تصنيف خطوط النقل الكهربائي من حيث القدرة ومميزات الاستخدام

ما هو تصنيف خطوط النقل الكهربائي من حيث القدرة والاستخدام؟

يكون تصنيف “خطوط النقل الكهربائية” اعتمادا على أداء خط النقل وعلى الأُسس الثلاثة المعروفة كهربائياً، وهي (R) و (L) و (C)، كما يتم توزيع هذه الأُسس الثلاثة بشكل موحد على طول الخط بالكامل، بحيث تشكل المقاومة والحث الممانعة التسلسلية وتوجد السعة بين موصل الخط والموصل الأرضي.

ولمعرفة أداء خط النقل؛ فإنه من الضروري معرفة الطريقة التي يتم بها أخذ السعة في الاعتبار، وبالتالي يتم تصنيف خطوط النقل العلوية على النحو التالي:

• خط التقل القصير: يسمى خط النقل قصيراً عندما يكون طول خط النقل العلوي أقل من 60 كيلومتراً، ويكون جهد الخط منخفضاً (أقل من 20 كيلوفولت)، كما يُعتبر عادةً خط نقل قصير، ونظراً للطول الأصغر والجهد المنخفض للخط؛ فإن تأثيرات السعة للخط صغيرة جداً وبالتالي يمكن إهمالها، لذلك أثناء دراسة أداء خط النقل القصير يتم أخذ مقاومة الخط وتحريضه فقط في الاعتبار.

• خط النقل المتوسط: ​​عندما يكون طول “خط النقل العلوي” حوالي (60 إلى 150) كيلومتراً ويكون جهد الخط مرتفعاً (20 إلى 100 كيلوفولت)، حيث يُعتبر عادةً خط نقل متوسط، ونظراً للطول والجهد الكهربائي الكافيين للخط، كما تؤخذ تأثيرات السعة أيضاً في الاعتبار أثناء دراسة أداء “خط النقل المتوسط”، وذلك على الرغم من أن السعة يتم توزيعها بشكل موحد على طول الخط بالكامل، إلا أنه يتم الحصول على دقة معقولة من خلال النظر في سعة مثل هذا الخط في مكان واحد أو أكثر.

• خط النقل الطويل: عندما يكون طول خط النقل العلوي أكثر من 150 كيلومتراً ويكون جهد الخط مرتفعاً جداً (أكثر من 100 كيلوفولت)؛ فعادة ما يُعتبر خط نقل طويل، ولدراسة أداء مثل هذا الخط، تعتبر “ثوابت الخط” موزعة بشكل موحد على طول الخط بالكامل ويتم استخدام طرق صارمة للحل.

مقارنة بين انتقال التيار المباشر والتيار المتردد على خطوط النقل:

تم تطوير نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة في بداية القرن العشرين، ومنذ ذلك الحين؛ فقد أحرز تقدماً سريعاً في تصميمه وطرق تشغيله، مما أدى إلى مزيد من “الموثوقية والاستمرارية”، كما يمكن نقل الطاقة الكهربائية إما عن طريق نظام التيار المتردد أو التيار المستمر، يعتبر كل نظام له مزاياه وعيوبه، كذلك من المستحسن مناقشة مزايا وعيوب الطريقتين لإجراء مقارنة بين نظام نقل التيار المتردد والتيار المستمر.

مزايا نظام نقل التيار المستمر على خطوط القدرة:

• لا يتطلب ذلك سوى ناقلتي نقل بعيداً مقارنة بثلاثة موصلات في نظام التيار المتردد.

• كما من الممكن أيضاً أن تكون طاقة الإرسال من خلال موصل واحد فقط باستخدام الأرض كمحرك عائد، مما يؤدي إلى توفير الكثير في مادة الموصل (النحاس أو الألومنيوم).

• كما يتم تسخين مشاكل الحث والسعة وإزاحة الطور والارتفاع في التيار المستمر.

• لا يوجد تأثير فعلي على الخط، لذلك؛ يتم استخدام المقطع العرضي الكامل لموصل الخط، وبالتالي؛ فإن الموصل يقدم مقاومة أقل.

نظراً لعدم وجود محاثة وسعة؛ فإن انخفاض الجهد في خط نقل التيار المستمر يكون أقل من خط التيار المتردد لنفس جهد نهاية الإرسال والحمل، لذلك؛ فإن خط نقل التيار المستمر لديه تنظيم أفضل للجهد، وبالنسبة لجهد العمل نفسه؛ فإن الضغط المحتمل على العزل (في حالة نظام التيار المستمر هو 70% من القيمة الفعلية من ذلك في نظام التيار المتردد، وبالتالي؛ فقد يتطلب خط التيار المستمر عزلًا أقل.

كما يوجد فقد أقل للهالة في خط التيار المستمر، مما يقلل من التداخل مع دوائر اتصال الذرة، بحيث لا توجد مشاكل في الاستقرار وصعوبات التزامن في نقل التيار المستمر.

عيوب نظام نقل التيار المستمر على خطوط القدرة:

• لا يمكن توليد الطاقة الكهربائية عند الفولتية العالية في نظام التيار المستمر بسبب صعوبات التبديل.

• لنقل الطاقة عند الفولتية العالية، لا يمكن زيادة جهد التيار المستمر.

كما تحتوي مجموعة المفاتيح الكهربائية (أي قواطع الدائرة) على قيودها الخاصة، وفي الوقت الحاضر، يتم استخدام نظام نقل التيار المتردد عالي الجهد (ثلاثي الأطوار، 3 أسلاك) في الغالب، بحيث يجب مراعاة مزايا وعيوب نظام نقل التيار المتردد عالي الجهد.

مزايا نظام نقل التيار المتردد على خطوط القدرة:

• يمكن توليد طاقة التيار المتردد بجهد كهربائي عالي (33 كيلو فولت أو 11 كيلو فولت).

• يمكن تصعيد جهد التيار المتردد بسهولة وكفاءة إلى الحد الاقتصادي للنقل بواسطة المحولات، كما يمكن أيضاً التنازل عنها بواسطة المحولات إلى أي قيمة حسب متطلبات التوزيع والاستخدام.

• صيانة مجموعة المفاتيح الكهربائية (AC) سهلة وأرخص.

عيوب نظام نقل التيار المتردد على خطوط القدرة:

• يتطلب المزيد من مواد الموصل (النحاس أو الألومنيوم).

• إن بناء عشاء نقل التيار المتردد أكثر تعقيداً من خط نقل التيار المستمر.

• ونظراً لتأثير انهيار سطح العازل أو ما يسمى بالظاهرة القشرية، تكون المقاومة الفعالة لخط التيار المتردد أكثر، مما يزيد من الخسائر ويقلل بالتالي من كفاءة النقل.

• بسبب الحث والسعة، يكون انخفاض الجهد في خط التيار المتردد أكثر من خط التيار المستمر لنفس جهد الإرسال والحمل، وهذا يجعل تنظيم الجهد ضعيفاً.

• تحتوي خطوط نقل التيار المتردد على المزيد من فقدان الهالة، مما يؤدي إلى حدوث تداخل في دوائر الاتصال.

المفاضلة بين نظام نقل التيار المتردد والتيار المستمر:

يتم استخدام نظام تيار متردد ثلاثي الأطوار و 3 أسلاك لنقل الطاقة الكهربائية لأنه، في هذه الحالة، يمكن توليد الطاقة عند الجهد العالي، كما ويمكن تصعيد الجهد وتنحيه بسهولة وكفاءة باستخدام المحولات، ومع ذلك من الواضح أن نقل التيار المستمر عالي الجهد أفضل من نقل التيار المتردد عالي الجهد.

كما أنه من المفضل اعتماد ناقل حركة تيار مستمر عالي الجهد، بحيث يمكن تحقيق ذلك باستخدام المقومات والمحولات لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر والعكس بسهولة وكفاءة، لكن الاتجاه الحالي هو نحو التيار المتردد للتوليد والتوزيع والتيار المستمر عالي الجهد للإرسال.

وأخيراً، تعمل أوروبا على توسيع وتحديث الكثير من بنيتها التحتية للإرسال مع كون (HVDC) يعتبر جزءاً مهماً من خططها، بما في ذلك الترابط بين الدول والقارات، كما يعتبر نقل (HVDC) أرخص من التيار المتردد على مسافة معينة لتوصيل الطاقة، وذلك بسبب التقنيات التخريبية المطورة حديثاً التي تتضمن أشباه موصلات الطاقة.

كما أن الأسباب الفنية الأخرى الباطنية (مثل القضاء على “تأثير القشرة” الذي ينشأ مع التيار المتردد) وتقليل الخسائر من خلال تصميمات محول الطاقة المتقدمة تحفز التحول إلى ناقل الحركة بالتيار المستمر، وعلاوة على ذلك؛ فإن الاستثمار في نقل (HVDC) أقل لأن مقاييس الأسلاك يمكن أن تكون أصغر.