Công thức tính công suất hao phí

Câu hỏi: Công thức tính công suất hao phí

Lời giải:

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.

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 Top lời giải theo dõi nhé.

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 hay còn được gọi là công suất tỏa nhiệt được hình thành trong quá trình vận hành thiết bị. Lúc này thiết bị sẽ sinh ra nhiệt lượng và làm cho giá trị điện trở thay đổi, từ đó sinh ra P hao phí.

Việc nắm bắt được công suất hao phí giúp bạn có thể tính toán được giá trị công suất cần thiết để vận hành một thiết bị. Cũng như nắm bắt được lượng điện năng tiêu thụ.

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).

Tại sao có hao phí?

Dưới đây sẽ là 3 nguyên nhân chính làm phát sinh công suất hao phí:

- Do điện trở của dây dẫn trong quá trình truyền tải điện năng.

- Trong quá trình truyền điện, dây dẫn sẽ trở nên nóng và tỏa nhiệt do quá trình nhiệt năng biến đổi thành điện năng.

- Hao phí trên đường truyền là hao phí tỏa nhiệt trên đường dây.

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.

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

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.