اقرأ في هذا المقال
أهمية انتظام الجهد على خطوط النقل الكهربائية:
في تاريخ الكهرباء، كان نقل الطاقة الكهربائية موضوعاً متنازعاً عليه كثيراً، حيث أدت هذه الخلافات إلى سلسلة من الأحداث تسمى “حرب التيارات”، كما تركز الجدل الرئيسي في هذه “الحرب” على كفاءة أنظمة نقل التيار المباشر (DC) والتيار المتردد (AC).
وبالطبع، لم تكن ساحة معركة حقيقية، لذا لا يمكن إعلان هدنة بين الخصوم، وبالنظر إلى ذلك؛ فقد بقي الجدل قائماً في أواخر القرن التاسع عشر، وفي الوقت الحاضر، تعد أنظمة نقل التيار المتردد ذات الجهد العالي هي الطريقة المستخدمة على نطاق واسع لنقل الطاقة الكهربائية من محطات التوليد الموجودة عن بعد إلى المحطات الفرعية بالقرب من المدن المكتظة بالسكان.
وعلى الرغم من أن نقل التيار المتردد عالي الجهد اقتصادي، إلا أن انخفاض جهد الخط وتنظيم الجهد وكفاءة النقل يمثل مخاوف جدية عند تصميم نظام خط النقل، كما يتسبب انخفاض الجهد في خط النقل في انخفاض جهد الطرف المستقبل (VR) مقارنة بجهد نهاية الإرسال (VS).
كما يجب أن يكون “فرق الجهد الكهربائي” (VS- VR) ضئيلاً في نظام نقل الطاقة الاقتصادي، حيث أن تنظيم الجهد هو مقياس لمقدار الجهد الذي يتم إسقاطه على طول خط النقل من نهاية الإرسال (الباعث) إلى الطرف المستقبل.
انخفاض جهد الخط وتنظيم الجهد وكفاءة نقل الطاقة:
يرجع انخفاض جهد الخط في خط النقل أساساً إلى معلومات خط النقل، مثل المقاومة (R) والحث (L) والسعة (C) والتوصيل التحويلي (G)، كما توفر هذه المعلمات مقاومة لتدفق التيار وانخفاض الجهد عبر طول خط النقل.
وعندما يزداد انخفاض جهد الخط؛ فإنه ينخفض جهد طرف الاستقبال (VR)، ونسبياً “تنظيم الجهد” هو نسبة الفرق في جهد طرف الإرسال والنهاية المستقبلة إلى جهد نهاية المستقبل، وعادة ما يتم التعبير عن تنظيم الجهد كنسبة مئوية:
وفي حالة عدم التحميل، يكون جهد طرف الإرسال والجهد المستقبِل متساويين (VS = VR)، خاصةً عندما ينقل خط النقل تياراً تحت حالة محملة؛ فإنه ينخفض جهد طرف الاستقبال (VR) من حالة عدم التحميل، كما ويأخذ تنظيم الجهد قيمة موجبة محددة. في بعض الحالات، حيث يتم التعبير عن تنظيم الجهد بالمعادلة التالية:
حيث (VNL) هو جهد طرف الاستقبال عند عدم وجود حمل و (VFL) هو جهد طرف الاستقبال عند التحميل الكامل، وبغض النظر عن كيفية وصفنا لتنظيم الجهد؛ فإن القيمة المنخفضة مطلوبة في أي خط نقل بغض النظر عن مستويات الجهد وطول الخط.
كما من بين معلمات الخط الموزع، تعتبر “مقاومة كبلات الطاقة” مهمة في التسبب في انخفاض الجهد وفقدان الطاقة في الخط، وذلك نظراً لأن خسائر الطاقة تشغل حصة عادلة من القدرة المرسلة؛ فإن القدرة النهائية المستقبلة تصبح أقل نسبياً، كما تسمى نسبة القدرة الطرفية المستقبلة إلى الطاقة الطرفية المرسلة في خط نقل الطاقة الكهربائية بكفاءة النقل، حيث يمكن التعبير عن كفاءة النقل بالمعادلة التالية:
حيث تمثل (IR و IS)، هي عبارة عن التيارات الطرفية المستقبلة والنهاية المرسلة على التوالي، كما أن (cos Rand cos Sare) هما معاملي القدرة في النهاية المستقبلة والنهاية المرسلة على التوالي، وبشكل عام؛ فإن عامل القدرة في الدائرة هو نسبة الطاقة الحقيقية المستخدمة للعمليات والقدرة الظاهرة المقدمة للدائرة.
حيث يمكننا أن نستنتج أنه عندما يزداد انخفاض جهد الخط، كما ينخفض جهد طرف الاستقبال ويجعل تنظيم الجهد قيمة أعلى، وبالمثل؛ فإنه يؤدي “تبديد الطاقة” وتفريقها في مقاومة الخط إلى انخفاض كفاءة كبلات نقل الطاقة.
تأثير (R و L و C) على خطوط النقل الكهربائية:
يوجد توزيع موحد لـ (R و L و C)، وهي أجزاء دائرة الرنين على طول خط النقل، بحيث تتكون “الممانعة التسلسلية” من المقاومة والتحريض، وفي حين أن السعة والتوصيل بين الموصلات يشكلان ممانعة التحويل؛ فإن تأثير معلمات الخط هذه يختلف عن تنظيم الجهد باختلاف طول كابلات النقل.
حيث تعتبر مقاومة الخط (R) هي الخاصية المادية لموصل كابل الطاقة، كما تعتمد قيم (R) على المعلومات الفيزيائية مثل درجة الحرارة المحيطة وترتيب الموصل في الكابلات المجمعة وتصاعد الموصلات المجدولة، أو نوع المعدن في الموصل.
كما ينتج عن تردد جهد التيار المتردد ظاهرة تُعرف باسم الظاهرة القشرية، والتي بدورها تضاعف مقاومة الخط بعامل (1.02) (عامل تصحيح الجلد، k) في نظام نقل التيار المتردد 60 هرتز، كما أن وجود خطوط حاملة للتيار في المنطقة المجاورة يزيد أيضاً من مقاومة كابل النقل، وهذا ينطبق أكثر في خطوط النقل ثلاثية الطور.
كما تتحكم المجالات المغناطيسية والكهربائية المرتبطة بخطوط النقل الحاملة للتيار في معلمات الخط، مثل الحث المتسلسل (L) وسعة التحويل (G)، حيث يلعب “الترتيب الهندسي” لكابل النقل أيضاً دوراً مهماً في توزيع معلمات التفاعل على طول خط النقل.
كما يتم حساب توصيل التحويلة (G) فقط عندما يكون هناك تدفق تيار تسرب في خط النقل، حيث أن قيمة (G) مسؤولة عن تدفق تيار التسرب بين الموصلات والأرض، ونظراً لأن تيار التسرب صغير جداً، وذلك مقارنةً بتيار الخط في خطوط النقل الكهربائي؛ فإن توصيل التحويلة (G) عادةً ما يتم إهماله في نمذجة خط النقل.
