Hệ thống truyền tải điện cao thế 1 chiều HVDC đã cho thấy nhiều ưu điểm so với hệ thống HVAC (điện xoay chiều) và một trong số đó là khả năng tiết kiệm năng lượng tốt hơn nhiều. Theo nghiên cứu của nhiều tài liệu thì hệ thống truyền tải điện xoay chiều HVAC có 2 dạng thất thoát năng lượng gây lãng phí điện khi tải đường dài so với HVDC, là hiệu ứng bề mặt và tổn thất Corona (hiện tượng phóng điện).
1. Hiệu ứng bề mặt là gì?
Đây là hiện tượng mà mật độ dòng điện xoay chiều phân bổ ở bề mặt ruột dẫn hơn là ở gần lõi của ruột dẫn, nghĩa là hiệu quả truyền tải điện chủ yếu tập trung ở bề mặt của dây hoặc với “một độ dày dẫn điện” nhất định. Tần số dòng điện càng cao thì hiệu ứng này xảy ra càng lớn. Ở tần số 60Hz, độ dày ruột dẫn điện hiệu quả là 8.5mm.
Hệ quả của hiện tượng này là làm giảm tiết diện ruột dẫn truyền tải điện hiệu quả, đồng nghĩa với điện trở hiệu quả của dây dẫn sẽ tăng lên.
Hiện tượng này là do từ trường của chính dòng điện gây ra: Dòng điện xoay chiều sinh ra từ trường xoay chiều. Từ trường xoay chiều này sinh ra các dòng điện xoáy bên trong bản thân dây dẫn đó. Tại lõi của sợi dây, dòng điện xoáy sẽ ngược chiều với dòng điện chính, làm giảm mật độ của dòng điện chính còn ở gần bề mặt, dòng điện xoáy lại cùng chiều với dòng điện chính nên sẽ làm tăng mật độ dòng điện.
Ở điện 1 chiều, dòng điện được phân bổ đều lên toàn bộ tiết diện dây dẫn.
2. Hiện tượng phóng điện là gì?
Dạng tổn thất năng lượng thứ 2 mà điện AC có là phóng điện (Corona Effects). Đây là hiện tượng mà điện bị dẫn ra không khí xung quanh dây.
Không khí không phải môi trường cách điện hoàn hảo, nó cũng chứa nhiều electron và ion tự do trong điều kiện bình thường.
“Khi một dòng điện xoay chiều được tạo ra chạy qua hai dây dẫn của một đường dây tải điện (điều kiện là khoảng cách giữa 2 dây lớn hơn so với đường kính của chúng), không khí xung quanh các dây dẫn (bao gồm các ion) sẽ chịu ứng suất điện môi. Ở các giá trị điện áp thấp thì không có gì xảy ra do ứng suất quá nhỏ để ion hóa không khí, nhưng khi hiệu điện thế tăng vượt quá một giá trị ngưỡng nào đó (được gọi là điện áp đánh thủng tới hạn), cường độ trường trở nên đủ mạnh để không khí xung quanh vật dẫn phân ly thành các ion – làm cho nó dẫn điện.”
Hiện tượng này làm phát sinh ánh sáng phát quang mờ nhạt, cùng với âm thanh rít kèm theo sự giải phóng Ozone. Điện áp đánh thủng tới hạn này xảy ra ở khoảng 30 kV. Hiện tượng này thường xảy ra trên đường dây trung thế và cao thế.
Hiện tượng này xay ra khi có đủ 2 điều kiện chính:
- Hiệu điện thế xoay chiều đủ lớn và là yếu tố chính quyết định sự phóng điện;
- Khoảng cách giữa các dây dẫn phải lớn hơn so với đường kính dây dẫn.
Tuy nhiên. hiện tượng này ít xảy ra hơn ở hệ thống HVDC tới 3 lần so với HVAC.
3. Hiệu ứng tiệm cận
Khi đặt hai hay nhiều dây dẫn gần nhau thì điện từ trường của chúng sẽ tương tác với nhau, đây được gọi là hiệu ứng tiệm cận. Do sự tương tác này, dòng điện trong mỗi dây dẫn sẽ được phân phối lại sao cho mật độ dòng điện tập trung ở dây này sẽ ở mặt xa dây dẫn kia nhất hoặc gần dây dẫn kia nhất, tùy thuộc vào chiều dòng điện.
Cụ thể, khi các dây dẫn gần nhau mang dòng điện cùng chiều (++) thì dòng điện sẽ tập trung ở phía xa nhất của mỗi dây dẫn. Khi các dây dẫn gần nhau mang dòng điện ngược chiều (+-), thì dòng điện tập trung ở các phần gần nhất của vật dẫn.
