Tại sao cáp điện cao thế trên không là nhôm thay vì đồng?

Một lý do duy nhất: Đắt. Các đường dây điện trên cao có thể dài hàng trăm km, chi phí để sản xuất hàng trăm km đồng là cực kỳ lớn. Ngoài ra đồng cũng hiếm và so với nhôm thì hiệu suất không cao hơn quá nhiều khi truyền tải điện áp cao.

Trong tất cả các kim loại dẫn điện, chỉ có hai trong số đó được sử dụng rộng rãi để sản xuất dây dẫn điện là nhôm và đồng vì độ dẫn điện tuyệt vời, ngoài ra chúng không dễ bị ăn mòn và rất dễ uốn.

Bạn cũng sẽ thấy đồng là vật liệu chính được sử dụng cho hầu hết điện dân dụng trong nhà nhưng khi nói đến đường dây tải điện cao áp, nhôm được ưu tiên hơn nhiều. Tại sao?

Lý do cáp điện cao thế vẫn là nhôm thay vì đồng

1. Đồng rất đắt

Đồng có sẵn ở dạng tự nhiên như một khoáng chất, nó cần thời gian và tài nguyên để khai thác. Để đồng nguyên chất được sử dụng làm vật liệu dẫn điện cho các đường dây điện áp cao, các thợ mỏ phải mất nhiều năm làm việc mới có thể sản xuất đủ đồng.

Các nguồn quặng đồng trên Trái đất cũng không nhiều và đang được khai thác triệt để, trong khi nhu cầu lại rất lớn. Cung ít cầu nhiều khiến cho giá đồng đôi lúc cao hơn giá nhôm gấp 5 lần.

So với nhôm về chi phí thì cũng cần so cả về hiệu suất truyền tải. Mặc dù nhôm chỉ có hiệu suất tải điện bằng ~ 65% so với đồng, nhưng ở mức điện áp rất cao thì hiệu suất truyền tải điện của đồng lại không cao hơn nhôm là bao.

Để truyền tải cùng một dòng điện, dây nhôm phải có tiết diện lớn hơn dây đồng nhưng các nghiên cứu đã chứng minh rằng chi phí tăng thêm khi tăng tiết diện dây nhôm không lớn so với hiệu suất truyền tải.

Bạn xem thêm tại đây.

Ngoài ra, nhôm cũng nhẹ hơn đồng rất nhiều nên sẽ giảm áp lực cho khâu sản xuất, lắp đặt cũng như truyền tải.

2. Lực kéo căng không phù hợp

Độ bền kéo căng của dây dẫn điện rất quan trọng vì bạn sẽ không muốn một sợi cáp giòn, dễ gãy bị uốn cong. Việc truyền tải đường dây điện áp cao liên quan đến nhiều sự uốn cong của cáp trong quá trình lắp đặt. Vì các dây cáp luôn bị xoay bởi gió mạnh, nên thỉnh thoảng chúng sẽ bị đứt, do đó chi phí bảo trì và sửa chữa cao.

3. Quá nặng

Đồng nặng sẽ khiến cho lực kéo căng lớn hơn để đảm bảo độ võng tối thiểu của đường dây. Khi lực kéo căng quá lớn sẽ gây áp lực lên các điểm nối và điểm trợ lực, nghĩa là gây áp lực lớn hơn cho tháp truyền tải.

4. Tổn thất dòng điện nhiều

Điện cao áp truyền từ trạm phát điện đến nhà của chúng ta dưới hai dạng dòng điện – dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều. Cáp điện có tiết diện mặt cắt ngang càng lớn thì độ dẫn điện càng nhiều và do đó cũng càng gây tổn thất năng lượng điện ac. Truyền tải điện chủ yếu hiện nay vẫn là điện xoay chiều 3 pha. Ở điện xoay chiều 3 pha so với điện 1 chiều, nó còn có 2 dạng tổn thất khác là hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng phóng điện.

Đối với hiệu ứng bề mặt: Việc sử dụng dây dẫn điện có tiết diện lớn sẽ khiến tổn thất bề mặt càng lớn, hiệu quả truyền tải điện càng giảm. Đó là lý do dây dẫn nhôm được chia thành các cụm dây dẫn để giảm tổn thất do hiệu ứng bề mặt. Thắc mắc của bạn là tại sao không làm thế với đồng. Câu trả lời đơn giản: Chi phí dây dẫn tăng.

Xây dựng Đường dây truyền tải điện giống như là xây dựng mạch xương sống của nền kinh tế và nó phải được nghiên cứu cẩn thận trước khi triển khai. Dây dẫn điện là đồng hay nhôm cũng là một bài toán cần được giải đáp, trong đó các nhà nghiên cứu phải tính toán tới hiệu quả truyền tải điện trong vòng đời của dây so với chi phí đầu tư. Đó là một bài toán khó nhưng đã có lời giải đáp: Nhôm luôn là ưu tiên cho đường dây điện cao áp so với đồng.

Tham khảo: Các loại cáp điện cho đường dây trên cao.