Nhà máy điện thường đặt ở khoảng cách rất xa so với nơi tiêu thụ điện như các đô thị, khu dân cư, khu công nghiệp,… Điện áp sản xuất ở nhà máy điện thường chỉ khoảng 11kV - 22kV. Để có thể truyền tải điện ở khoảng cách xa hàng trăm km, trước khi lên lưới điện truyền tải, điện áp sẽ được nâng lên cao thông qua máy biến áp tăng áp, có thể đến 220kV, 500kV, thậm chí 1.100kV. Khi đến nơi tiêu thụ điện, máy biến áp lại hạ điện áp từng cấp cho tới mức điện áp cần thiết để sử dụng.
Vì sao truyền tải điện đường dài, phải dùng điện siêu cao áp nhỉ? Vấn đề chính khi truyền tải điện năng đi xa, xảy ra thất thoát điện năng trên đường truyền do sự tỏa nhiệt. Nguyên nhân chính của sự tỏa nhiệt là do điện trở của dây dẫn điện.
Dây tải điện dù được làm bằng dây nhôm hoặc dây đồng, chúng có trị số điện trở nhất định. Điện trở này sẽ biến điện năng thành nhiệt năng. Phần điện năng chuyển đổi thành nhiệt năng trên đường dây tải điện đường dài sẽ là con số hao tổn tương đối đáng kể. Do các nhà máy điện đặt xa các đô thị, khu dân cư, đường truyền tải điện rất dài, vì thế điện năng bị tổn thất do điện trở gây ra trong quá trình truyền tải điện là vô cùng lớn.
Điện trở là là đại lượng đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu. Có thể hiểu đơn giản, một vật có tính dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, một vật có tính dẫn điện kém thì điện trở lớn.
Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào 3 yếu tố: chiều dài dây dẫn, tiết diện dây dẫn và vật liệu làm dây dẫn.
Vậy làm thế nào giảm thiểu hoặc loại bỏ điện trở của dây dẫn? Biện pháp thì có, song lại không kinh tế. Chẳng hạn, các vật liệu được xem là dẫn điện tốt nhất như vàng, bạc, các chất siêu dẫn,... nhưng không ai dùng vàng, bạc hay các chất siêu dẫn làm dây truyền tải điện cả, lý do đơn giản vì chúng quá mắc.
Hoặc cách đơn giản nhất làm giảm nhỏ điện trở của dây tải điện là tăng tiết diện mặt cắt ngang của nó. Công thức tính điện trở R của dây dẫn như sau:
R = (L.ρ)/S
Trong đó:
- R là điện trở
- L là chiều dài dây dẫn
- ρ là điện trở suất (phụ thuộc vào chất liệu dây dẫn)
- S là tiết diện của dây dẫn
Bạn có thể thấy, điện trở R của dây dẫn sẽ tỉ lệ thuận với chiều dài L của dây dẫn và tỉ lệ nghịch với tiết diện S của dây dẫn. Điều này có nghĩa rằng, nếu tăng tiết diện của dây dẫn thì giảm được điện trở của dây dẫn. Nhưng làm vậy, lượng vật liệu cần thiết để sản xuất dây dẫn tăng lên rất nhiều, thậm chí trọng lượng dây điện tăng lên, trụ điện và vật liệu khác để đỡ dây cũng phải gia cố, chi phí cho toàn đường dây tải điện sẽ rất lớn, tốn kém.
Phương pháp giảm điện trở thực tế nhất là dùng điện siêu cao áp để truyền tải. Công thức tính tiêu hao điện năng trên dây dẫn như sau:
P1 = (P/V)2 x R
Trong đó:
- P1 là lượng điện năng tiêu hao
- P là lượng điện năng nguồn truyền tải
- V là điện áp (hiệu điện thế)
- R là điện trở
Trong khi hai giá trị P và R là không thể thay đổi, nếu ta tăng điện áp V lên, chắc chắn sẽ giảm được P1. Điều này giúp làm giảm tổn thất điện năng tiêu hao trên đường truyền tải.
Vậy có thể nâng cao không hạn chế điện áp truyền tải được không? Đương nhiên điện áp truyền tải không thể nâng lên tới mức vô hạn được.
Việc nâng cao điện áp truyền tải có thể gặp rắc rối khác. Ví dụ xảy ra sự phóng điện hồ quang trên đường dây siêu cao áp. Trên các trụ điện cao thế, bạn thường thấy các chuỗi sứ cách điện gắn trên đường dây. Khi có gió mạnh, đường dây điện đong đưa, dễ chạm vào nhau. Sứ cách điện có mục đích cố định dây dẫn, tạo khoảng cách an toàn giữa các dây trên hệ thống dây dẫn, tạo khoảng cách giữa dây dẫn với thân trụ để hạn chế rủi ro chạm mạch, cháy nổ xảy ra.
Tóm lại, việc tăng điện áp khi truyền tải điện đi xa là kết quả của mối quan hệ mật thiết giữa hiệu quả kinh tế và yếu tố kĩ thuật.
