bền kéo giúp ngăn ngừa hư hỏng sớm, đảm bảo an toàn, độ tin cậy và hiệu suất trong môi trường làm việc khắc nghiệt.

Vì vậy, việc tính đúng lực kéo tối đa trước khi thi công là cực kỳ quan trọng.

2.1 Ngăn ngừa biến dạng vĩnh viễn

Cáp công nghiệp cần chống lại sự kéo giãn quá mức để duy trì chức năng. Nếu bị biến dạng dẻo, lớp cách điện có thể hỏng và tín hiệu bị gián đoạn. Chỉ cần vượt quá giá trị lực kéo tối đa cho phép một lần cũng có thể gây hỏng lõi dẫn, lớp cách điện, hoặc toàn bộ cấu trúc cáp. Hậu quả là ngưng trệ sản xuất, chi phí sửa chữa cao và rủi ro an toàn.

2.2 Chịu được ứng suất và biến dạng cơ học

Trong các ứng dụng tải nặng, dây cáp điện phải chịu lực trên mỗi đơn vị diện tích. Vật liệu có độ bền kéo cao giúp giảm giãn dài, hạn chế nguy cơ hỏng cáp khi kéo ra hoặc cuộn lại trên tang cáp.

2.3 Đảm bảo an toàn lao động

Dây cáp điện kém bền có thể bị đứt, gây nguy hiểm nghiêm trọng. Sử dụng cáp có độ bền phá hủy cao giúp giảm rủi ro tai nạn.

2.4 Kéo dài tuổi thọ cáp

Cáp điện bền chắc có thể chịu được hàng nghìn chu kỳ uốn cong và cuộn lại, giúp giảm thời gian dừng máy và chi phí thay thế.

3.3 Giá trị giới hạn về độ bền kéo cho phép ở dây cáp điện

Tùy theo phương pháp lắp đặt, các giá trị giới hạn về lực kéo cho phép của cáp được quy định như sau:

• Cáp và dây lắp đặt cố định: lực kéo tối đa lên đến 50 N/mm²
• 15 N/mm² áp dụng cho cáp mềm (flexible cables) chịu lực kéo tĩnh trong hệ thống cố định, được dùng cho mạch dòng điện (current circuits).
• Cáp dùng trong ứng dụng chuyển động (ví dụ: xích dẫn cáp): lực kéo cho phép bị giảm đáng kể
  (Theo tiêu chuẩn VDE 0298-3)

Đặc biệt, các loại cáp đã được lắp sẵn đầu nối (pre-assembled cables) thường có lực kéo cho phép thấp hơn nhiều do phải tính đến độ bền cơ học của phần mối nối và đầu cắm.

Trong trường hợp vượt quá các giá trị trên, nên sử dụng bộ phận giảm lực kéo (strain-relieving element) hoặc các biện pháp bảo vệ tương tự để tránh làm hư hại cáp. Việc kết nối bộ phận giảm lực kéo với cáp phải đảm bảo không gây tổn hại đến cáp.

Dây cáp điện có độ bền kéo cao được thiết kế để chịu tải trọng lớn, lực kéo liên tục và môi trường vận hành khắc nghiệt. Với khả năng chống mài mòn, chịu xoắn và chống ăn mòn, loại cáp này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp đòi hỏi độ tin cậy và tuổi thọ cao.

Các ngành công nghiệp sử dụng cáp điện có độ bền kéo cao:

• Khai thác mỏ: Cáp chịu lực cơ học cực lớn trong máy đào dây cáp (draglines), máy xúc mỏ và hệ thống băng tải.
• Xử lý vật liệu: Dùng cho cầu trục, xe nâng, và hệ thống tự động thu hồi cáp trên tang cuộn.
• Luyện thép và gia công kim loại: Chịu được nhiệt độ cao và tải trọng nặng, đảm bảo hiệu suất ổn định.
• Ngoài khơi và hàng hải: Cáp chống ăn mòn, đáp ứng yêu cầu khắt khe của máy tời, cần cẩu và thiết bị nâng.
• Tự động hóa công nghiệp: Cáp mềm dẻo, chịu xoắn tốt cho robot và hệ thống chuyển động liên tục.