Hãy giải thích vì sao dòng điện không đổi khó có thể truyền tải đi xa
Vận dụng lí thuyết về máy biến áp và truyền tải điện năng đi xa
Việc truyền tải dòng điện không đổi đi xa gặp nhiều khó khăn hơn so với dòng điện xoay chiều do một số lý do sau:
- Hao phí điện năng trên đường dây:
+ Hao phí Joule: Khi truyền tải dòng điện không đổi, hao phí Joule trên đường dây tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện (I^2) và điện trở dây dẫn (R). Do đó, khi truyền tải dòng điện không đổi với cùng một công suất, hao phí Joule sẽ cao hơn so với truyền tải dòng điện xoay chiều.
+ Hao phí cảm ứng: Dòng điện không đổi không tạo ra từ trường biến thiên, do đó không có hao phí cảm ứng trên đường dây. Tuy nhiên, trong thực tế, do sự tồn tại của điện dung và cảm kháng parazit trên đường dây, vẫn có một lượng hao phí cảm ứng nhỏ.
- Hiệu điện thế:
+ Suy giảm điện áp: Khi truyền tải dòng điện không đổi trên đường dây dài, điện áp sẽ giảm dần do hao phí Joule. Để đảm bảo điện áp tại điểm cuối đường dây đủ cao, cần phải sử dụng máy biến áp nâng cao điện áp ở điểm đầu đường dây. Tuy nhiên, việc sử dụng máy biến áp cũng dẫn đến một số hao phí nhất định.
+ Giới hạn điện áp: Điện áp truyền tải quá cao có thể gây nguy hiểm cho con người và thiết bị. Do đó, có giới hạn về điện áp truyền tải cho phép. Việc truyền tải dòng điện không đổi với cùng một công suất thường đòi hỏi điện áp cao hơn so với truyền tải dòng điện xoay chiều, dẫn đến nguy cơ vượt quá giới hạn điện áp cho phép.
- Hiệu quả:
+ Hiệu suất truyền tải: Hiệu suất truyền tải của dòng điện không đổi thường thấp hơn so với dòng điện xoay chiều do hao phí Joule cao hơn và giới hạn điện áp.
+ Chi phí: Việc truyền tải dòng điện không đổi đòi hỏi sử dụng máy biến áp và các thiết bị khác phức tạp hơn, dẫn đến chi phí đầu tư và vận hành cao hơn so với truyền tải dòng điện xoay chiều.
Các bài tập cùng chuyên đề
Hàn điện xoay chiều là phương pháp hàn kim loại với nhau bằng cách tạo ra dòng điện rất lớn, từ đó làm nóng chảy hai miếng kim loại cần hàn tại chỗ tiếp xúc. Căn cứ Hình 2.5, hãy giải thích nguyên lí hàn điện xoay chiều.
Nêu các cách làm giảm công suất hao phí trên đường dây từ công thức (2.4). Tại sao làm giảm điện trở của đường dây lại tốn kém chi phí, gây nguy cơ mất an toàn trong vận hành?
Tại sao làm giảm công suất hao phí trên dây bằng cách sử dụng máy tăng áp tại nơi phát lại hiệu quả, tiết kiệm chi phí và an toàn hơn trong truyền tải điện năng?
Giả sử truyền một công suất điện 2 MW từ nhà máy điện với điện áp nơi phát là 4 kV. Để công suất hao phí trên đường dây giảm còn 1% công suất hao phí ban đầu thì cần tăng điện áp ở nơi phát lên giá trị bao nhiêu?
Ở các thành phố và đô thị lớn, các trạm biến áp thường được đặt trên vỉa hè đường phố để ngầm hoá lưới điện (Hình 2.7). Máy biến áp ở các trạm này là máy tăng áp hay hạ áp? Giải thích?
Tìm hiểu trên sách, báo, internet,…em hãy trình bày ngắn gọn tác dụng của các trạm biến áp này.
Một nhà máy thuỷ điện nhỏ có công suất truyền tải điện là 20 MW. Giả sử nhà máy sử dụng một máy tăng áp với điện áp hiệu dụng nơi phát là 100 kV. Bỏ qua hao phí điện năng trong máy biến áp. Biết đường dây tải điện có điện trở là \(10\Omega \).
a) Tính cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây tải điện.
b) Tính độ giảm điện áp trên đường dây tải điện.
c) Tính công suất hao phí trên đường dây và công suất tại nơi tiêu thụ.
d) Thay máy tăng áp trên bằng máy tăng áp có điện áp hiệu dụng đầu ra là 500 kV. Tính công suất hao phí trên đường dây.
