Nguyên lý truyền tải điện năng đi xa và các cách để để giảm hao phí khi truyền tải điện năng là gì? Vì sao truyền tải điện đường dài phải áp dụng cách truyền bằng điện áp siêu cao?

Điện năng

Điện năng ngày càng phổ biến vì dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác như: cơ, hóa, nhiệt năng… được sản xuất tại các trung tâm điện và được truyền tải đến hộ tiêu thụ với hiệu suất cao.

Có rất nhiều cách để tạo ra điện, ví dụ như sử dụng sức nước, sức gió, nhiệt điện, hạt nhân, năng lượng mặt trời … Chúng được cụ thể hóa bởi các nhà máy điện thủy điện, nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân, nhà máy điện gió, nhà máy điện năng lượng mặt trời, hay kể cả các loại máy phát điện chạy xăng dầu…Tuy nhiên tạo ra điện cần có người sử dụng và quá trình truyền tải điện tới người tiêu dùng không phải là điều đơn giản như bạn nghĩ.

Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng có một số đặc tính:

• Điện năng sản xuất ra thường không tích trữ được, do đó phải có sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ điện.
• Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh và nguy hiểm nếu có sự cố xảy ra, vì vậy thiết bị điện có tính tự động và đòi hỏi độ an toàn và tin cậy cao.

Nguyên lý chung để truyền tải điện năng đi xa

Trước tiên chúng ta hãy cùng tìm hiểu nguyên lý chung để truyền tải điện đường dài. Điện được tạo ra từ các nhà máy điện chỉ có điện áp đến vài chục Kilo Volt (KV). Trong quá trình chuyển tải điện, trước hết phải dùng máy biến áp tăng áp đưa điện áp lên đến vài trăm Kilo Volt rồi mới nối vào mạng điện truyền tải. Khi đến địa phương dùng điện, lại dùng máy giảm áp hạ điện áp xuống từng cấp thấp hơn cho tới điện áp cần thiết.

Cách truyền bằng điện áp siêu cao để giảm hao phí khi truyền tải điện năng 

Mục đích chủ yếu của việc áp dụng cách truyền bằng điện áp siêu cao là để giảm thấp sự lãng phí điện năng trên đường truyền tải. Chúng ta biết rằng, điện chạy qua bóng đèn sợi đốt, ngoài tác dụng phát sáng thì 1 phần năng lượng điện đã biến đổi thành nhiệt năng do quá trình phát nóng sợi đốt bóng đèn.

Cũng với nguyên lí ấy, dây tải điện cũng có một trị số điện trở nhất định. Cho dù sử dụng nhôm hoặc đồng có điện trở suất rất nhỏ để làm dây điện, song vì dây điện dùng để truyền tải đường dài rất dài, điện trở của nó không thể bỏ qua được. Khi ấy, phần điện năng chuyển đổi thành nhiệt năng trên đường dây tải sẽ trở thành một con số tương đối đáng kể. Phần điện năng này hoàn toàn lãng phí một cách vô ích trong quá trình truyền tải điện.

“Nói có sách mách có chứng”, tôi sẽ chứng minh cho bạn thấy điều này:

Trước tiên nếu bạn chưa biết về điện trở có thể tham khảo bài viết này trước: Tổng hợp kiến thức về điện trở và điện trở suất cực dễ hiểu!

Ta có công thức tính điện trở dây dẫn R như sau:

Trong đó: rô là điện trở suất – hằng số tùy thuộc vào vật dẫn điện, L là chiều dài dây dẫn, S là tiết diện dây dẫn

Bỏ qua tổn thất ở máy biến áp (MBA) và phần phụ tải, khi đó tổn thất trên đường dây 3 pha là:

Trong đó: I là dòng điện truyền tải (A) , U là điện áp truyền tài đường dây và Sd là công suất toàn phần (VA)- ở đây thực chất kí hiệu là S nhưng do trùng kí hiệu S tiết diện dây dẫn phía trên nên tôi kí hiệu là Sd

Từ 2 công thức trên ta rút ra được:

Giả sử: Chúng ta sử dụng dây nhôm (AL) tiết diện 120 mm² để truyền tải dòng điện 50A trong khoảng cách 10m và khoảng cách đường dây 500KV Bắc – Nam từ Hòa Bình vào thành phố Hồ Chí Minh với chiều dài 1487 km, và kết quả chênh lệch sẽ như thế nào?

Với chiều dài 10 m ta có công suất tổn hao:

Với chiều dài đường dây Bắc – Nam công suất tổn hao sẽ là:

 >>> Tổn thất gấp 148700 lần! Một ví dụ nho nhỏ đã đưa ra cho chúng ta một con số rất hại lão!

Kiến thức vật lí mách bảo chúng ta rằng: trong điều kiện điện trở không đổi, công suất tổn hao khi truyền tải điện của nó tỉ lệ thuận với bình phương của dòng điện và tỉ lệ nghịch với bình phương điện áp. Vì vậy, tăng điện áp siêu cao là một cách làm khác để giảm nhỏ lãng phí truyền tải điện năng đi xa.

Câu hỏi đặt ra là: Việc nâng cao điện áp truyền tải có thể giảm bớt tổn thất đường dây, thế thì, có thể nâng cao vô hạn điện áp truyền tải được không?

Câu trả lời: Do việc nâng cao điện áp truyền tải có thể mang lại rắc rối khác, ví dụ như không khí giữa dây điện với dây điện bị đánh xuyên, xảy ra sự phóng điện hồ quang khi mất điện đột ngột…, Càng nâng cao điện áp khoảng cách giữa các dây pha khi truyền tải càng xa, cao độ dây so với mặt đất càng lớn. Chúng ta còn chưa tính đến việc nâng điện áp quá cao sẽ phải sử dụng loại biến áp lớn hơn, gây tốn kém.

Một số cách khác để truyền tải điện năng đi xa

Chắc bạn đang nghĩ, liệu có cách gì giảm nhỏ hoặc loại bỏ điện trở của dây dẫn hay không? Biện pháp thì rất nhiều, nhưng lại không kinh tế. Xét theo công thức đã nêu trên cách giảm nhỏ điện trở của dây tải điện đơn giản nhất là làm tăng tiết diện dây dẫn. Nếu làm vậy, kích thước dây dẫn sẽ tăng nên đồng nghĩa với việc tăng chi phí, hơn nữa kích thước dây quá lớn sẽ rất nặng vì đó số cột điện và tháp dây điện sẽ tăng lên.

Một cách khác, không thay đổi tiết diện mà chúng ta sẽ lựa chọn vật liệu dây dẫn điện khác có điện trở suất rất nhỏ, ví dụ như vàng. Nếu thế thì giá thành sẽ vô cùng lớn và không hiệu quả về mặt kinh kế!

Hiện nay, để cân bằng giữa chi phí và tổn thất đường dây hiệu quả, mức điện áp siêu cao được dùng trong việc truyền  tải điện năng đi xa ở Việt Nam là 500 kV. Một tương lai không xa biết đâu bạn sẽ phát minh ra loại vật liệu siêu dẫn có thể truyền tải điện đi xa mà không cần nâng cao điện áp. Nếu bạn làm được vậy, hãy comment phía dưới, tôi sẽ đề cử bạn cho giải nobel vật lý của năm! Thân ái và hẹn gặp lại bạn trong các bài viết khác!

Chuyên mục tham khảo: Kiến thức điện

Bài viết tham khảo: Tổng hợp kiến thức về công suất – hệ số công suất bạn cần biết!

Bài viết tham khảo: Tổng hợp kiến thức về dòng điện và điện áp!

Bài viết tham khảo: Cách tính công suất mua ổn áp gia đình!

Nếu các bạn có bất cứ thắc mắc hay cần tư vấn về thiết bị dịch vụ vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!

Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!

Youtobe Facebook Twitter