خطوط نقل الكهرباء

تقوم خطوط النقل بدور حيوي في نقل الطاقة الكهربائية من محطات التوليد الفرعية إلى وحدات التوزيع المختلفة. حيث تقوم بنقل موجات الجهد والتيار بكفاءة من طرف إلى آخر. من الناحية الهيكلية، تتكون خطوط النقل من موصل يحافظ على مقطع عرضي ثابت طوال طوله. بينما تؤدي الهواء دور الوسط العازل أو الموصل بين الموصلات، مما يلعب دورًا مهمًا في منع تسرب الكهرباء وضمان نقل الكهرباء بأمان وكفاءة.

من أجل اعتبارات السلامة، يتم الحفاظ على مسافة كبيرة بين خط النقل والأرض. وتستخدم أبراج كهربائية لدعم موصلات خط النقل. هذه الأبراج مبنية من الصلب لتزويد الموصلات بالقوة والاستقرار، مما يضمن نقل الطاقة بشكل موثوق. عند نقل الكهرباء ذات الجهد العالي عبر مسافات طويلة، غالبًا ما يتم استخدام التيار المباشر ذو الجهد العالي (HVDC) في خطوط النقل بسبب مميزاته الفريدة في تقليل خسائر الطاقة وتحسين كفاءة النقل.

معلمات خط النقل

تعتمد أداء خط النقل على معلماته الداخلية. تتكون خطوط النقل بشكل أساسي من أربعة معلمات رئيسية: المقاومة، الاستحثاث، السعة الكهربائية، والتوصيل المتوازي. يتم توزيع هذه المعلمات بالتساوي على طول الخط بأكمله، وهو السبب في أنهم يُشار إليهم أيضًا باسم المعلمات الموزعة لخط النقل. كل من هذه المعلمات يلعب دورًا حاسمًا في تحديد كيفية نقل الإشارات الكهربائية والطاقة، مما يؤثر على جوانب مثل خسائر الطاقة وهبوط الجهد وسلامة الإشارة.

يتألف الاستحثاث والمقاومة معًا ليشكلا المقاومة المتسلسلة، بينما تشكل السعة الكهربائية والتوصيل المتوازي معًا القبول المتوازي. فيما يلي شرح مفصل لمعلمات خط النقل الرئيسية:

استحثاث الخط

عندما يتدفق التيار عبر خط النقل، فإنه يثير تدفقًا مغناطيسيًا. عندما يتغير التيار داخل خط النقل، يتغير التدفق المغناطيسي أيضًا بشكل متناسب. يؤدي هذا التغير في التدفق المغناطيسي إلى استقراء قوة دافعة كهربائية (emf) في الدائرة. تكون قيمة القوة الدافعة المستقرة مباشرة تناسبية مع معدل تغير التدفق المغناطيسي. القوة الدافعة التي تولدت في خط النقل تعارض تدفق التيار عبر الموصل، ويُعرف هذا الخصائص باسم استحثاث الخط.

سعة الخط

في خطوط النقل، تعمل الهواء كوسط ديالكتريكي. هذا الوسط الديالكتريكي يشكل فعلياً مكثفًا بين الموصلات، والذي له القدرة على تخزين الطاقة الكهربائية وبالتالي زيادة سعة الخط. تعريف سعة الموصل هو نسبة الشحنة الموجودة إلى الفرق الجهد عبره.

في الخطوط القصيرة للنقل، يمكن غالبًا اعتبار تأثير السعة ضئيلًا. ومع ذلك، في النقل البعيد، يصبح أحد أهم المعلمات. يؤثر بشكل كبير على العديد من جوانب النظام الكهربائي، بما في ذلك كفاءته، وتنظيم الجهد، وعامل القوة، والاستقرار العام.

التوصيل المتوازي

تعمل الهواء كوسط ديالكتريكي بين الموصلات في خط النقل. عندما يتم تطبيق جهد متناوب على الموصلات، بسبب عيوب الوسط الديالكتريكي، يتدفق تيار معين عبر الوسط الديالكتريكي. يُشار إلى هذا التيار بأنه التيار المسرب. يتم تأثير حجم التيار المسرب بواسطة الظروف الجوية والعوامل البيئية مثل الرطوبة والترسبات السطحية. التوصيل المتوازي يعرف بأنه تدفق هذا التيار المسرب بين الموصلات. يتم توزيعه بالتساوي على طول الخط بأكمله، ويُمثل برمز "Y"، ويقاس بوحدة السيمينز.

أداء خطوط النقل

يشمل مفهوم أداء خط النقل حساب العديد من المعلمات، بما في ذلك الجهد في الطرف المرسل، التيار في الطرف المرسل، عامل قوة الطرف المرسل، خسائر الطاقة داخل الخطوط، كفاءة النقل، تنظيم الجهد، وكذلك حدود تدفق الطاقة خلال الحالات الثابتة والانتقالية. تلعب هذه الحسابات لأداء دورًا حاسمًا في التخطيط لنظام الكهرباء. فيما يلي بعض المعلمات الرئيسية التي يتم تفصيلها أدناه:

تنظيم الجهد

يُعرف تنظيم الجهد بأنه الفرق في حجم الجهد بين طرفي النقل (المرسل والمستلم).

نقاط مهمة

التقبل هو معلمة كهربائية مهمة تقيس قدرة الدائرة الكهربائية، أو بشكل أكثر تحديدًا، كفاءة خط النقل، على تسهيل تدفق التيار المتناوب (AC). وحدته في النظام الدولي هي السيمينز، ويتم تمثيله عادةً بالرمز "Y". في جوهره، يشير قيمة التقبل الأعلى إلى أن الدائرة أو خط النقل يقدم مقاومة أقل لتدفق التيار المتناوب، مما يسمح للتيار بالمرور بحرية أكبر.

على الجانب الآخر، يعتبر المقاومة هو المعكوس للتقبل. فهو يقيس المقاومة الكلية التي يوفرها خط النقل لتدفق التيار المتناوب. عندما يعبر التيار المتناوب خط النقل، فإن المقاومة تأخذ في الاعتبار التأثيرات المشتركة للمقاومة، والمفاعلة الاستحثاثية، والمفاعلة السعتية، والتي تخلق عائقًا لتدفق التيار. يتم قياس المقاومة بالأوم، ويتم تمثيلها بالرمز "Z". تشير قيمة المقاومة الأعلى إلى صعوبة أكبر لتدفق التيار المتناوب عبر الخط، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات التيار وإمكانية خسائر الطاقة.