Tổng hợp công thức và bài tập truyền tải điện năng đi xa

Trong lĩnh vực điện lực, việc truyền tải điện năng đi xa là một phần quan trọng đảm bảo sự ổn định và hiệu quả của nguồn cung cấp điện tới người tiêu dùng. Để hiểu rõ và tối ưu hóa quá trình này, việc nắm vững các công thức và làm quen với công thức và bài tập truyền tải điện năng đi xa là bước không thể thiếu. 

Truyền tải điện năng đi xa là gì?

Truyền tải điện năng đi xa là quá trình vận chuyển điện năng từ nơi sản xuất (nhà máy điện) đến nơi tiêu thụ (nhà dân, khu công nghiệp,…) bằng hệ thống đường dây dẫn điện.

Có hai phương pháp truyền tải điện năng đi xa:

• Truyền tải điện năng bằng dòng điện một chiều (DC): Phương pháp này có hiệu suất cao hơn, nhưng chi phí đầu tư cao hơn và khó khăn trong việc điều khiển.
• Truyền tải điện năng bằng dòng điện xoay chiều (AC): Phương pháp này có chi phí đầu tư thấp hơn và dễ dàng điều khiển hơn, nhưng hiệu suất thấp hơn.

Cách tính điện năng hao phí trên đường dây tải điện

Sự hao phí điện năng trên đường dây truyền tải điện là phần điện năng bị mất đi do hiện tượng tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện đi xa.

Nguyên nhân:

• Dòng điện chạy qua dây dẫn có điện trở sẽ sinh ra nhiệt lượng, dẫn đến hao phí điện năng.
• Điện trở của dây dẫn càng lớn, hao phí điện năng càng cao.
• Dòng điện càng lớn, hao phí điện năng càng cao.

Cách tính:

Công suất hao phí trên đường dây tải điện được tính theo công thức:

Php = R * I2

Trong đó: 

• Php: Công suất hao phí (W)
• R: Điện trở dây dẫn (Ω)
• I: Dòng điện chạy qua dây dẫn (A)

Ví dụ: Một đường dây tải điện có điện trở 5Ω, truyền tải dòng điện 10A. Công suất hao phí trên đường dây là:

Php = 5 * 102 = 500W

Kết luận: Hao phí điện năng trên đường dây truyền tải điện là một vấn đề cần được quan tâm để giảm thiểu tổn thất và nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng. Có nhiều biện pháp để giảm hao phí điện năng như: Tăng hiệu điện thế truyền tải, giảm điện trở dây dẫn, sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn,…

Biện pháp làm giảm hao phí trên đường dây tải điện

Giảm điện trở của đường dây tải điện:

• Sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn: Tiết diện dây dẫn càng lớn, điện trở càng nhỏ, giúp giảm hao phí điện năng. Tuy nhiên, việc sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn sẽ tốn kém chi phí và gây khó khăn trong thi công.
• Chọn vật liệu có điện trở suất thấp: Nhôm có điện trở suất cao hơn đồng, nhưng giá thành rẻ hơn và nhẹ hơn. Do đó, nhôm được sử dụng phổ biến hơn cho các đường dây tải điện cao áp.
• Thay thế dây dẫn cũ: Dây dẫn cũ thường bị lão hóa, dẫn đến tăng điện trở và hao phí điện năng. Do đó, cần thay thế dây dẫn cũ để đảm bảo hiệu quả truyền tải điện năng.

Tăng hiệu điện thế truyền tải:

• Sử dụng máy biến áp: Máy biến áp có thể tăng hiệu điện thế lên mức rất cao (từ 110kV đến 500kV) để truyền tải điện năng đi xa. Việc tăng hiệu điện thế giúp giảm hao phí điện năng theo công thức: Php = R * I2

Khi hiệu điện thế tăng, cường độ dòng điện sẽ giảm, dẫn đến giảm hao phí điện năng.

• Xây dựng hệ thống đường dây điện cao thế: Hệ thống đường dây điện cao thế giúp truyền tải điện năng đi xa với hiệu quả cao.

Bài tập truyền tải điện năng đi xa có đáp án

Trắc nghiệm

Câu 1: Khi truyền tải điện năng đi xa, hao phí điện năng trên đường dây chủ yếu do:

A. Tác dụng nhiệt của dòng điện.

B. Tác dụng từ của dòng điện.

C. Tác dụng hóa học của dòng điện.

D. Tác dụng quang của dòng điện.

Đáp án: A

Câu 2: Muốn giảm hao phí điện năng trên đường dây tải điện, ta cần:

A. Tăng hiệu điện thế truyền tải.

B. Giảm tiết diện dây dẫn.

C. Tăng chiều dài dây dẫn.

D. Dùng dây dẫn có điện trở suất lớn.

Đáp án: A

Câu 3: Điện năng được truyền tải từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ với hiệu điện thế 500kV. Hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ là 220V. Hỏi máy biến thế ở nơi tiêu thụ có tỉ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp là bao nhiêu?

A. 10.

B. 22.

C. 25.

D. 50.

Đáp án: B

Câu 4: Một công suất điện 100kW được truyền tải đi xa với hiệu điện thế 500kV. Điện trở của đường dây tải điện là 10Ω. Công suất hao phí trên đường dây là:

A. 2kW.

B. 4kW.

C. 6kW.

D. 8kW.

Đáp án: B

Câu 5: Một khu dân cư sử dụng công suất điện 1MW. Hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ là 220V. Để giảm hao phí điện năng trên đường dây tải điện, người ta cần:

A. Tăng hiệu điện thế truyền tải.

B. Giảm tiết diện dây dẫn.

C. Tăng chiều dài dây dẫn.

D. Dùng dây dẫn có điện trở suất lớn.

Đáp án: A

Câu 6: Việc xây dựng đường dây tải điện Bắc – Nam của nước ta có hiệu điện thế lên đến 500 kV nhằm mục đích gì?

A. Giảm hao phí điện năng trên đường dây tải điện.

B. Tăng công suất truyền tải điện.

C. Cả hai mục đích trên.

D. Mục đích khác.

Đáp án: C

Câu 7: Muốn truyền tải một công suất 2 kW trên dây dẫn có điện trở 2 Ω, thì công suất hao phí trên đường dây là bao nhiêu? Cho biết hiệu điện thế trên hai đầu dây dẫn là 200 V.

A. 2%.

B. 4%.

C. 6%.

D. 8%.

Đáp án: B

Câu 8: Nếu tăng hiệu điện thế ở hai đầu đường dây lên 2 lần thì công suất hao phí trên đường dây sẽ:

A. Tăng 2 lần.

B. Giảm 2 lần.

C. Tăng 4 lần.

D. Giảm 4 lần.

Đáp án: D

Câu 9: Một máy biến thế có tỉ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp là 10. Hiệu điện thế ở hai đầu cuộn sơ cấp là 220V. Hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp là:

A. 22V.

B. 44V.

C. 66V.

D. 88V.

Đáp án: C

Câu 10: Máy biến thế có tác dụng gì?

A. Biến đổi tần số dòng điện.

B. Biến đổi hiệu điện thế dòng điện.

C. Biến đổi cả tần số và hiệu điện thế dòng điện.

D. Không có tác dụng gì.

Đáp án: B

Tự luận

Bài 1: Một nhà máy điện có công suất 100000 kW truyền đi xa bằng đường dây tải điện có điện trở 10Ω. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây tải điện là 500kV.

a) Tính công suất hao phí trên đường dây tải điện.

b) Tính hiệu suất truyền tải điện.

Đáp án:

a) Công suất hao phí trên đường dây tải điện là:

Php = R * I2 = 10 * (P / U)2 = 10 * (100000 / 500000)^2 = 4 kW

b) Hiệu suất truyền tải điện là:

H = (P – Php) / P = (100000 – 4) / 100000 = 99,6%

Bài 2: Người ta cần truyền tải một công suất điện 200MW từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ cách nhau 200km bằng dây dẫn có tiết diện 0,5cm^2. Điện trở suất của dây dẫn là 1,6 * 10^-8Ωm. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây tải điện là bao nhiêu?

Đáp án:

a) Điện trở của dây dẫn là: 

R = ρ * l / S = 1,6 * 10-8 * 200000 / 0,5 * 10-4 = 64Ω

b) Hiệu điện thế giữa hai đầu dây tải điện là:

U = √(P * R) = √(200000 * 64) = 512kV

Bài 3: Một máy biến áp có số vòng dây cuộn sơ cấp là 1000 vòng, số vòng dây cuộn thứ cấp là 200 vòng. Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn sơ cấp là 220V. Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn thứ cấp là bao nhiêu?

Đáp án:

Theo công thức biến áp:

U1/U2 = N1/N2

Suy ra: U2 = U1 * N2/N1 = 220 * 200/1000 = 44V

Bài 4: Một nhà máy điện có công suất 1000kW cần truyền tải điện năng đi xa 20km bằng dây dẫn có điện trở 2Ω. Hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn là 10kV.

a) Tính công suất hao phí trên đường dây.

b) Tính hiệu suất truyền tải.

Hướng dẫn giải:

a) Công suất hao phí:

Php = R * I2 = 2 * (Pi / U)2 = 2 * (1000 / 10000)2 = 0,2kW

b) Hiệu suất truyền tải:

H = 1 – Php / Pi = 1 – 0,2 / 1 = 0,8 = 80%

Bài 5: Người ta muốn truyền tải một công suất điện 200kW đi xa 20km bằng dây dẫn có tiết diện 0,5mm^2. Điện trở suất của dây dẫn là 1,6.10^-8Ωm. Hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn là 20kV.

a) Tính điện trở của dây dẫn.

b) Tính công suất hao phí trên đường dây.

c) Tính hiệu suất truyền tải.

Hướng dẫn giải:

a) Điện trở của dây dẫn:

R = ρ * l / S = 1,6.10-8 * 20000 / 0,5.10-6 = 64Ω

b) Công suất hao phí:

Php = R * I2 = 64 * (Pi / U)2 = 64 * (200000 / 20000)2 = 16kW

c) Hiệu suất truyền tải:

H = 1 – Php / Pi = 1 – 16 / 200 = 0,92 = 92%

Qua bài viết này, vatly.edu.vn đã cùng bạn đi qua những công thức quan trọng và thực hành qua các bài tập liên quan đến việc truyền tải điện năng đi xa. Hy vọng rằng, với những kiến thức và kỹ năng đã được trang bị, bạn có thể hiểu rõ hơn về cách thức và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền tải điện, từ đó tìm ra các giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tổn thất năng lượng.