Ở các nhà máy phát điện, máy tăng áp thường được sử dụng để nâng điện áp từ mức trung thế (từ 10 kV đến 50 kV) lên mức cao thế (từ 110 kV đến 500 kV) trước khi truyền tải qua đường dây điện cao thế.

Một nhà máy phát điện cung cấp điện năng với công suất \({\mathcal{P}_0} = 20{\rm{MW}}\) cho một thành phố cách nhà máy 24 km. Trước khi truyền tải, điện áp được sản xuất từ nhà máy điện có giá trị hiệu dụng khoảng 22 kV. Đường dây tải điện làm bằng đồng có điện trở suất 1,69.10^-8 .m với tiết diện 0,65 cm². Xem các hao phí năng lượng chỉ xảy ra trên điện trở đường dây tải điện. Hãy xác định chi phí phải chi trả do hao phí năng lượng xuất hiện trên dây trong một ngày (24 giờ) ở hai trường hợp sau và nhận xét.

a) Điện áp từ nhà máy phát điện chưa được tăng qua máy biến áp và được truyền tải đi với điện áp là 22 kV.

b) Điện áp từ nhà máy phát điện qua một máy tăng áp để nâng điện áp lên 220kV trước khi truyền tải.

Lấy chi phí truyền tải trên đường dây đến thành phố đối với cả hai mức điện áp này là khoảng 145 đồng/kW.h.

Hướng dẫn giải:

Điện trở của đường dây tải điện là: \(R = \frac{{\rho \ell }}{S} = \frac{{1,69 \cdot {{10}^{ - 8}} \cdot 24 \cdot {{10}^3}}}{{0,65 \cdot {{10}^{ - 4}}}} = 6,24\Omega \)

a) Cường độ dòng điện hiệu dụng là: \(I = \frac{{{\mathcal{P}_0}}}{U} = \frac{{20 \cdot {{10}^6}}}{{22 \cdot {{10}^3}}} \approx 909,09\;{\rm{A}}\)

Công suất toả nhiệt trên dây dẫn là: \({\mathcal{P}_{\rm{R}}} = {I^2}R = 909,{09^2}.6,24 \approx 5157,01\;{\rm{kW}}\)

Năng lượng nhiệt toả ra trên dây dẫn truyền tải điện trong một ngày (24 giờ) là:

\(Q = {\mathcal{P}_{\rm{R}}}t = 5157,01.24 = 123768,24\;{\rm{kW}}.{\rm{h}}\)

Giá thành cần phải bỏ ra do hao phí năng lượng nhiệt xuất hiện trên dây truyền tải trong một ngày là: 123 768,24.145 \( \approx 17946395\) đồng

b) Sau khi tăng áp, cường độ dòng điện hiệu dụng là: \({I^\prime } = \frac{{{\mathcal{P}_0}}}{{{U^\prime }}} = \frac{{20 \cdot {{10}^6}}}{{220 \cdot {{10}^3}}} \approx 90,91\;{\rm{A}}\)

Công suất toả nhiệt trên dây dẫn là: \(\mathcal{P}_{\rm{R}}^\prime = {I^{\prime 2}}R = 90,{91^2}.6,24 \approx 51,57\;{\rm{kW}}\)

Năng lượng nhiệt toả ra trên dây dẫn truyền tải điện trong một ngày (24 giờ) là:

\({Q^\prime } = \mathcal{P}_{\rm{R}}^\prime t = 51,57.24 = 1237,68\;{\rm{kW}}.{\rm{h}}\)

Giá thành cần phải bỏ ra do hao phí năng lượng nhiệt xuất hiện trên dây truyền tải trong một ngày là: 1237,68.145 ≈ 179 464 đồng.