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

Khi truyền tải điện năng đi xa bằng dây dẫn, một phần năng lượng sẽ bị hao hụt do sự tỏa nhiệt trên đường dây. Để tính được phần công suất của năng lượng đã mất đi này, người ta sử dụng công thức tính công suất hao phí. Cụ thể công suất hao phí là gì? Công thức tính công suất hao phí như thế nào? Tất cả sẽ có trong nội dung bài viết dưới đây. Hãy cùng chúng tôi theo dõi nhé.

Truyền tải điện năng đi xa bằng hệ thống các cột điện và dây dẫn

Truyền tải điện năng đi xa cần đảm bảo những yêu cầu gì?

Truyền tải điện năng đi xa bằng dây dẫn cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Truyền tải được công suất điện theo yêu cầu

- Tổn hao (hao phí) trên dây dẫn thấp

- Đường truyền ổn định

- Đảm bảo độ an toàn

Nguyên nhân gây hao phí điện năng trên đường truyền

- Truyền tải điện năng bằng dây dẫn nên dây có điện trở và nếu sử dụng loại dây điện có điện trở quá lớn, công suất hao phí trong quá trình truyền tải có thể tăng lên => Điện trở càng lớn thì công suất hao phí sẽ càng cao.

- Dòng điện chạy liên tục trong dây dẫn sẽ làm dây dẫn tỏa nhiệt và tạo thành công suất hao phí điện năng.

- Hao phí trên đường truyền là hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây hay chính là tổng công suất tỏa nhiệt trên dây dẫn => Chiều dài của dây dẫn càng lớn, công suất hao phí sẽ càng tăng.

Công suất hao phí là gì?

Công suất hao phí là gì?

Công suất hao phí là đại lượng đặc trưng cho biết lượng công vô ích được sản sinh trong quá trình hoạt động của máy móc hoặc truyền tải điện năng của dây dẫn, còn được hiểu là công suất tỏa nhiệt. Hiểu một cách đơn giản thì công suất hao phí chính là lượng nhiệt năng làm dây nóng lên và thay đổi điện trở. 

Việc giảm thiểu tối đa lượng công suất hao phí trong quá trình máy móc hoạt động, truyền tải điện năng sẽ giúp nâng cao hiệu quả công việc, tối ưu tuổi thọ máy móc, thiết bị. 

Công thức tính công suất hao phí

Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên dây dẫn tỉ lệ thuận với bình phương công suất cần truyền và điện trở của dây dẫn, tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây và được xác định bằng công thức sau:

P_hp = I² x R = R x P²/ U² = P² x  U²  x cos²φ x r

Trong đó:

• P_hp là công suất hao phí điện năng trong quá trình truyền tải từ nhà máy phát điện đến nơi tiêu thụ điện (W)
• I là cường độ dòng điện (A)
• U là hiệu điện thế (V)
• R là điện trở của dây dẫn (Ω)
• cos φ là hệ số công suất của mạch điện xoay chiều

Ngoài đơn vị đo công suất chính và chuẩn xác nhất là Watt (W), 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 với công thức biểu kiến (S) (được tính bằng tích của hiệu điện thế và dòng biểu kiến qua thiết bị 1V. A=1V*1A, 1KV.A = 1000V.A)  và vectơ tổng của công suất thực (P) và công suất phản kháng (Q).

- VA là đơn vị đo của công suất dòng điện và được tính bằng tích của hiệu điện thế (V) và cường độ dòng điện (A).

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

Cách làm giảm hao phí điện năng trên đường truyền

Từ công thức tính công suất hao phí, ta có thể thấy cách làm giảm hao phí điện năng trên đường truyền, đó là giảm giảm điện trở R hoặc tăng hiệu điện thế U hoặc tăng giá trị của hệ số công suất cosφ. Cụ thể như sau:

1/ Giảm điện trở R

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

- Giảm điện trở suất của dây dẫn: Dùng các vật liệu có điện trở suất nhỏ làm dây tải điện như vàng, bạc,.. để tăng khả năng dẫn điện. Tuy nhiên, cách này quá tốn kém vì đây đều là các vật liệu đắt tiền.

- Tăng diện tích mặt cắt của dây dẫn bằng cách sử dụng dây to => Tăng khối lượng dây và cột đỡ.

Tăng diện tích mặt cắt của dây dẫn

=> Khi giảm điện trở R đi k lần thì công suất hao phí P_hp giảm k lần.

2/ Tăng hiệu điện thế U

Theo công thức tính công suất hao phí, khi tăng hiệu điện thế lên k lần thì P_hp sẽ giảm k² lần. Do đó, tăng hiệu điện thế sẽ hiệu quả hơn so với phương án giảm điện trở. Để làm được điều này, người ra sử dụng máy tăng thế.

3/ Tăng giá trị của hệ số công suất cosφ

Để tăng giá trị của hệ số công suất cosφ, chúng ta phải sử dụng các loại tụ điện đắt tiền ở những nơi tiêu thụ điện năng. Do đó, cách này cũng không khả thi.

Một số giải pháp cho việc truyền tải điện năng đi xa

- Sử dụng máy tăng thế trước khi truyền tải để tăng hiệu điện thế

- 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) gồm: cột điện, dây dẫn,….

Xây dựng hệ thống đường dây điện

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

Một số bài tập minh họa

Bài tập 1: Khi truyền đi một công suất điện, nếu đường dây tải điện dài gấp ba thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt trên dây dẫn tăng hay giảm bao nhiêu lần?

Hướng dẫn giải:

Khi chiều dài đường dây truyền tải tăng gấp 3 lần thì điện trở dây dẫn cũng tăng lên 3 lần. Do đó, công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây truyền tải cũng tăng lên 3 lần.

Bài tập 2: Đường dây tải điện có chiều dài 100 km, truyền đi một dòng điện có công suất 6 MW và hiệu điện thế là 10 kV. Dây dẫn được làm bằng đồng, cứ 1km có điện trở là 0,3 Ω. Tính công suất hao phí trên dây dẫn

Hướng dẫn giải:

Ta có 6 MW = 6000000 W; 10 kV = 10000 V

Điện trở trên toàn dây dẫn là: 100 x 0,3 = 30Ω

Áp dụng công thức P_hp = R x P²/ U², ta có, công suất hao phí trên đường dây là:

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

Vừa rồi chúng ta đã cùng nhau đi tìm hiểu công suất hao phí là gì, cách làm giảm công suất hao phí trong quá trình truyền tải điện năng đi xa. Hy vọng, bài viết của labvietchem sẽ là những thông tin hữu ích để các bạn có thể tham khảo và vận 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