Bảng tra và công thức tính độ sụt áp trên đường dây dẫn điện

Hiện tượng sụt áp là gì?

Hiện tượng sụt áp là khi điện áp đầu nguồn chênh lệch và cao hơn điện áp tiêu thụ. Hiện tượng này làm chất lượng nguồn điện suy giảm. Khi sụt áp, thiết bị điện làm việc kém hiệu quả, phải tăng lượng tải điện, hoạt động nhiều hơn so với điện áp bình thường. Sụt áp kéo dài có thể gây hỏng hóc, cháy thiết bị điện.

Khi điện áp giảm xuống mức thấp, một số hiện tượng sau có thể xảy ra:

• Động cơ không khởi động được do điện áp quá thấp, không đạt tới mức tối thiểu cho công suất thiết bị, đặc biệt ở những động cơ yêu cầu lượng điện năng lớn khi khởi động.
• Thiết bị đang hoạt động bị dừng đột ngột như máy tính, máy móc, bếp điện,...
• Hệ thống chiếu sáng chập chờn, sáng yếu rõ rệt.
• Thiết bị tải phải tăng mức tiêu thụ điện dẫn tới phải hoạt động quá mức, giảm tuổi thọ.
• Nổ cầu chì, nhảy aptomat (CB) có chức năng bảo vệ sụt áp.

Hầu hết các khu vực tiêu thụ điện đều gặp hiện tượng sụt áp với nhiều mức độ khác nhau. Nhiều nhà máy, gia đình đặt tại cuối đường dây truyền tải thường xuyên gặp hiện tượng này và cần sử dụng máy biến áp hoặc ổn áp để điều chỉnh lại.

Nguyên nhân sụt áp trên đường dây

Nguyên nhân của hiện tượng sụt áp là do điện áp đầu nguồn điện cao hơn nhiều điện áp cuối nguồn phụ tải. Dòng điện bên trong dây dẫn luôn tồn tại điện trở kháng. Điện trở phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, tiết diện, chất lượng dây và công suất phụ tải. Điện trở càng cao thì độ sụt áp càng lớn. Phần năng lượng điện bị mất này có thể xảy ra liên tục hoặc gián đoạn với nhiều mức độ khác nhau.

Mặt khác, sụt áp có thể xảy ra khi tiêu thụ điện năng phụ tải quá mức. Điện áp dân dụng là dòng 1 pha 220V và công nghiệp là dòng 3 pha 380V. Trong thực tế nếu sử dụng các thiết bị có điện áp vượt mức này sẽ dẫn tới hiện tượng trên, giảm hiệu quả hoạt động các thiết bị điện.

Công thức tính độ sụt áp đường dây

Công thức phổ biến nhất để tính độ sụt áp trên đường dây như sau:

∆U = K x IB x L (V)

Trong đó:

• K: Hệ số sụt áp.
• IB: dòng điện làm việc lớn nhất (A)
• L: chiều dài dây dẫn (km)

Hoặc bạn có thể tính được công suất hao phí khi sụt áp:

P hao phí = (P2. R)/U2

Trong đó:

• P: Công suất truyền tải (W).
• R: Điện trở dây dẫn điện (ohm).
• U: Hiệu điện thế 2 đầu đường dây truyền tải (V)

Trong công thức trên, P2 là bình phương của công suất truyền tải và U2 là bình phương của hiệu điện thế.

Bảng tra độ sụt áp

Hệ số sụt áp K trong công thức tính độ sụt áp dựa trên bảng tra độ sụt áp trên mạch điện 1 pha và mạch điện 3 pha.

Dựa trên các yếu tố như loại dây dẫn, tiết diện dây dẫn, loại điện áp và loại thiết bị phụ tải, bạn có thể xác định được hệ số sụt áp K chính xác.

Cách đọc bảng tra và ví dụ tính độ sụt áp

Để lấy đúng hệ số K, bạn lần lượt xác định bốn thông tin: vật liệu dây (đồng hay nhôm), tiết diện dây, loại mạch (1 pha hay 3 pha cân bằng) và loại phụ tải. Với động cơ, cần phân biệt lúc chạy bình thường và lúc khởi động, vì hệ số công suất ở hai trạng thái này khác nhau.

Ví dụ 1, mạch 1 pha chiếu sáng: dây đồng 2.5 mm2, dòng điện làm việc lớn nhất 10A, chiều dài đường dây 50 m tức 0.05 km. Tra bảng được K = 18, nên ∆U = 18 x 10 x 0.05 = 9 V. So với điện áp 220V, mức sụt áp vào khoảng 4,1%.

Ví dụ 2, mạch 3 pha cấp cho động cơ đang chạy bình thường: dây đồng 16 mm2, dòng điện làm việc lớn nhất 40A, chiều dài 100 m tức 0.1 km. Tra bảng được K = 2.05, nên ∆U = 2.05 x 40 x 0.1 = 8.2 V. So với điện áp 380V, mức sụt áp vào khoảng 2,2%.

Lưu ý rằng chiều dài L trong công thức tính bằng km, trong khi thực tế công trình thường đo bằng mét, nên đổi đơn vị trước khi tính để tránh sai lệch. Với công trình lớn hoặc đường dây dài, nên nhờ kỹ thuật viên đối chiếu thêm theo tiêu chuẩn áp dụng và mức sụt áp cho phép của dự án.

Các loại sụt áp

Có hai loại sụt áp là trên dòng điện 1 chiều DC và trên dòng điện xoay chiều AC.

Sụt áp dòng DC

Xét trong mạch điện 1 chiều, cho dòng điện chạy qua điện trở tới phụ tải. Đo hiệu điện thế ở điện trở và hiệu điện thế ở nguồn đã có sự chênh lệch. Điện trở càng lớn đồng nghĩa sụt áp càng cao. Trong mạch điện 1 chiều có thể sử dụng định luật Ohm để tính toán sụt áp qua công thức V = I x R.

Sụt áp dòng AC

Trong mạch điện xoay chiều, sự sụt áp xảy ra do điện kháng (thay vì điện trở như mạch 1 chiều). Tổng mức sụt áp từ điện trở và điện kháng gọi chung là trở kháng. Trở kháng tỉ lệ với tần số dòng điện, từ thẩm dây dẫn, tiết diện và chiều dài dây. Mức sụt áp có thể được tính toán với công thức E = I x Z, trong đó Z là trở kháng của mạch.

Cách khắc phục đường dây bị sụt áp

Hiện tượng sụt áp có thể được khắc phục qua các phương pháp sau:

• Tăng tiết diện dây dẫn: Tiết diện dây dẫn càng lớn sẽ càng làm giảm điện trở và giảm sụt áp. Tuy nhiên giải pháp này khiến đường dây to và nặng hơn.
• Giảm chiều dài đường dây: Đường dây càng ngắn, điện trở càng giảm.
• Sử dụng dây dẫn truyền tải tốt hơn: Chất liệu đồng dẫn điện tốt hơn chất liệu nhôm và khắc phục được một phần tình trạng sụt áp.
• Lắp đặt ổn áp: Đặt ổn áp ở đầu nguồn phụ tải để cân bằng điện áp so với nguồn cấp điện.
• Lắp đặt trạm biến áp: Phân cấp truyền tải điện từ 500kV (cao áp), xuống 200kV, 110kV (trung áp) và 22kV, 10kV, 380V, 220V khi tới phụ tải. Giải pháp này có tính an toàn cao, hiệu quả, giảm chi phí về dây dẫn.

Sụt áp là một hiện tượng phổ biến trong truyền tải điện, gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện năng và hoạt động của thiết bị phụ tải. Nếu bạn cần tư vấn thêm, vui lòng liên hệ với AIVA Electric để được hỗ trợ.