Cách làm giảm công suất hao phí trên đường dây tải điện khi truyền tải điện năng đi xa

Chu Văn An

Khi truyền tải điện đi xa bằng dây dẫn, một phần năng lượng sẽ bị thất thoát do sinh nhiệt trên đường dây. Để tính công suất phần năng lượng bị mất đi này, người ta sử dụng công thức tính lượng điện năng hao phí. Cụ thể công suất lãng phí Đó là cái gì vậy? Công thức tính điện năng tiêu hao là gì? Tất cả sẽ có trong nội dung bài viết dưới đây. Hãy theo dõi chúng tôi.

Truyền tải điện đi xa bằng hệ thống cột và dây điện

Cần phải đáp ứng những yêu cầu gì khi truyền tải điện năng đi xa?

Việc truyền tải điện đi xa bằng dây dẫn phải đáp ứng các yêu cầu sau:

– Truyền công suất điện theo yêu cầu

– Tổn thất (lãng phí) trên dây thấp

– Đường truyền ổn định

– Đảm bảo an toàn

Nguyên nhân gây mất điện trên đường dây truyền tải

– Truyền tải điện bằng dây dẫn nên dây có điện trở và nếu dùng dây có điện trở quá lớn thì lượng điện năng tổn thất trong quá trình truyền tải có thể tăng lên => Điện trở càng lớn thì tổn thất điện năng sẽ càng cao.

– Dòng điện liên tục chạy trong dây sẽ làm dây dẫn tỏa nhiệt và tạo ra lãng phí điện năng.

– Tổn thất trên đường dây là tổn thất do sinh nhiệt trên đường dây hoặc tổng công suất nhiệt trên dây => Chiều dài dây càng lớn thì tổn thất điện năng sẽ càng tăng.

Lãng phí năng lượng là gì?

Lãng phí năng lượng là gì?

Điện năng lãng phí là đại lượng đặc trưng biểu thị lượng công vô ích được tạo ra trong quá trình vận hành máy móc hoặc truyền tải điện bằng dây dẫn hay còn gọi là công suất nhiệt. Nói một cách đơn giản, lãng phí điện năng là lượng nhiệt năng làm nóng dây dẫn và làm thay đổi điện trở.

Giảm thiểu lượng điện năng lãng phí trong quá trình vận hành máy móc và truyền tải điện sẽ giúp nâng cao hiệu quả công việc và tối ưu hóa tuổi thọ của máy móc, thiết bị.

Công thức tính điện năng hao phí

Công suất tổn thất do sinh nhiệt trên dây tỷ lệ với bình phương công suất truyền đi và điện trở của dây, tỷ lệ nghịch với điện áp đặt vào hai đầu dây và được xác định theo công thức sau:

Php = I2 x R = R x P2/ U2 = P2 x U2 x cos2φ xr

Trong đó:

• Php là lượng điện năng tổn thất trong quá trình truyền tải từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ điện (W)
• I là cường độ dòng điện (A)
• U là điện áp (V)
• R là điện trở của dây (Ω)
• cos φ là hệ số công suất của mạch điện xoay chiều

Ngoài đơn vị đo công suất chính và chính xác nhất là Watt (W), chúng ta còn có một số đơn vị đo khác như: mW, MW, KW, KvA.

Trong đó:

– KvA là đơn vị đo công suất dòng điện trong mạch điện xoay chiều có công thức biểu kiến ​​(S) (được tính bằng tích của điện áp và dòng điện biểu kiến ​​qua thiết bị 1V. A=1V*1A, 1KV.A = 1000V.A) và vectơ tổng công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q).

– VA là đơn vị đo công suất dòng điện và được tính bằng tích của điện áp (V) và dòng điện (A).

– KW là đơn vị đo công suất tác dụng P trong hệ thống đo lường quốc tế và biểu thị sự thay đổi nguồn năng lượng ΔE trong khoảng thời gian Δt. Nó được tính bằng tích của điện áp và dòng điện để tạo ra công suất thực tế đi qua thiết bị (1W=1V*|1A|, KW=1000KW).

Cách giảm tổn thất điện năng trên đường dây truyền tải

Từ công thức tính công suất hao phí ta có thể thấy cách giảm tổn thất điện năng trên đường dây là giảm điện trở R hoặc tăng điện áp U hoặc tăng giá trị hệ số công suất cosφ. Cụ thể như sau:

1/ Giảm sức đề kháng R

Điện trở của dây dẫn được xác định bằng tích của điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn nhân với chiều dài dây dẫn chia cho diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn. Vì chiều dài của dây trên đường truyền được xác định nên chúng ta có thể giảm điện trở bằng cách:

– Giảm điện trở suất của dây dẫn: Sử dụng các vật liệu có điện trở suất thấp để làm dây truyền tải điện như vàng, bạc,… để tăng độ dẫn điện. Tuy nhiên, phương pháp này quá tốn kém vì đây đều là những vật liệu đắt tiền.

– Tăng tiết diện dây bằng cách sử dụng dây lớn => Tăng trọng lượng của dây và cột đỡ.

Tăng diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn

=> Khi giảm điện trở R đi k lần thì tổn thất điện năng Php giảm đi k lần.

2/ Tăng điện áp U

Theo công thức tính điện năng hao phí, khi tăng điện áp k lần thì Php sẽ giảm k2 lần. Vì vậy, việc tăng điện áp sẽ có hiệu quả hơn là giảm điện trở. Để làm được điều này, người ta sử dụng bộ tăng điện áp.

3/ Tăng giá trị hệ số công suất cosφ

Để tăng giá trị hệ số công suất cosφ, chúng ta phải sử dụng tụ điện đắt tiền ở những nơi tiêu thụ điện năng. Vì vậy, phương pháp này cũng không khả thi.

Một số giải pháp truyền tải điện đi xa

– Sử dụng bộ tăng áp trước khi truyền để tăng điện áp

– Xây dựng hệ thống đường dây điện cao thế (110 kV – 500 kV), trung thế (11 kV – 35 kV) và hạ thế (220 V – 380 V) bao gồm: cột điện, dây dẫn…

Thi công hệ thống đường dây điện

Lưu ý: Khi sử dụng hệ thống điện cao thế, trung thế cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn điện.

Một số bài tập minh họa

Bài tập 1: Khi truyền tải một công suất điện, nếu đường dây dài gấp 3 lần thì công suất hao phí do sinh nhiệt trên dây tăng hay giảm bao nhiêu lần?

Hướng dẫn giải pháp:

Khi chiều dài đường dây truyền tải tăng gấp 3 lần thì điện trở dây cũng tăng gấp 3 lần. Vì vậy, tổn thất điện năng do sinh nhiệt trên đường dây cũng tăng gấp 3 lần.

Bài 2: Đường dây truyền tải điện dài 100 km, truyền dòng điện có công suất 6 MW, điện áp 10 kV. Dây dẫn được làm bằng đồng, cứ 1km có điện trở 0,3 Ω. Tính công suất tổn thất trên dây

Hướng dẫn giải pháp:

Chúng ta có 6 MW = 6000000 W; 10 kV = 10000 V

Điện trở trên dây là: 100 x 0,3 = 30Ω

Áp dụng công thức Php = R x P2/ U2, ta có tổn thất điện năng trên đường dây là:

Php = 60000002 x 30 / (10002) = 10800000 W

Gần đây chúng tôi đã cùng nhau đi tìm hiểu công suất lãng phí Nó là gì, làm thế nào để giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải điện đi xa. Hy vọng bài viết của labvietchem sẽ là thông tin hữu ích để các bạn tham khảo và áp dụng trong cuộc sống.

Xem thêm:

• Dòng điện xoay chiều là gì? Sự khác biệt giữa dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều
• Máy quang phổ là gì? Hướng dẫn chi tiết cách sử dụng máy quang phổ