[Hướng Dẫn] Cách tính công suất hao phí điện chuẩn

Công suất hao phí là gì?

Công suất hao phí (ký hiệu là Php) là phần năng lượng điện bị mất đi (thất thoát) trong quá trình truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ. Phần năng lượng này chủ yếu chuyển hóa thành nhiệt năng tỏa ra trên đường dây dẫn điện, làm nóng dây và môi trường xung quanh, gây lãng phí vô ích.

→ Tại sao lại có hao phí?

Nguyên nhân chính dẫn đến sự phát sinh của công suất hao phí là do hiện tượng tỏa nhiệt của dây dẫn khi có dòng điện chạy qua (Định luật Joule - Lenz). Cụ thể:

• Mọi dây dẫn điện (trừ vật liệu siêu dẫn) đều có điện trở (R).
• Khi dòng điện có cường độ I chạy qua dây dẫn có điện trở R, nó sẽ làm dây nóng lên.
• Phần điện năng biến đổi thành nhiệt năng này chính là hao phí.
• Khoảng cách truyền tải càng xa, dây dẫn càng dài thì điện trở càng lớn, dẫn đến hao phí càng nhiều.

>>> Tham khảo: Cách tính công suất tiêu thụ điện của các thiết bị gia đình 

Hướng dẫn cách tính công suất hao phí chuẩn nhất

Để tính toán lượng điện năng thất thoát, chúng ta sử dụng công thức sau:

→ Công thức gốc

Xuất phát từ công thức tính công suất tỏa nhiệt:

Trong đó:

• I: Cường độ dòng điện chạy trên dây (A).
• R: Điện trở của đường dây tải điện (Ω).

→ Công thức tính công suất hao phí trên đường dây tải điện

Tuy nhiên, trong thực tế truyền tải, chúng ta thường biết công suất cần truyền đi (P) và hiệu điện thế nơi phát (U). Ta có công suất truyền tải P = U.I ⇒ I = P/U.

Thay I = P/U vào công thức gốc, ta được công thức phổ biến nhất:

Trong đó:

• Php: Công suất hao phí (W).
• P: Công suất điện cần truyền đi (W).
• U: Hiệu điện thế tại nơi cấp điện (V).
• R: Điện trở tổng cộng của dây dẫn (Ω).

Lưu ý: Nếu mạch điện xoay chiều có hệ số công suất cosφ ≠ 1, công thức đầy đủ sẽ là: Php = (R.P2) / (U2.cos2φ).

3 Cách giảm công suất hao phí điện năng hiệu quả

Từ công thức Php = R.P2 / U2, ta thấy để giảm Php (giảm hao phí), chúng ta có thể tác động vào 3 đại lượng: R (điện trở), U (hiệu điện thế) và cosφ (hệ số công suất).

#1 Giảm điện trở (R) của dây dẫn

Ta có công thức tính điện trở: R = ρ × (l / S). Vì chiều dài đường dây (l) là cố định (khoảng cách địa lý), nên để giảm R, ta có thể:

• Giảm điện trở suất (ρ): Dùng vật liệu dẫn điện tốt hơn (ví dụ thay dây nhôm bằng dây đồng, bạc, vàng...). Tuy nhiên, các vật liệu này (như bạc, vàng) quá đắt tiền, dây đồng thì nặng và đắt hơn nhôm, nên phương án này kém kinh tế.
• Tăng tiết diện dây (S): Dùng dây to hơn ("dây mập" hơn). Cách này giúp giảm R, nhưng lại làm tăng khối lượng dây dẫn, tốn kém chi phí vật liệu và đòi hỏi hệ thống cột điện phải lớn hơn, kiên cố hơn.

Kết luận: Phương án giảm R có nhiều hạn chế về mặt kinh tế và kỹ thuật, thường chỉ áp dụng ở mức độ vừa phải.

#2 Tăng hiệu điện thế (U) - Giải pháp tối ưu nhất

Đây là biện pháp quan trọng và hiệu quả nhất hiện nay.

Nhìn vào công thức Php = R.P2 / U2, ta thấy công suất hao phí tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế.

• Nếu tăng U lên 2 lần → Php giảm 22 = 4 lần.
• Nếu tăng U lên 10 lần → Php giảm 102 = 100 lần.
• Nếu tăng U lên 20 lần → Php giảm tới 400 lần.

Chính vì vậy, trong hệ thống truyền tải điện năng đi xa, người ta luôn sử dụng máy biến áp (máy tăng thế) để tăng điện áp lên rất cao (cao thế 110kV, 220kV, 500kV) trước khi truyền tải. Khi đến nơi tiêu thụ, điện áp sẽ được hạ xuống (dùng máy hạ thế) để phù hợp với thiết bị (220V/380V).

#3 Tăng hệ số công suất cosφ

Ngoài ra, việc nâng cao hệ số công suất cosφ (đưa nó về gần bằng 1) cũng giúp giảm dòng điện I chạy trên dây (với cùng công suất P), từ đó giảm hao phí.

Cách thực hiện là lắp đặt các tụ bù công suất phản kháng tại các nhà máy, xí nghiệp hoặc trạm biến áp.

Lưu ý an toàn khi áp dụng tăng hiệu điện thế

Mặc dù tăng U là giải pháp tốt nhất về mặt kỹ thuật và kinh tế, nhưng nó cũng đi kèm với rủi ro cao về an toàn điện (phóng điện, giật điện). Do đó, khi làm việc hoặc thiết kế hệ thống cao thế/trung thế, anh em cần:

• Tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về khoảng cách an toàn lưới điện.
• Sử dụng các thiết bị cách điện chuyên dụng, đúng cấp điện áp.
• Trang bị đầy đủ đồ bảo hộ lao động khi thao tác kiểm tra, sửa chữa.

MUA NGAY HÀNG CÔNG NGHIỆP GIÁ TỐT TẠI MECSU

Tham khảo thêm tại Mecsu

Mecsu cung cấp đầy đủ các thiết bị đo lường, dụng cụ cầm tay và vật tư công nghiệp chính hãng. Anh em có thể tham khảo thêm các kiến thức kỹ thuật bổ ích khác:

• [Hướng Dẫn] Cách dùng, cách đọc thước cặp chuẩn nhất
• Hướng dẫn cách vẽ Parabol chính xác từng mm
• Cách đấu đèn tuýp LED chuẩn xác nhất