التقنيات الخاصة بخطوط نقل القدرة الكهربائية

تصحيح وعكس المكونات بواسطة التقنيات الخاصة لخطوط النقل:

يُعرف تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر بالتصحيح، ومن التيار المستمر إلى التيار المتردد على أنه انعكاس، حيث استخدمت الأنظمة المبكرة للزئبق على أنها مقومات، والتي ثبت أنها غير موثوقة، كما تم استخدام صمام الثايرستور لأول مرة في أنظمة (HVDC) في الستينيات، كما تؤدي المحولات الحديثة أياً من الوظيفتين.

كما أن الثايرستور هو جهاز أشباه موصلات صلبة يشبه الصمام الثنائي ولكن مع طرف تحكم إضافي يستخدم لتشغيل الجهاز في لحظة معينة أثناء دورة التيار المتردد، كذلك “الترانزستور ثنائي القطب” ذو البوابة المعزولة (IGBT) يستخدم الآن أيضاً في التصحيح والانعكاس.

ونظراً لأن الفولتية في أنظمة (HVDC)، والتي تبلغ حوالي 500 كيلو فولت في بعض الحالات، قد تتجاوز الفولتية الانهيار لأجهزة أشباه الموصلات، كما يتم إنشاء محولات (HVDC) باستخدام أعداد كبيرة من أشباه الموصلات في السلسلة.

كما يجب عزل “دوائر التحكم” ذات الجهد المنخفض المستخدمة لتشغيل وإيقاف الثايرستور عن الفولتية العالية الموجودة في خطوط النقل، كما يتم ذلك عادة بصرياً، خاصةً في نظام التحكم الهجين، كما ترسل إلكترونيات التحكم ذات الجهد المنخفض نبضات ضوئية على طول الألياف الضوئية إلى إلكترونيات التحكم عالية الجانب.

وبدلاً من ذلك؛ فقد يستخدم نظام إطلاق الضوء المباشر نبضات ضوئية من إلكترونيات التحكم لتبديل الثايرستور الذي يعمل بالضوء (LTTs)، كما يشار إلى عنصر التحويل الكامل عادة باسم “الصمام”، وذلك بغض النظر عن بنائه.

كما يتم إنشاء العديد من محطات التحويل بطريقة يمكن أن تعمل “كمقومات وعواكس”، وفي نهاية التيار المتردد، تقوم مجموعة من المحولات، وهي غالباً ثلاثة محولات أحادية الطور منفصلة من خلال عزل المحطة عن مصدر التيار المتردد وتوفير الأرض المحلية وتوفير جهد التيار المستمر الصحيح.

كما يتم توصيل مخرج هذه المحولات بمقوم جسر لعدد من صمامات المحول، بحيث يستخدم التكوين الأساسي ستة صمامات، كما تربط كل مرحلة من المراحل الثلاث بكل من القضبان (DC)، ومع ذلك ومع تغيير الطور فقط كل ستين درجة، تبقى تناغمات كبيرة (توقيع التيار المتردد) على قضبان التيار المستمر.

أيضاً يستخدم تحسين هذا التكوين اثني عشر صماماً (يُعرف غالبًا باسم نظام اثني عشر نبضة)، كما يتم تقسيم التيار المتردد إلى قسمين منفصلين من إمدادات ثلاثية الطور قبل التحول، حيث يربط اثنا عشر حرفاً في ذاكرة التخزين المؤقت لمجموعات (tav) المكونة من ثلاث مراحل بقضبان (tav ) DC.

مما يؤدي إلى إعادة التذبذب في فرق طور بمقدار ثلاثين درجة بين كل مجموعة من المجموعات المكونة من ثلاث مراحل، كذلك يقلل بشكل كبير من التوافقيات. بالإضافة إلى محولات (comersion) و (scts) الصمامات، كما تساعد العديد من المكونات السلبية والمقاومة المتفاعلة في القضاء على الحموضة على قضبان التيار المستمر.

ربط شبكة خطوط النقل الكهربائية الخاصة بالتيار المتردد:

باستخدام تقنية الثايرستور، يمكن فقط ربط (metaorks) المتزامنة بالتيار المتردد بشكل مباشر، وتلك التي لها نفس التردد والتي هي في الطور، ومع ذلك؛ قد يكون لدى العديد من المناطق التي ترغب في مشاركة الطاقة شبكات غير متزامنة، على سبيل المثال، تعمل المملكة المتحدة وأوروبا القارية عند 50 هرتز  واليابان لديها 50 هرتز و 60 هرتز.

كما أن الشبكات في شمال أنسيريكا، وأثناء تشغيله بسرعة 60 هرتز في جميع الأنحاء، ينقسم إلى أربع مناطق يتم فيها مزامنة الطاقة: سريّع وغرب وتكساس وكيبيك، كما تسمح روابط (DC) لهذه الأنظمة غير المتزامنة بالترابط، كما تضيف أنظمة (HVDC) المستندة إلى (IGBT) إمكانية التحكم في جهد التيار المتردد وتدفق الطاقة التفاعلي.

أيضاً تولد أنظمة توليد الطاقة مثل الخلايا الكهروضوئية تياراً مباشراً، حيث تولد توربينات الرياح والمياه الأساسية تياراً مضيئاً بتردد يعتمد على سرعة القيادة، وفي الحالة الأولى، يتم توليد تيار مباشر عالي الجهد، والذي يمكن استخدامه مباشرة لنقل الطاقة.

كما يمثل المثيل الثاني نظام (AC) غير متزامن، والتي لا تستفيد من الربط بين “التيار المتردد”، لذلك قد تستفيد أي من الحالتين من استخدام (HVDC) للنقل مباشرة من محطة التوليد، خاصة إذا كانت تقع في أماكن بعيدة، وبشكل عام، يربط خط الطاقة (HVDC) منطقتين من التيار المتناوب في شبكة الطاقة،

لذلك تعد محطات التحويل التي تربط بين طاقة التيار المتردد والتيار المستمر باهظة الثمن، وتكلفة كبيرة في نقل الطاقة فوق مسافة التعادل (حوالي 31 ميلاً للكابلات البحرية وربما (375 إلى 500) ميل للكابلات ذات الرأس العالي)؛ فإن التكلفة المنخفضة لكابل (HVDC) تفوق تكلفة المحولات الكهربية.

بالإضافة إلى ذلك، تسمح الكهرباء التحويلية بإدارة شبكة (pover)، وذلك من خلال التحكم في حجم واتجاه تدفق الحفار، كما يمكن أن تزيد روابط (Thas) و (HVDC) من الاستقرار في شبكة النقل.

القطبية و (Rarth Reture):

في نظام (DC)، يوجد فرق جهد ثابت بين قضيبين، وفي تكوين مشترك، يتم توصيل أحد القضبان بـ (Farth) و (carthed)، مما يجعله في إمكانات الأرض والسكة الأخرى، خاصةً عند ارتفاع قوي فوق الأرض أو تحتها، وتكون متصلة بخط نقل.

كما قد يتم توصيل أو عدم توصيل السكة الأرضية في نهاية المصدر لدائرة التيار المتردد بالسكة المقابلة في الطرف النهائي للدائرة عن طريق موصل خط نقل ثان، وذلك كما يشير خط النقل الأحادي القطب إلى خط نقل بدون موصل مؤرض مصاحب.

ولإكمال الدورة؛ فإن تيار فارث (knosn كتيار تيلوريك) (flonss) بين الأقطاب الكهربائية الأرضية في المحطتين، قد يكون لمثل هذا التيار البعيد الكبير تأثيرات غير مرغوب فيها في العديد من المواقع، مما يجعل الأنظمة أحادية القطب غير مقبولة.

كما تشمل القضايا المحيطة بتيارات عودة الأرض ما يلي:

• قد يكون للأجسام المعدنية الممتدة، مثل “خطوط الأنابيب”، تياراً كبيراً مستحثاً فيها، مما يؤدي إلى التآكل ما لم يتم استخدام الحماية الكاثودية، كما ويمكن أن تحدث مشاكل في الشرارة والصدمات إذا كان التأريض غير مكتمل.

• إذا كان أي من القطبين المؤرضين قريبين من البحر، يمكن أن تتدفق التيارات عبر المياه المالحة وتتسبب في انبعاث غاز الكلور الثنائي وتجعل الماء يقطع القطب الكهربي الألاليني.

• يمكن أن يؤدي وجود تيار أرضي كبير إلى توليد “مجال مغناطيسي” واسع النطاق للتيار المستمر، والذي يمكن أن يؤثر على تركيبات التجوال.

• يمكن تخفيف هذه التأثيرات إلى حد ما عن طريق وضع موصل ثانٍ عند الجهد الأرضي جنباً إلى جنب مع أحادي القطب لحمل تيار الأرض.

أيضاً يوفر ناقل الحركة ثنائي القطب بديلاً للانتقال أحادي القطب، خاصةً في الإرسال ثنائي القطب، كما يتم استخدام زوج من الموصلات، كل منها بإمكانية عالية فيما يتعلق بالأرض في قطبية معاكسة، بحيث يعتبر التحول ثنائي القطب أكثر كفاءة من النقل أحادي القطب بسبب طبقة السطر الثاني.