EN
Bạn có thể nhận thấy các đường dây truyền tải điện treo trên các cột điện bị chùng. Bạn có thể tự hỏi: Tại sao các dây này không được cố định chặt vào cột điện?
Hãy cùng tìm hiểu lý do vì sao dây điện lại chùng trên các cột điện và vì sao độ võng (sag) là cần thiết trong hệ thống phân phối và truyền tải điện. Tuy nhiên, trước khi đi sâu vào vấn đề này, hãy xem qua một số lưu ý quan trọng sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn.
Truyền tải điện
Sức mạnh là tốc độ thực hiện công. Công được thực hiện khi năng lượng điện di chuyển một khoảng cách. Từ đó, ta có thể suy ra rằng công suất là lượng năng lượng được cung cấp trong một đơn vị thời gian. Điện có thể được truyền tải đi xa thông qua các đường dây điện, vốn đóng vai trò là phương tiện vận chuyển nó.
Công suất tác dụng thường được đo bằng oát (watt). Khi truyền tải điện, người ta ưu tiên sử dụng truyền tải điện áp cao nhằm tiết kiệm năng lượng. Dòng điện sinh nhiệt, điều này có thể gây hại vì làm dây dẫn điện bị hao mòn và hư hỏng. Để bảo toàn công suất được truyền tải, dòng điện — yếu tố sinh nhiệt và góp phần làm hao mòn đường dây — cần được truyền với cường độ nhỏ hơn, trong khi điện áp được truyền với giá trị lớn hơn. Phương pháp này được gọi là truyền tải điện áp cao.
Dẫn điện và Liên kết
Trong quá trình truyền tải điện, một phần năng lượng điện bị thất thoát ra môi trường xung quanh do các đường dây truyền tải không được cách điện. Theo định luật Ohm, điện trở (R) tỉ lệ thuận với chiều dài dây dẫn (L), nghĩa là khi chiều dài dây dẫn tăng lên thì điện trở của nó cũng tăng theo. Không khí không phải là chất dẫn điện tốt, nên không thể tản nhiệt sinh ra bởi dây dẫn điện một cách hiệu quả.
Đây là lý do vì sao dây dẫn điện được thiết kế có đường kính lớn hơn nhằm giảm điện trở đối với dòng điện chạy qua. Điện trở (R) tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn, do đó đường kính dây dẫn càng lớn thì điện trở càng thấp và ngược lại.
Dây điện và cáp điện
Dây cáp và dây điện là các vật dẫn, chủ yếu được làm từ dây đồng, qua đó điện năng được truyền đi. Tuy nhiên, những dây dẫn này không chỉ bao gồm đồng thuần túy. Để cải thiện các đặc tính cơ học, các vật dẫn được hợp kim hóa với một nguyên tố khác. Độ dẫn điện của vật dẫn không bị ảnh hưởng bởi việc bổ sung nguyên tố khác này. Thay vào đó, nguyên tố khác này làm tăng các đặc tính cơ học của đồng mà không làm giảm độ dẫn điện của nó.
Định luật Joule về gia nhiệt do dòng điện
Không tồn tại kim loại tinh khiết nào. Mức độ tinh khiết của bất kỳ kim loại nào cũng chưa bao giờ đạt 100%, do đó chúng đều có điện trở nội tại. Năng lượng tiêu hao hoặc nhiệt sinh ra khi dòng điện chạy qua vật dẫn được tính theo định luật Joule về gia nhiệt do dòng điện như sau:
- P = VI.t
- P = I 2Rt.
Các dạng khác của Định luật Joule
- P = I²Rt
- P = VI.t … (R = V/I)
- P = W.t … (P = W = VI)
- P = V²t/R …. (I = V/R) sử dụng Định luật Ohm
Như có thể thấy từ phương trình trên, nhiệt lượng (P) sinh ra bởi các electron chuyển động tỷ lệ thuận với R, t và I². Khi dòng điện chạy qua một vật dẫn, năng lượng điện bị tiêu tán ra môi trường xung quanh dưới dạng nhiệt khi vượt qua điện trở — yếu tố này đóng vai trò như một rào cản đối với các electron trôi.
Ảnh hưởng của thời tiết và nhiệt độ lên đường dây điện
Điện trở của một vật dẫn tăng lên khi nhiệt độ tăng. Hiện tượng này xảy ra vì khi nhiệt độ của vật dẫn tăng, các electron bên trong vật dẫn thu thêm năng lượng và chuyển động hỗn loạn hơn, dẫn đến va chạm với các nguyên tử khác, cuối cùng sinh ra nhiệt.
Nhiệt lượng quá mức do vật dẫn sinh ra có thể khiến vật dẫn nóng chảy. Trong thời tiết nóng, dây dẫn thường chùng xuống do vật dẫn giãn nở; còn trong thời tiết lạnh, dây dẫn co lại.
Lực căng trên đường dây
Lực căng là một lực tồn tại trong một sợi dây khi nó chịu tác dụng của hai lực ngược chiều nhau. Do đó, một dây dẫn treo trên cột sẽ chịu lực căng và sẽ chịu lực căng lớn hơn nữa nếu các dây được kéo căng quá mức, điều này có thể dẫn đến việc dây dễ bị đứt khi chịu sự co lại hoặc giãn nở nhẹ.
Tại sao đường dây phân phối và truyền tải cần có độ võng?
Độ võng trên đường dây truyền tải đề cập đến sự cong xuống hoặc độ võng tự nhiên của cáp giữa các cấu trúc đỡ (cột hoặc tháp) do ảnh hưởng của trọng lực. Hiện tượng này xảy ra như một hệ quả tự nhiên từ trọng lượng và lực căng của dây dẫn.
Trong quá trình truyền tải và phân phối điện qua các dây dẫn dài, nhiệt lượng sẽ bị tỏa ra. Nhiệt sinh ra trên dây dẫn được giảm thiểu nhờ việc truyền tải ở điện áp cao. Các điều kiện thời tiết và nhiệt độ bên trong dây dẫn đòi hỏi phải để dây dẫn ở trạng thái hơi chùng một chút.
Nếu các đường dây điện bị siết chặt và thời tiết trở lạnh, điều này có thể khiến các đường dây truyền tải co lại, từ đó làm tăng thêm lực căng trên dây, dẫn đến nguy cơ hư hỏng. Do đó, người ta cố ý để dây lỏng một cách chủ đích nhằm đảm bảo ngay cả khi xảy ra hiện tượng co lại, lực căng cũng sẽ không vượt quá mức cho phép gây hư hại dây dẫn và cáp.
Độ võng là yếu tố bắt buộc đối với dây dẫn đường dây truyền tải nhằm ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt và giảm lực căng. Độ võng đảm bảo tính an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống truyền tải điện. Nó đóng vai trò then chốt trong việc duy trì hoạt động bình thường của hệ thống cũng như phòng ngừa tai nạn và hư hỏng.