Phát điện và phân phối điện, Pha điện

Bài viết liên quan

3-pha của hệ thống điện (Từ điển bách khoa Wikipedia, 2005)

1. PHÁT VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN
Hình bên dưới cho thấy phần lớn điện được sản xuất bởi các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hoá thạch (than, gas, dầu) và các nhà máy hạt nhân sử dụng uranium. Do các vấn đề về môi trường và an toàn, và gần đây là các vấn đề về an ninh năng lượng, vì các nguồn cung cấp dầu phụ thuộc vào các nước xuất khẩu dầu mỏ nên hiện tại thế giới đang khai thác các nguồn năng lượng thay thế. Theo số liệu thống kê năm 2018, Năng lượng tái tạo (Renewable) đáp ứng 24.3% nhu cầu năng lượng của thế giới, bao gồm thủy điện (15.9%), mặt trời, gió, địa nhiệt, sinh khối, và năng lượng thủy triều (khoảng 8.4% nhưng hiện đang tăng lên).

Phát điện trên thế giới dựa trên các nguồn năng lượng

Hình bên dưới thể hiện sơ đồ một hệ thống điện đơn giản hoá, được giải thích dưới đây.

Phần lớn điện được tạo ra từ máy phát xoay chiều, gọi là “alternators” trong nhà máy nhiệt, thuỷ điện hoặc hạt nhân với tốc độ 50 hoặc 60 vòng/giây. Thông thường, điện được tạo ra ở mức 9-13 KV ở máy phát đầu. Mỗi máy phát điện (còn gọi là ĐƠN VỊ) có công suất dao động trong khoảng 67,5 MW, 110 MW, 220 MW, và 500 MW, tuy nhiên, cũng có những máy phát công suất khoảng 1000 MW. Người ta ưa chuộng loại máy có công suất MW cao hơn vì máy này yêu cầu tiêu thụ năng lượng phụ trợ thấp hơn và chi phí vận hành và bảo trì trên mỗi MW thấp hơn.

Điện phải được tạo ra khi có nhu cầu vì không thể lưu giữ điện. Điện tạo ra được truyền tải đến cho người dùng thông qua hệ thống truyền tải và phân phối điện, bao gồm máy biến thế, các đường dây truyền tải và thiết bị điều khiển. Tất cả các trạm điện đều có máy biến áp tăng thế (GTs) làm tăng điện áp lên mức cao hơn (EHV, v.d. 132 KV, 220 KV, 400 KV) trước khi truyền tải. Như vậy sẽ giúp giảm tổn thất truyền tải và cho phép sử dụng dây dẫn nhỏ hơn, kinh tế hơn. Bảng 1 đưa ra các lợi ích của việc truyền tải điện với mức điện áp cao hơn. Tương tự như vậy, các trạm phụ cũng có máy biến áp giảm thế giúp làm giảm điện áp để phân phối tới người dân sử dụng, tổ chức kinh doanh, công nghiệp qua đường dây phân phối.

Không có sự khác biệt giữa đường dây truyền tải và phân phối trừ mức điện áp và công suất truyền tải điện. Đường dây truyền tải hoạt động cao thế và thường có thể truyền tải một lượng điện lớn với quãng đường dài. Đường dây phân phối chỉ truyền tải một lượng điện giới hạn ở mức điện áp thấp hơn, quãng đường ngắn hơn.

Bảng 1. Lợi ích của truyền tải điện cao thế

2. PHA ĐIỆN
Có một đặc tính của dòng điện xoay chiều cần giải thích: các pha.
Về mặt cơ bản, dòng điện xoay chiều (AC) được chia thành loại mạch điện một pha và ba pha. Mạch điện một pha xoay chiều có hai dây nối với nguồn điện. Tuy nhiên, không giống như mạch điện một chiều (DC) mà hướng của cường độ dòng điện không thay đổi, hướng của cường độ dòng điện trong mạch AC có thể thay đổi nhiều lần mỗi giây, tuỳ theo tần suất của nguồn. Điện 240 vôn (V) cung cấp cho các hộ gia đình sử dụng là điện AC một pha và có hai dây: dây “pha” và dây “trung tính” (dây nóng và dây lạnh).
Tuy nhiên, đường dây phân phối có thể theo 4 dây. Ba dây dẫn điện từ mạch điện và cùng chung một dây trung tính (dây lạnh) (v.d ba dây pha và một dây trung tính). Hệ thống ba pha có 3 dạng sóng (thường có điện) là 2/3 π radians (120 độ,1/3 chu kỳ) lệch nhau về mặt thời gian.

Hình trên cho thấy 1 chu kỳ của hệ thống điện 3 pha từ 0 đến 360 độ (2π radians), theo trục thời gian. Đường cong được minh hoạ trong đồ thị cho thấy sự dao động của điện áp tức thời (hoặc cường độ) theo thời gian. Chu kỳ này sẽ lặp lại 50 hoặc 60 lần mỗi giây tuỳ theo tần suất của hệ thống điện. Màu của các đường theo mã màu của Mỹ thể hiện hệ thống điện 3 pha:


Hệ thống cung cấp điện ba pha được thể hiện bằng đấu tam giác và đấu sao như hình dưới:

Chia sẻ bài viết