Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, giảm hao phí

Trả lời nhanh

Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, để giảm công suất hao phí trên đường dây, biện pháp hiệu quả và kinh tế nhất là tăng hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây bằng máy biến thế. Vì công suất hao phí tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế: tăng U lên n lần thì hao phí giảm n² lần.

Vì sao có hao phí điện năng trên đường dây?

Dây dẫn nào cũng có điện trở. Khi dòng điện chạy qua, một phần điện năng biến thành nhiệt toả ra môi trường (nhiệt Jun – Len-xơ). Phần này không đến được nơi tiêu thụ nên gọi là hao phí.

Gọi P là công suất điện cần truyền đi, U là hiệu điện thế ở hai đầu đường dây, R là điện trở tổng cộng của đường dây. Cường độ dòng điện trên dây là I = P/U, nên:

P_hp = I²R = R·P²/U²

Có những cách nào để giảm hao phí?

Nhìn công thức, muốn P_hp nhỏ ta có hai hướng: giảm R hoặc tăng U.

Cách	Kết quả	Nhận xét
Giảm điện trở R (R = ρl/S): dùng dây to hơn hoặc vật liệu dẫn điện tốt hơn	R giảm bao nhiêu lần thì P_hp giảm bấy nhiêu lần	Dây to, nặng, phải làm cột điện chắc hơn; dùng đồng, bạc rất tốn kém. Không kinh tế.
Tăng hiệu điện thế U bằng máy biến thế	U tăng n lần thì P_hp giảm n² lần	Hiệu quả rất cao, chỉ cần máy biến thế. Đây là cách được dùng thực tế.

Vì U nằm ở mẫu và có bình phương nên tăng hiệu điện thế “lợi” hơn hẳn giảm điện trở.

Sơ đồ truyền tải điện năng từ nhà máy qua máy tăng thế, đường dây cao thế, máy hạ thế đến nơi tiêu thụ — Sơ đồ truyền tải điện năng đi xa: tăng thế ở đầu đường dây, hạ thế ở nơi tiêu thụ.

Ví dụ minh hoạ (số liệu tự đặt)

Cần truyền công suất P = 100 kW = 100 000 W trên đường dây có điện trở tổng cộng R = 10 Ω.

Với U = 2 kV = 2000 V: I = 100 000/2000 = 50 A; P_hp = 50²·10 = 25 000 W = 25 kW (hao phí 25%).
Với U = 10 kV = 10 000 V: I = 100 000/10 000 = 10 A; P_hp = 10²·10 = 1000 W = 1 kW (hao phí 1%).

U tăng 5 lần (2 kV → 10 kV) nên hao phí giảm 5² = 25 lần (25 kW → 1 kW). Kết quả khớp với công thức.

Vì sao không tăng hiệu điện thế ngay ở nhà máy phát điện?

Máy phát điện chỉ cho hiệu điện thế khoảng vài chục kV trở xuống vì cách điện bên trong máy có giới hạn. Do đó phải dùng máy tăng thế đặt ở đầu đường dây. Gần nơi tiêu thụ dùng máy hạ thế để đưa hiệu điện thế về 220 V cho an toàn khi sử dụng.

Hiệu điện thế quá cao cũng có giới hạn: cần cách điện tốt, cột điện cao, dây cách xa nhau, nên đường dây cao thế phải xây dựng rất cẩn thận.

Lỗi sai thường gặp

Nhầm “tăng U thì I tăng”: thực ra với P không đổi, I = P/U nên tăng U thì I giảm, nhờ vậy nhiệt toả trên dây giảm.
Quên bình phương: hao phí giảm n² lần chứ không phải n lần khi tăng U lên n lần.
Đổi đơn vị sai: kV, kW phải đổi ra V, W trước khi tính.
Nhầm U của đường dây với U ở nơi tiêu thụ: trong công thức hao phí, U là hiệu điện thế ở đầu đường dây truyền tải.

Mẹo nhớ: “Muốn dây ít nóng, tăng áp (U) lên cao – dòng nhỏ đi, hao phí tụt theo bình phương”.

Bài luyện tập

Muốn giảm công suất hao phí trên đường dây đi 100 lần (giữ nguyên P và R) thì phải tăng hiệu điện thế lên bao nhiêu lần?
Đáp án: hao phí tỉ lệ 1/U² nên U tăng √100 = 10 lần.
Truyền công suất 50 kW dưới hiệu điện thế 5 kV trên đường dây có điện trở 4 Ω. Tính công suất hao phí.
Đáp án: I = 50 000/5000 = 10 A; P_hp = 10²·4 = 400 W.
Ở bài 2, nếu tăng hiệu điện thế lên 10 kV thì công suất hao phí là bao nhiêu?
Đáp án: U tăng 2 lần nên hao phí giảm 4 lần: 400/4 = 100 W.

Kết luận

Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, ta dùng máy biến thế để tăng hiệu điện thế ở đầu đường dây. Dòng điện nhỏ đi nên hao phí do toả nhiệt giảm mạnh. Nếu đề bài của bạn có sẵn các phương án, hãy chọn phương án nói về “tăng hiệu điện thế” và loại các phương án làm tăng dòng điện hoặc tăng điện trở dây.

Câu hỏi thường gặp

Công thức tính công suất hao phí khi truyền tải điện năng là gì?

P_hp = R·P²/U², trong đó P là công suất truyền đi, U là hiệu điện thế ở hai đầu đường dây, R là điện trở đường dây.

Tăng hiệu điện thế lên 10 lần thì công suất hao phí thay đổi thế nào?

Công suất hao phí giảm 10² = 100 lần, nếu công suất truyền đi và điện trở dây không đổi.

Vì sao không giảm điện trở dây dẫn để giảm hao phí?

Muốn giảm R phải dùng dây tiết diện lớn hoặc kim loại quý, làm tăng khối lượng và chi phí rất nhiều nên không kinh tế.

Máy biến thế có tác dụng gì trong truyền tải điện?

Máy tăng thế nâng hiệu điện thế ở đầu đường dây để giảm hao phí; máy hạ thế đưa hiệu điện thế về giá trị an toàn (như 220 V) ở nơi tiêu thụ.