Tổn thất điện áp là gì? Công thức tính tổn thất điện áp

Lê Hồng Phong

Đường dây truyền tải đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển và phân phối điện đến mọi vùng miền trên cả nước. Tuy nhiên, quá trình truyền tải đường dài này không thể tránh được hiện tượng mất điện áp. Vậy tổn thất điện áp là gì? Công thức tính tổn thất điện áp là gì? Bài viết dưới đây sẽ tập trung phân tích nguyên nhân và giải pháp hạn chế thất thoát điện năng.

Khái niệm tổn thất điện áp

Tổn thất điện áp là lượng điện áp bị mất trong quá trình truyền tải, phân phối điện từ thanh cái của nhà máy điện qua hệ thống lưới điện truyền tải và lưới phân phối đến các hộ sử dụng điện. Hiện tượng này gây sụt áp khiến thiết bị hoạt động không ổn định, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của các nhà máy, doanh nghiệp, khu công nghiệp và lưới điện đang vận hành.

Do lưới điện truyền tải từ Bắc vào Nam dài gần 1.500 km, phụ tải phân tán nên quá trình vận chuyển, phân phối điện đi xa luôn xảy ra tổn thất điện năng do nhiều nguyên nhân như điện trở, tản nhiệt, rung, đứt mạch, tác động đến môi trường… Những tổn thất này có thể xảy ra ở bất kỳ khâu nào trong quá trình truyền tải, từ đầu đường dây, trạm biến áp đến người dùng cuối.

Theo phân loại của Tổng công ty Điện lực Quốc gia (EVN), tổn thất điện năng được chia thành hai loại: tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại.

Tổn thất kỹ thuật chỉ có thể giảm đến một ngưỡng nhất định. Vì vậy, mục tiêu của ngành điện các nước trên thế giới là giảm tổn thất thương mại đến mức hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh, giảm áp lực đầu tư nguồn điện, làm cơ sở tính toán chính xác, đầy đủ chi phí sản xuất điện.

Nguyên nhân mất điện

• Điện trở đường dây và điện kháng: Đường dây điện có điện trở và phản kháng chặn đường đi của điện áp khi có hiệu điện thế.
• Đường dây phân phối dài: Trở kháng của dây dẫn sẽ làm tăng tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải, đồng thời làm tăng diện tích tiết diện của dây dẫn.
• Mặt cắt dây điện không đủ: Sử dụng dây dẫn có tiết diện quá nhỏ so với nhu cầu tiêu dùng gây ra tình trạng quá tải điện, có thể gây nóng, dẫn đến cháy nổ.
• Tổn thất do đấu nối và tiếp điểm điện: Các mối nối, tiếp điểm điện không tốt khiến điện áp tiêu thụ bị quá tải, gây nguy hiểm cho người lao động và máy móc.
• Tiêu thụ nhiều điện năng nhàn rỗi trên lưới: Trên lưới điện có rất nhiều thiết bị phụ tải có thành phần cảm ứng làm giảm hệ số công suất cosφ của điện áp như cuộn dây máy biến áp, cuộn dây động cơ điện, cuộn cảm có lõi thép…
• Chênh lệch tải giữa các pha: Khi lượng điện áp truyền tải giữa các pha không cân bằng sẽ dẫn đến quá tải một pha và gây cháy, nổ, chập điện.
• Sóng hài: Sóng hài gây mất cân bằng trong mạng điện, làm tăng dòng điện không cần thiết và gây mất điện. Tác hại của sóng hài bao gồm tăng nhiệt độ, gây hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ điện.
• Chế độ vận hành của lưới điện: Bởi vì máy biến áp thường hoạt động ở trạng thái tải thấp hoặc không tải hoặc do thời gian sử dụng điện năng tối đa kéo dài…

Các giai đoạn mất điện áp

Mất điện áp có thể xảy ra ở bất kỳ giai đoạn nào trong quá trình vận chuyển và truyền tải điện. Tuy nhiên, có hai giai đoạn chính trong đó tỷ lệ tổn thất xảy ra.

• Sản xuất điện: Trong quá trình chuyển đổi năng lượng từ than đá, nhiên liệu hóa thạch, thủy điện, năng lượng mặt trời và nhiều nguồn khác thành điện năng, tổn thất điện năng luôn xảy ra do quá trình chuyển hóa, chuyển đổi.
• Truyền tải và phân phối: Do điện trở của dây dẫn, tổn thất trong máy biến áp, đường dây truyền tải quá dài và nhiều yếu tố khác nên quá trình này có tỷ lệ tổn thất điện áp lớn.

Ngoài ra, các năng lực khác nhau cũng bị mất ở các giai đoạn khác nhau như:

• Trong quá trình tăng điện áp, công suất bị hao hụt khoảng 1-2% năng lượng.
• Trên đường dây truyền tải điện, tổn thất công suất khoảng 2-4% năng lượng.
• Trong quá trình giảm áp suất, công suất tổn thất khoảng 1-2% năng lượng.
• Trong quá trình phân phối và sử dụng, công suất tổn thất khoảng 4-6% năng lượng.

Theo thống kê, tỷ lệ tổn thất điện năng ở Việt Nam thường dao động từ khoảng 8-10% tổn thất kỹ thuật và từ 2-4% tổn thất thương mại. Tổng tỷ lệ tổn thất thường nằm trong khoảng 10-14% ở các thời điểm khác nhau.

Trong đó, tổn thất thương mại phụ thuộc vào cơ chế quản lý, gồm 4 loại như sau:

• Trộm điện (móc, móc).
• Không thanh toán hoặc thanh toán chậm hóa đơn tiền điện.
• Lỗi đo lường tổn thất kỹ thuật.
• Sai sót thống kê trong việc phân loại và tính toán hóa đơn khách hàng.

Tổn thất kỹ thuật liên quan đến dây dẫn và máy biến áp phân phối, bao gồm tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng. Tổn thất công suất phản kháng chỉ gây ra độ lệch góc và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng. Mất điện chủ động có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện áp.

Hiện nay, tỷ lệ tổn thất trên lưới điện 0,4kV đã giảm đáng kể nhưng tỷ lệ tổn thất trên lưới trung thế lại tăng lên.

Công thức tính tổn thất điện áp trên đường dây

Dưới đây là công thức tính tổn thất điện áp trên đường dây:

Trong đó:

• ΔU: Tổn thất điện áp trên đường dây (V)
• P: Công suất tác dụng trên đường dây (W) ̳
• Q: Công suất phản kháng trên đường dây (Var)
• R: Điện trở của đường dây (Ω)
• X: Điện kháng của đường dây (Ω)
• U: Điện áp đường dây định mức (V)

Trước đó, chúng ta cần tính tổn thất điện năng tác dụng trên đường dây theo công thức:

Giải pháp giảm thiểu tổn thất điện năng

Mất điện không chỉ gây lãng phí năng lượng quốc gia mà còn ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất, thương mại.

Mất điện áp khiến máy móc, thiết bị hoạt động không đúng công suất khiến hệ thống dây chuyền, thiết bị sản xuất có nguy cơ bị gián đoạn, gây giảm năng suất, hiệu quả kinh doanh. Đặc biệt, tỷ lệ tổn thất điện năng càng cao thì số tiền khách hàng phải trả tiền điện hàng tháng càng nhiều. Vì vậy, cần có các biện pháp đồng bộ để giảm thiểu tổn thất điện năng trên đường dây.

Biểu đồ tỷ lệ tổn thất điện năng qua các năm do Tập đoàn Điện lực Việt Nam biên soạn

Đối với đường truyền

• Giảm sức đề kháng (R): Sử dụng vật liệu dẫn điện tốt hơn và có điện trở thấp hơn. Tuy nhiên, khi điện trở giảm thì tiết diện dây sẽ phải tăng. Khi đó, dây điện ngày càng lớn và nặng hơn, đòi hỏi cột điện lớn hơn và các phụ kiện đi kèm dẫn đến vốn đầu tư tăng và thi công khó khăn hơn.
• Tăng điện áp (U): Việc tăng điện áp ở nguồn điện sẽ giúp giảm dòng điện (I), từ đó giảm tổn thất điện năng và cũng không phải tăng tiết diện dây, tiết kiệm kim loại màu.
• Tăng giá trị hệ số công suất cosφ: Sử dụng thiết bị hiệu chỉnh hệ số công suất giúp làm sạch hệ thống điện. Hệ số công suất càng cao thì tổn thất điện áp càng ít.

Dành cho người dùng

• Sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng
• Thay đổi thói quen sử dụng điện như tắt các thiết bị khi không sử dụng, không sử dụng quá nhiều thiết bị có công suất lớn trong giờ cao điểm.

Đối với đơn vị vận hành

Với hệ thống điện có tính đặc thù cao như Việt Nam, việc giảm tổn thất điện năng đòi hỏi phải thực hiện đồng bộ nhiều giải pháp, bao gồm:

• Rà soát công suất truyền tải các đường dây, xử lý triệt để tình trạng quá tải, hoàn thiện sơ đồ đấu nối, bổ sung thiết bị chuyển mạch, tăng cường kết nối giữa các trạm biến áp 110kV. Rà soát, thống kê các thiết bị lưới điện chất lượng thấp, tổn thất điện năng cao, nguy cơ xảy ra sự cố để tăng cường giám sát và lập kế hoạch thay thế.
• Tăng cường công tác quản lý vận hành, bảo trì, phòng ngừa sự cố lưới điện. Chú ý kiểm tra, xử lý triệt để các vấn đề vi phạm hành lang bảo vệ an toàn lưới điện, nối đất, tiếp điểm, cách điện đường dây, thiết bị… để tránh đấu nối, tiếp xúc kém dẫn đến sinh nhiệt, gây sự cố, tăng tổn thất điện năng.
• Các đơn vị cần mạnh dạn thử nghiệm sử dụng vật tư, thiết bị có công nghệ tiên tiến, độ tin cậy cao, tổn thất thấp; Tăng cường trang thiết bị, vệ sinh cách nhiệt đường dây nóng (không cắt điện); Hoàn thiện và tăng cường khai thác hệ thống SCADA tại các cấp điều độ, đẩy nhanh tiến độ các dự án SCADA lưới điện phân phối.
• Tăng cường quản lý tổn thất điện áp trên đường dây và trạm biến áp. Thực hiện kiểm tra định kỳ và thay thế đồng hồ đo, BU, BI theo quy định. Tăng cường sử dụng các công tơ điện tử có khả năng đọc chỉ số từ xa và có độ chính xác cao. Tích cực phối hợp với các cơ quan chức năng, kiểm tra, xử lý nghiêm và tuyên truyền ngăn chặn các hành vi vi phạm trong sử dụng điện.
• Cải tạo, nâng cấp đường dây, trạm biến áp mang tải lớn, xây dựng mới các công trình theo mục tiêu đường dây truyền tải điện không quá 50% công suất định mức, trạm biến áp mang tải không quá 75% công suất định mức và lưới điện đạt tiêu chí N-1.

Được biết, từ năm 2016 – 2020, Tập đoàn Điện lực Việt Nam dự kiến ​​đầu tư hơn 440.000 tỷ đồng, trong đó lưới điện phân phối chiếm gần 180.000 tỷ đồng để củng cố, phát triển lưới điện thông minh, góp phần giảm tổn thất điện áp đường dây. Tuy nhiên, đây là vấn đề quốc gia khó có thể giải quyết triệt để. Vì vậy, cần có sự phối hợp đồng bộ từ người sử dụng, cơ sở sản xuất đến đơn vị quản lý, vận hành nguồn điện quốc gia.

Câu hỏi thường gặp về công thức tính tổn thất điện áp

Câu 1: Mất điện áp ảnh hưởng như thế nào đến thiết bị điện?

Trả lời: Tổn thất điện áp có thể khiến các thiết bị hoạt động không ổn định, hiệu suất giảm, ví dụ: động cơ chạy chậm, máy sưởi không nóng đến mức tối đa, đèn mờ…,

Câu 2: Tỷ lệ tổn thất điện năng ở Việt Nam là bao nhiêu?

Trả lời: Hiện nay tỷ lệ tổn thất điện năng ở nước ta dao động từ 10 – 14% tùy thời điểm.

Chúng tôi sẽ tiếp tục cập nhật thêm những thông tin liên quan đến hệ thống điện. Bạn có thể theo dõi tại: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-he-thong-dien/.