Tổn thất điện áp là gì? Công thức tính tổn thất điện áp

Đường dây truyền tải đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển, phân phối điện năng đến khắp vùng miền trên cả nước. Tuy nhiên, quá trình truyền tải đường dài này không tránh khỏi hiện tượng tổn thất điện áp. Vậy tổn thất điện áp là gì? Công thức tính tổn thất điện áp thế nào? Bài viết dưới đây sẽ tập trung phân tích các nguyên nhân và giải pháp để hạn chế tổn thất điện năng. 

Khái niệm tổn thất điện áp

Tổn thất điện áp là lượng điện áp bị hao hụt trong quá trình truyền tải, phân phối điện từ thanh cái các nhà máy điện qua hệ thống lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ gia đình sử dụng điện. Hiện tượng này gây ra tình trạng sụt áp khiến các thiết bị hoạt động thiếu ổn định, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của nhà máy, doanh nghiệp, khu công nghiệp và cả lưới điện vận hành.

Do lưới điện truyền tải từ Bắc vào Nam dài gần 1.500 km, phụ tải phân bố rải rác nên quá trình vận chuyển, phân phối điện đi xa luôn có sự thất thoát điện từ nhiều nguyên nhân như điện trở, tản nhiệt, độ rung, tách mạch, tác động của môi trường… Những tổn thất này có thể xảy ra ở bất kỳ giai đoạn nào trong quá trình truyền tải, từ đầu đường dây, trạm biến áp đến người dùng cuối.

Theo phân loại từ Tập đoàn Điện lực Quốc gia (EVN), tổn thất điện năng được chia thành 2 loại là tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại. 

Tổn thất kỹ thuật chỉ có thể giảm đến ngưỡng nhất định. Vì vậy, mục tiêu của ngành Điện các nước trên thế giới là giảm tổn thất thương mại xuống mức hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất – kinh doanh, giảm áp lực đầu tư nguồn điện, là cơ sở tính đúng, tính đủ giá thành sản xuất điện. 

Nguyên nhân gây tổn thất điện năng

Điện trở và điện kháng đường dây: Đường dây dẫn điện có điện trở và điện kháng làm cản trở đường đi của điện áp khi có hiệu điện thế được đặt vào.

Đường dây phân phối dài: Sự trở kháng của dây dẫn sẽ làm gia tăng tình trạng hao hụt điện năng trong quá trình truyền tải, đồng thời làm tăng tiết diện dây dẫn.

Tiết diện dây dẫn điện không đủ: Sử dụng dây dẫn tiết diện quá nhỏ so với nhu cầu tiêu thụ làm xuất hiện tình trạng quá tải điện, có thể gây nóng và dẫn tới cháy nổ.

Tổn thất do mối nối, tiếp xúc điện: Mối nối, tiếp xúc điện xấu làm lượng điện áp tiêu thụ bị quá tải, gây nguy hiểm cho người làm việc và máy móc.

Tiêu thụ nhiều công suất vô công trên lưới điện: Trên lưới điện có nhiều thiết bị phụ tải có thành phần điện cảm làm giảm hệ số công suất cosφ của điện áp như cuộn dây máy biến áp, cuộn dây động cơ điện, cuộn cảm có lõi thép…

Lệch tải giữa các pha: Khi lượng điện áp truyền vào giữa các pha không cân bằng sẽ dẫn đến tình trạng quá tải ở một pha và gây ra cháy nổ, chập điện.

Sóng hài: Sóng hài gây mất cân bằng trong mạng điện, làm tăng dòng điện không cần thiết và gây tổn thất điện năng. Tác hại của sóng hài bao gồm làm tăng nhiệt độ, gây hỏng hóc cho thiết bị, và ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ điện.

Chế độ vận hành của lưới điện: Do máy biến áp thường xuyên vận hành trong tình trạng non tải hoặc không tải hoặc do thời gian sử dụng công suất cực đại kéo dài…

Các giai đoạn của tổn thất điện áp

Tổn thất điện áp có thể xảy ra ở bất kỳ công đoạn nào trong quá trình vận chuyển, truyền tải điện năng. Tuy nhiên có 2 giai đoạn chính xảy ra tỷ lệ tổn thất.

Sản xuất điện: Trong quá trình chuyển đổi năng lượng từ than đá, nhiên liệu hóa thạch, thủy điện, năng lượng mặt trời và nhiều nguồn khác thành điện năng luôn xảy ra tình trạng thất thoát điện do sự biến đổi và quá trình chuyển đổi.

Truyền tải và phân phối: Do điện trở của dây dẫn, tổn thất trong máy biến áp, đường dây truyền tải quá dài và nhiều yếu tố khác mà quá trình này có tỷ lệ tổn thất điện áp lớn.

Ngoài ra, công suất khác nhau cũng bị mất ở các giai đoạn khác nhau như:

• Quá trình tăng điện áp, mất mát công suất khoảng 1-2% năng lượng.
• Trên đường dây truyền tải điện, mất mát công suất khoảng 2-4% năng lượng.
• Trong quá trình hạ áp, mất mát công suất khoảng 1-2% năng lượng.
• Trong quá trình phân phối và sử dụng, mất mát công suất khoảng 4-6% năng lượng.

Theo thống kê, tỷ lệ tổn thất điện năng tại Việt Nam thường dao động từ khoảng 8-10% tổn thất kỹ thuật và từ 2-4% tổn thất thương mại. Tổng tỷ lệ tổn thất thường nằm trong khoảng 10-14% tại các thời điểm khác nhau. 

Trong đó, tổn thất thương mại thuộc vào cơ chế quản lý, gồm có 4 dạng như sau:

• Trộm điện (câu, móc trộm).
• Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện.
• Sai sót đo đạc tổn thất kỹ thuật.
• Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng.

Tổn thất kỹ thuật liên quan đến dây dẫn và các máy biến áp phân phối, gồm tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng. Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc và ít tác động đến tổn thất điện năng. Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện áp. 

Hiện nay, tỷ lệ tổn thất trên lưới điện 0.4kV đã giảm đáng kể nhưng tổn thất trên lưới trung áp lại tăng lên.

Công thức tính tổn thất điện áp trên đường dây

Dưới đây là công thức tính tổn thất điện áp trên 1 đường dây:

Trong đó: 

• ΔU: Tổn thất điện áp trên đường dây (V)
• P: Công suất tác dụng trên đường dây (W) ܳ
• Q: Công suất phản kháng trên đường dây (Var) 
• R: Điện trở của đường dây (Ω) 
• X: Điện kháng của đường dây (Ω)
• U: Điện áp định mức đường dây (V)

Trước đó, ta cần tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây theo công thức:

Giải pháp giảm thiểu tổn thất điện năng

Tổn hao điện năng không chỉ gây lãng phí năng lượng quốc gia mà còn ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất, thương mại. 

Tổn thất điện áp khiến máy móc, thiết bị hoạt động không đúng công suất, kéo theo hệ thống dây chuyền sản xuất, các trang thiết bị có nguy cơ gián đoạn, gây tổn thất về năng suất, hiệu quả kinh doanh. Đặc biệt, tỷ lệ tổn thất điện càng cao thì số tiền mà khách hàng phải trả tiền điện hằng tháng càng tăng. Vì vậy, cần có biện pháp đồng bộ để giảm thiểu tình trạng tổn thất điện năng trên đường dây. 

Sơ đồ tỷ lệ tổn thất điện năng qua các năm do EVN thống kê

Đối với đường truyền tải

Giảm điện trở (R): Sử dụng các vật liệu dẫn điện tốt hơn, có điện trở thấp hơn. Tuy nhiên, điện trở giảm, tiết diện dây dẫn sẽ phải tăng. Khi đó dây điện to và nặng hơn, đòi hỏi cột điện và các phụ kiện đi kèm lớn hơn, kéo theo vốn đầu tư tăng và thi công cũng khó khăn hơn. 

Tăng hiệu điện thế (U): Tăng điện áp ở nguồn cung cấp sẽ giúp giảm dòng điện (I), từ đó giảm được tổn thất điện năng và cũng không phải tăng tiết diện dây dẫn, tiết kiệm được kim loại màu. 

Tăng giá trị của hệ số công suất cosφ: Sử dụng các thiết bị điều chỉnh hệ số công suất giúp làm sạch hệ thống điện. Hệ số công suất càng cao, tổn hao điện áp càng ít. 

Đối với người sử dụng

• Sử dụng thiết bị tiết kiệm điện
• Thay đổi thói quen sử dụng điện như tắt thiết bị khi không sử dụng, không sử dụng quá nhiều thiết bị công suất lớn trong giờ cao điểm. 

Đối với đơn vị vận hành

Với hệ thống điện có tính đặc thù cao như Việt Nam, việc giảm tổn thất điện năng đòi hỏi phải thực hiện đồng bộ nhiều giải pháp, gồm:

• Rà soát lại năng lực truyền tải của các đường dây, xử lý triệt để tình trạng quá tải, hoàn thiện các sơ đồ đấu nối, bổ sung thiết bị đóng cắt, tăng cường liên kết giữa các TBA 110kV. Rà soát, thống kê thiết bị lưới điện chất lượng thấp, tổn thất điện năng cao, có nguy cơ xảy ra sự cố để tăng cường theo dõi và lập kế hoạch thay thế.  
• Tăng cường công tác quản lý vận hành, bảo dưỡng, ngăn ngừa sự cố lưới điện. Lưu ý kiểm tra, xử lý triệt để vấn đề xâm phạm hành lang bảo vệ an toàn lưới điện, tiếp địa, các điểm tiếp xúc, cách điện của đường dây, thiết bị… không để các mối nối, tiếp xúc không tốt dẫn đến phát nhiệt gây sự cố và làm tăng tổn thất điện năng. 
• Các đơn vị cần mạnh dạn thử nghiệm sử dụng các loại vật tư, thiết bị công nghệ tiên tiến, độ tin cậy cao, tổn thất thấp; Đẩy mạnh trang bị và thực hiện vệ sinh cách điện hotline (không cắt điện); Hoàn thiện và tăng cường khai thác hệ thống SCADA ở các cấp điều độ, đẩy nhanh các dự án SCADA lưới điện phân phối.
• Tăng cường quản lý tổn thất điện áp các tuyến dây, TBA. Thực hiện kiểm định, thay thế định kỳ công tơ, BU, BI theo quy định. Tăng cường sử dụng công tơ điện tử có khả năng đọc chỉ số từ xa, có độ chính xác cao. Chủ động phối hợp với các cơ quan chức năng, kiểm tra xử lý nghiêm và tuyên truyền ngăn ngừa vi phạm sử dụng điện.
• Thực hiện cải tạo, nâng cấp các đường dây, trạm biến áp đang mang tải cao, xây dựng thêm các công trình mới theo mục tiêu các đường dây tải điện không quá 50% công suất định mức, các trạm biến áp mang tải không quá 75% định mức, lưới điện đáp ứng tiêu chí N-1.

Được biết, từ năm 2016 – 2020, EVN dự kiến đã đầu tư hơn 440.000 tỷ đồng, trong đó lưới điện phân phối chiếm gần 180.000 tỷ đồng để củng cố, phát triển lưới điện thông minh, góp phần giảm tổn thất điện áp đường dây. Tuy nhiên, đây là vấn đề mang tính quốc gia, khó có thể giải quyết triệt để. Vì vậy, cần có sự phối hợp đồng bộ từ người sử dụng, cơ sở sản xuất đến đơn vị quản lý, vận hành nguồn điện quốc gia.  

Câu hỏi thường gặp về công thức tính tổn thất điện áp

Câu hỏi 1: Tổn thất điện áp tác động như thế nào đến các thiết bị điện?

Trả lời: Tổn thất điện áp có thể khiến các thiết bị không hoạt động đúng cách, hiệu suất giảm, ví dụ: động cơ chạy chậm, máy sưởi không nóng đến mức tối đa, đèn bị mờ…,

Câu hỏi 2: Tỷ lệ tổn thất điện năng ở Việt Nam là bao nhiêu?

Trả lời: Hiện nay tỷ lệ tổn thất điện năng ở nước ta nằm trong khoảng 10-14% tùy từng thời điểm.

Chúng tôi sẽ tiếp tục cập nhật thêm các thông tin khác liên quan đến hệ thống điện. Bạn có thể theo dõi tại: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-he-thong-dien/.