Đường dây truyền tải điện là gì?
Tại sao các nhà máy điện lại ở xa như vậy?
Sản xuất điện là một công việc khổng lồ! Việc xây dựng và vận hành các nhà máy điện tốn rất nhiều tiền. Hơn nữa, nhiều nhà máy cần ao lớn để làm mát, và thành thật mà nói, hầu hết mọi người đều không muốn một nhà máy công nghiệp khổng lồ ngay bên cạnh! Vì vậy, chúng thường được xây dựng ở vùng nông thôn, nơi đất đai rẻ hơn và có nhiều không gian hơn.
Điều này có nghĩa là hàng tấn điện phải được truyền tải một quãng đường dài từ nơi sản xuất đến nơi chúng ta sử dụng. Đường dây điện là giải pháp hiển nhiên, nhưng chỉ cần giăng dây điện là không đủ nếu chúng ta muốn tiết kiệm điện.
Vấn đề lớn: Lãng phí năng lượng!
Ngay cả những dây dẫn tốt, như dây đồng hoặc nhôm, cũng có khả năng cản trở dòng điện một chút. Bạn có thể thấy điều này ở nhà:
- Cắm máy sấy tóc trực tiếp vào ổ cắm điện và nó hoạt động rất tốt.
- Cắm nó vào một dây điện dài và mỏng, nhưng nó có thể không hoạt động tốt hoặc thậm chí dây điện có thể bị nóng!
Sự ấm áp đó đồng nghĩa với việc năng lượng đang bị lãng phí dưới dạng nhiệt do điện trở của dây dẫn. Các công ty điện lực chỉ được trả tiền cho lượng điện đến đồng hồ đo của bạn, chứ không phải cho lượng điện bị thất thoát trên đường truyền. Vì vậy, họ thực sự muốn tránh lãng phí điện!
Giải pháp siêu thông minh: Điện áp cao!
Đây là mẹo hay: Lượng điện năng bị mất dưới dạng nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào lượng điện đang chạy (chúng ta gọi là "dòng điện") và mức độ cản trở của dây dẫn. Thực tế, nếu bạn giảm một nửa dòng điện, bạn sẽ mất ít hơn bốn lần điện năng bị mất dưới dạng nhiệt! Thật là một sự khác biệt lớn!
Vậy, làm thế nào để giảm dòng điện nhưng vẫn truyền đi cùng một lượng điện năng? Chúng ta tăng điện áp ! Hãy coi điện áp như "lực đẩy" hoặc "áp suất" của dòng điện. Nếu bạn có nhiều "lực đẩy", bạn không cần nhiều "dòng điện" (dòng điện) để tạo ra cùng một lượng công.
Tại các nhà máy điện, các thiết bị đặc biệt gọi là máy biến áp giúp tăng điện áp lên rất nhiều - đôi khi lên đến hàng trăm nghìn vôn! Điều này làm giảm dòng điện trên đường dây, giúp giảm đáng kể lượng điện năng lãng phí, đảm bảo tối đa điện năng được truyền đến nhà chúng ta.
Thậm chí người ta còn có thể chứng minh điều này! Nếu cố gắng cấp nguồn cho máy sấy tóc bằng dây siêu mỏng, chúng sẽ bị chảy vì dòng điện chạy qua quá lớn, tạo ra quá nhiều nhiệt. Nhưng nếu dùng một máy biến áp để tăng điện áp trước các dây mỏng, rồi dùng một máy biến áp khác để hạ điện áp xuống sau chúng, máy sấy tóc sẽ hoạt động hoàn hảo! Các dây mỏng có thể chịu được công suất vì dòng điện thấp hơn nhiều.
Giữ an toàn: Thuần hóa điện áp cao
Nhưng khoan đã, có một điều đáng lưu ý! Điện áp cao cực kỳ nguy hiểm. Nó có nghĩa là dòng điện thực sự muốn di chuyển và thậm chí có thể xuyên qua những thứ mà chúng ta thường nghĩ là không dẫn điện, chẳng hạn như không khí!
Các kỹ sư phải hết sức cẩn thận khi thiết kế những đường này:
- Tháp cao: Tháp truyền tải thực sự cao để không ai trên mặt đất có thể vô tình đến quá gần dây điện và gây ra hiện tượng giật điện.
- Khoảng hở không khí: Hầu hết các đường dây điện đường dài không có lớp cách điện dày xung quanh. Thay vào đó, chúng sử dụng chính không khí làm lớp cách điện bằng cách đặt mọi thứ cách xa nhau.
- Sứ cách điện: Các dây dẫn được kết nối với các cột điện bằng những chuỗi đĩa gốm dài. Những đĩa này giống như những rào cản siêu bền, giữ cho các dây điện mang điện cách xa cột điện kim loại được nối đất. Nếu chúng bị ướt, điện phải di chuyển theo một đường dài hơn, quanh co hơn để thoát ra ngoài, khiến việc này trở nên khó khăn hơn. (Thông tin thú vị: Bạn có thể ước lượng sơ bộ điện áp của đường dây điện bằng cách đếm số đĩa gốm trên sứ cách điện! Chỉ cần nhân số đĩa với 15. Vậy nên, nếu bạn thấy 9 đĩa, có lẽ đó là đường dây 138 kilovolt!)
- Dây bảo vệ: Bạn thường thấy những dây nhỏ hơn chạy dọc theo đỉnh tháp. Chúng không dẫn điện; chúng có tác dụng bảo vệ đường dây điện chính khỏi sét đánh!
Không chỉ là dây điện: Những thách thức trong thiết kế
Vấn đề không chỉ là cung cấp điện đến đó; mà còn là đảm bảo đường dây điện luôn ở đó và không gây ra vấn đề gì!
- Độ bền so với độ bền: Các kỹ sư phải chọn vật liệu đủ bền để kéo dài hàng dặm nhưng cũng phải dẫn điện thực sự tốt.
- Nhiệt độ cao và độ võng: Khi dòng điện chạy qua nhiều, dây điện có thể trở nên rất nóng và võng xuống (chùng xuống) nhiều hơn. Điều này có thể gây ra vấn đề nếu dây điện ở quá gần cây!
- Gió: Gió có thể làm dây điện bị rung lắc, lâu ngày có thể làm hỏng dây. Bạn có thể thấy những vật nặng nhỏ gọi là "bộ giảm chấn Stockbridge" trên dây – chúng giúp ngăn ngừa hiện tượng rung lắc!
- Từ trường: Đường dây cao thế tạo ra từ trường vô hình, đôi khi có thể khiến dòng điện chạy qua các vật kim loại gần đó như hàng rào, hoặc thậm chí gây nhiễu các thiết bị điện tử. Các kỹ sư thiết kế các tháp này để giữ cho từ trường ở mức thấp, nơi con người có thể ở.
- Tiếng ồn: Đôi khi những đường dây này thậm chí có thể tạo ra tiếng vo ve, vì vậy các kỹ sư cũng phải cân nhắc đến điều đó!
Tương lai của quyền lực
Cách chúng ta sử dụng điện luôn thay đổi. Ngày càng nhiều người lắp đặt tấm pin mặt trời tại nhà, tự tạo ra điện và thậm chí còn truyền tải điện dư trở lại lưới điện! Điều này đồng nghĩa với việc nhu cầu truyền tải điện trên những đường dây điện dài và lớn sẽ giảm đi.
Mặt khác, điện hiện được mua và bán trên những khoảng cách rất xa, vì vậy những "siêu xa lộ điện" này vẫn cực kỳ quan trọng.
Vậy nên, lần tới khi bạn nhìn thấy những cột điện khổng lồ trải dài khắp nơi, hãy nhớ rằng chúng không chỉ là những sợi dây điện đơn giản. Chúng là một ví dụ tuyệt vời về kỹ thuật thông minh, đảm bảo tất cả chúng ta đều có đủ nguồn điện cần thiết!
