خطوط نقل القدرة الكهربائية فائقة الجهد

أهمية خطوط نقل القدرة الكهربائية فائقة الجهد في النظام الكهربائي:

تتطلب البلدان ذات العقلية الصناعية في العالم كمية هائلة من الطاقة التي تشكل الطاقة الكهربائية جزءاً كبيراً منها، كما أن هناك أنواع أخرى من الطاقة مثل النفط للمواصلات والصناعة والغاز الطبيعي للاستهلاك المنزلي والصناعي، والتي تشكل نسبة كبيرة من إجمالي استهلاك الطاقة.

وبالتالي، لا تمثل الطاقة الكهربائية الشكل الوحيد الذي يتم فيه استهلاك الطاقة، ولكنها تمثل جزءاً مهماً، ومع ذلك، لقد مرت 150 عاماً فقط على اختراع “فاراداي” للدينامو و 120 عاماً منذ تركيب أول محطة مركزية من قبل إديسون باستخدام التيار المستمر.

لكن العالم قد استهلك بالفعل جزءاً كبيراً من موارده الطبيعية في هذه الفترة القصيرة ويبحث عن مصادر للطاقة غير المائية والحرارية لتلبية معدل الاستهلاك السريع الذي يفوق اكتشاف الموارد الجديدة، لذلك لن يتباطأ هذا بمرور الوقت، وبالتالي هناك حاجة لتقليل معدل الزيادة السنوية في استهلاك الطاقة من قبل أي مجتمع ذكي إذا كان لابد من الحفاظ على الموارد للأجيال القادمة.

وبعد نهاية الحرب العالمية الثانية، أصبحت البلدان في جميع أنحاء العالم مستقلة وأظهرت معدلًا هائلاً من التطور الصناعي، وفي الغالب على غرار دول أمريكا الشمالية وأوروبا والاتحاد السوفيتي واليابان، لذلك؛ فإن الحاجة إلى الطاقة ملحة للغاية في هذه البلدان النامية.

حيث أن السياسات الوطنية وعلاقتها بالدول الأخرى تستند أحياناً إلى متطلبات الطاقة، ولا سيما النووية، حيث تقع محطات الطاقة الكهرومائية والفحم أو التي تعمل بالنفط بعيداً جداً عن مراكز التحميل لأسباب مختلفة تتطلب نقل الطاقة الكهربائية المتولدة عبر مسافات طويلة جداً.

مراحل تطور خطوط نقل القدرة فائقة الجهد:

يمكن افتراض أن ناقل الحركة المتردد قد شهد تطوره منذ نهاية الحرب العالمية الثانية، وذلك مع تركيب (345) كيلو فولت في أمريكا الشمالية و (400) كيلو فولت في أوروبا، حيث زادت المسافة بين محطات التوليد ومراكز التحميل وكذلك كمية الطاقة التي يجب التعامل معها لدرجة أن (220) كيلو فولت لم يكن كافياً للتعامل مع المشكلة.

وفي هذه السنوات الخمسين تقريباً زاد الجهد التجاري الأعلى من (1150) كيلو فولت الى (1200 كيلو فولت كحد أقصى)، والبحث جارياً عند 1500 كيلو فولت بواسطة مجموعة (AEP-ASEA) في الهند، حيث أن أعلى جهد مستخدم هو (400) كيلو فولت تيار متردد، ولكن سيتم زيادته إلى مستويات أعلى.

كما تختلف المشاكل المطروحة في استخدام مثل هذه الفولتية العالية عن تلك التي تواجهها في الفولتية المنخفضة، وهي:

• زيادة الكثافة الحالية بسبب زيادة تحميل الخط باستخدام المكثفات المتسلسلة.

• استخدام الموصلات المجمعة.

• تدرج الجهد السطحي العالي على الموصلات.

• مشاكل ظاهرة كورونا والضوضاء المسموعة والتداخل اللاسلكي وفقدان طاقة كورونا وتداخل الناقل والتداخل التليفزيوني.

• مجال إلكتروستاتيكي عالي تحت الخط.

• تبديل التيار الكهربائي الزائد الذي يتسبب في مزيد من العزل لفجوة الهواء مقارنة بجهد البرق أو تردد الطاقة.

• زيادة تيارات الدائرة القصيرة وإمكانية ظروف الرنين الحديدي.

• استخدام موانع أكسيد الفلز الخالية من الفجوات لتحل محل موانع سد الفجوة التقليدية من كربيد السيليكون، ولكل من مهام الصواعق والتبديل المفاجئ.

• تعويض مفاعل التحويل واستخدام المكثفات المتسلسلة، مما يؤدي إلى ظروف رنين غير متزامنة محتملة وتيارات دائرة قصر عالية.

• تنسيق العزل على أساس تبديل مستويات النبض.

• إعادة الإغلاق أحادي القطب لتحسين الاستقرار، ولكن يسبب مشاكل في الانحناء.

كما أن الموضوع واسع جداً بحيث لا يمكن لأي تفصيل أن يأمل في التعامل معه من خلال وصف وتحليل ومناقشة جميع الموضوعات، لذلك تقتصر الدراسات النظرية على خط النقل فقط ولم يتعامل مع الاستقرار العابر والديناميكي وتدفق الأحمال وانقطاع الدائرة.

كما تمت مناقشة الفولتية الزائدة وخصائص الفجوات الهوائية الطويلة لتحملها باستفاضة، والتي يمكن تصنيفها على أنها مشاكل عابرة، حيث تعتبر العناصر السابقة من مشكلات الحالة المستقرة ويجب تصميم خط للبقاء ضمن الحدود المحددة لمشاكل التداخل وفقدان الإكليل والمجال الكهروستاتيكي والجهد عند الطرف المرسل وحافلات النهاية المستقبلة من خلال تعويض الطاقة التفاعلية المناسب.

وأخيراً عندما زادت الفولتية للخط العلوي للاستخدام التجاري إلى 1200 كيلوفولت، ظهرت الحاجة الى نقل الطاقة السائبة من المحطات المركزية الكبيرة إلى مراكز التحميل البعيدة حتى محطات الاستقبال، وذلك من أجل ربط المحولات ومعدات التبديل الأخرى لتغذية محطات التوزيع الفرعية في المناطق الصناعية والمنزلية الحضرية المزدحمة للغاية، وللحالات الخاصة الأخرى مثل النقل تحت النهر أو تحت البحر، لخطوط الـ (e.h.v)؛ فإن الكابلات لهذه الفولتية والطاقات العالية جداً ضرورية للغاية.