الخسائر الكهربائية في أنظمة القوى

نبذه مختصرة:

يعتمد المجتمع الحديث والمتحضر بشكل كبير على استخدام الطاقة الكهربائية؛ لأنها كانت أقوى وسيلة لتسهيل التطورات الاقتصادية والصناعية والاجتماعية، يتم نقل الطاقة الكهربائية المنتجة في محطات توليد الطاقة إلى مراكز التحميل، حيث يتم توزيعها على المستهلكين من خلال استخدام خطوط نقل تعمل من مكان إلى آخر، ونتيجة للخصائص الفيزيائية للوسط الناقل، يتم فقد بعض الطاقة المرسلة في المناطق المحيطة ويتم التأثير الكلي لفقدان الطاقة على النظام بتقليل كمية الطاقة المتاحة للمستهلكين.
تعتمد المعرفة الدقيقة بخسائر الإرسال على القدرة على التنبؤ بشكل صحيح بالتيار والجهد المتاح على طول خطوط النقل، لذلك تمت صياغة تعبيرات فيزيائية رياضية تصور تطور التيار والجهد على خط نقل نموذجي، وكانت مشتقة منها نماذج للتنبؤ بالتيار والجهد المتاح على التوالي، وفي أي نقطة على خط النقل، حيث تطورت النماذج التنبؤية كتعبيرات صريحة لمتغير تجريبي، وهي في اتفاق وثيق مع البيانات التجريبية والواقع.

مقدمة حول أسباب الخسارة:

لا يمكن المبالغة في التأكيد على أهمية الطاقة الكهربائية في عالم اليوم؛ لأنها مصدر الطاقة الرئيسي للأنشطة الصناعية والتجارية والمنزلية، وتوافرها بالكمية المناسبة أمر ضروري لتقدم الحضارة.

يتم توليد الطاقة الكهربائية في محطات الطاقة التي عادة ما تكون بعيدة عن مراكز التحميل، وعلى هذا النحو مطلوب شبكة واسعة من الموصلات بين محطات الطاقة والمستهلكين، حيث يمكن تقسيم شبكة الموصلات هذه إلى مكونين رئيسيين وهما يسمى نظام النقل ونظام التوزيع، يقوم نظام النقل بتوصيل الطاقة الأكبر من محطات الطاقة إلى مراكز التحميل والمستهلكين الصناعيين الكبار، بينما يقوم نظام التوزيع بتوصيل الطاقة من المحطات الفرعية إلى مختلف المستهلكين.

من المعروف أن كفاءة مكون النقل في نظام الطاقة الكهربائية يعيقها عدد من المشاكل، خاصة في دول العالم الثالث وهذه المشاكل الرئيسية التي تم تحديدها تشمل تطبيق التكنولوجيا غير الملائمة، وعدم كفاية المواد والمعدات والقوى البشرية.

من فيزياء نقل الطاقة الكهربائية، عندما يتعرض الموصل للطاقة الكهربائية (أو الجهد)، يتدفق التيار الكهربائي في الوسط، تنتج مقاومة التدفق حرارة (طاقة حرارية) تتبدد في المناطق المحيطة، ويشار إلى فقدان الطاقة هذا على أنه خسارة، علاوة على ذلك، إذا تجاوز الجهد المطبق مستوى حرج، يحدث نوع آخر من فقدان الطاقة، يسمى تأثير الإكليل، تتراكم خسائر الطاقة مع تدفق التيار المستحث وانتشار تأثير الهالة على طول خطوط النقل، يمكن أن تقلع خسائر الطاقة جزءاً كبيراً من القدرة المرسلة؛ لأن خطوط النقل تمتد عادةً لمسافة طويلة، وأحياناً عدة مئات من الكيلومترات، التأثير الكلي لفقدان الطاقة على النظام هو تقليل كمية الطاقة المتاحة للمستهلكين، لذلك فإن المعرفة الدقيقة بخسائر الطاقة على خطوط النقل ستكون مفيدة في التخطيط لتزويد كمية كافية من الطاقة اللازمة في الشبكة الكهربائية.

تتمثل إحدى طرق تخفيف الخسائر في عملية نقل الطاقة الكهربائية في تطبيق بعض الاستراتيجيات لتقليل الخسائر، حيث قام العالم (راميش) وآخرون بعمل بحث في تقليل فقد الطاقة في شبكات التوزيع باستخدام إعادة هيكلة المغذي وتنفيذ التوليد الموزع وطريقة وضع المكثف.
فيما بعد فقد استخدم كلاً من الدكتور(Rugthaicharoencheep)والدكتور(Sirisumrannukul)، إعادة تكوين وحدة التغذية لتقليل الخسارة في نظام التوزيع مع المولدات الموزعة، كذلك العمل على تقليل الخسارة باستخدام التدفق الأمثل للطاقة بناءً على ذكاء السرب، وفي الآونة الأخيرة، تم تطبيق تقنية التحسين الكلاسيكية لصياغة الاستراتيجية المثلى التي تقلل من فقد قدرة النقل إلى أدنى حد ممكن، تتمثل الاستراتيجية في نقل الطاقة الكهربائية عند تيار منخفض للغاية بجهد تشغيل عالي قريب من الجهد الحرج المضطرب والمسافة بين خطوط النقل لا تقل عن القيمة ونصف قطر وسيط النقل و جهد الطور، على التوالي.

تدفق الطاقة على خطوط النقل:

في هذا الجانب، يجب التوصل الى التعبيرات التي يجب أن يفي بها الجهد والتيار في خطوط النقل المنتظمة، سيكون لخط النقل الحقيقي بعض المقاومة التسلسلية المرتبطة بفقد القدرة في الموصل، قد يكون هناك أيضاً بعض توصيل التحويل إذا كانت المادة العازلة التي تحتوي على موصلين بها تيار تسرب، لذلك فإن المقاومة والتوصيل مسؤولان عن فقد الطاقة في خطوط النقل تحقيقاً لهذه الغاية، نقوم بصياغة نموذج لخط نقل ضياع حيث يتم الاهتمام بتأثير (المقاومة) والتوصيل (الموصلية) على خطوط النقل.

يمثل هذا المخطط رسم توضيحي لخطوط النقل الكهربائية، والتي من خلالها يتم اشتقاق المعادلات الرياضية (التفاضلية)، وفيما بعد يتم حساب الخسائر الكهربائية على الأجزاء الواصلة بين طرفي التوليد والاستهلاك على طول الخط.