خطوط انتقال

خط انتقال برق دارای عملکرد حیاتی انتقال انرژی الکتریکی از زیرстанسیون‌های تولید به واحدهای متنوع توزیع است. این خط به طور موثری موج ولتاژ و جریان را از یک سر به سر دیگر منتقل می‌کند. از نظر ساختاری، خط انتقال شامل هادی‌ای است که مقطع مساوی در طول کل خود حفظ می‌کند. همچنین هوا به عنوان مedium عایق یا دی الکتریک بین هادی‌ها عمل می‌کند که نقش حیاتی در جلوگیری از ریزش الکتریکی و تضمین انتقال امن و کارآمد برق دارد.

به منظور ملاحظات ایمنی، فاصله قابل توجهی بین خط انتقال و زمین حفظ می‌شود. برج‌های برق برای پشتیبانی از هادی‌های خط انتقال استفاده می‌شوند. این برج‌ها از فولاد ساخته شده‌اند تا به هادی‌ها قدرت و ثبات بالا بخشند و انتقال قابل اعتماد برق را تضمین کنند. در مورد انتقال برق با ولتاژ بالا در فواصل طولانی، اغلب از جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) در خطوط انتقال به دلیل مزایای منحصر به فرد آن در کاهش تلفات و بهبود کارایی انتقال استفاده می‌شود.

پارامترهای خط انتقال

عملکرد یک خط انتقال به پارامترهای ذاتی آن بستگی دارد. یک خط انتقال عمدتاً چهار پارامتر کلیدی دارد: مقاومت، القایی، ظرفیت و رسانایی جانبی. این پارامترها به طور مساوی در طول کل خط توزیع می‌شوند که به همین دلیل به آنها پارامترهای توزیع شده خط انتقال گفته می‌شود. هر یک از این پارامترها نقش مهمی در تعیین نحوه انتقال سیگنال‌ها و قدرت الکتریکی دارند و مسائلی مانند تلفات قدرت، کاهش ولتاژ و تمامیت سیگنال را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

القایی و مقاومت با یکدیگر موجب ایجاد ممانعت سری می‌شوند، در حالی که ظرفیت و رسانایی جانبی با هم تشکیل یکدیگری جانبی می‌دهند. در ادامه، برخی از پارامترهای حیاتی یک خط انتقال به طور دقیق توضیح داده می‌شوند:

القایی خط

وقتی جریان از یک خط انتقال می‌گذرد، یک مغناطیس‌گردایی القاء می‌شود. همانطور که جریان در خط انتقال تغییر می‌کند، مغناطیس‌گردایی نیز به طور متناسب تغییر می‌کند. این تغییر در مغناطیس‌گردایی موجب القای یک نیروی الکتروموتوری (emf) در مدار می‌شود. مقدار emf القایی مستقیماً متناسب با نرخ تغییر مغناطیس‌گردایی است. emf القایی در خط انتقال جریان را از طریق هادی مخالفت می‌کند و این ویژگی به عنوان القایی خط شناخته می‌شود.

ظرفیت خط

در خطوط انتقال، هوا به عنوان medium دی الکتریک عمل می‌کند. این medium دی الکتریک به طور موثر یک خازن بین هادی‌ها تشکیل می‌دهد که توانایی ذخیره انرژی الکتریکی را دارد و بنابراین ظرفیت خط را افزایش می‌دهد. ظرفیت یک هادی به صورت نسبت بار موجود به اختلاف پتانسیل بین آن تعریف می‌شود.

در خطوط انتقال کوتاه، تأثیر ظرفیت معمولاً می‌تواند ناچیز در نظر گرفته شود. اما در انتقال‌های طولانی، یکی از مهم‌ترین پارامترها می‌شود. این پارامتر به طور قابل توجهی بر جنبه‌های مختلف سیستم الکتریکی، از جمله کارایی، تنظیم ولتاژ، ضریب قدرت و پایداری کلی تأثیر می‌گذارد.

رسانایی جانبی

هوا به عنوان medium دی الکتریک بین هادی‌ها در یک خط انتقال عمل می‌کند. وقتی ولتاژ متناوب به هادی‌ها اعمال می‌شود، به دلیل نقص‌های موجود در medium دی الکتریک، مقداری جریان از طریق medium دی الکتریک می‌گذرد. این جریان به عنوان جریان رواناب شناخته می‌شود. مقدار جریان رواناب تحت تأثیر شرایط جوی و عوامل محیطی مانند رطوبت و رسوبات سطحی تأثیر می‌پذیرد. رسانایی جانبی به عنوان جریان رواناب بین هادی‌ها تعریف می‌شود. این پارامتر به طور مساوی در طول کل خط توزیع می‌شود، با نماد "Y" نمایش داده می‌شود و به سیمنس اندازه‌گیری می‌شود.

عملکرد خطوط انتقال

مفهوم عملکرد خط انتقال شامل محاسبه پارامترهای مختلفی مانند ولتاژ سمت فرستنده، جریان سمت فرستنده، ضریب قدرت سمت فرستنده، تلفات قدرت در خطوط، کارایی انتقال، تنظیم ولتاژ و همچنین حدود جریان قدرت در شرایط پایدار و گذرا می‌باشد. این محاسبات عملکردی نقش حیاتی در برنامه‌ریزی سیستم‌های الکتریکی دارند. در این میان، برخی از پارامترهای کلیدی در ادامه به طور دقیق توضیح داده می‌شوند:

تنظیم ولتاژ

تنظیم ولتاژ به عنوان تفاوت در مقدار ولتاژ بین سمت فرستنده و سمت گیرنده یک خط انتقال تعریف می‌شود.

نکات مهم

یکدیگری یک پارامتر الکتریکی مهم است که توانایی یک مدار الکتریکی یا به طور خاص کارایی یک خط انتقال را در تسهیل جریان بدون مانع جریان متناوب (AC) اندازه‌گیری می‌کند. واحد SI آن سیمنس است و معمولاً با نماد "Y" نشان داده می‌شود. به طور کلی، یک مقدار یکدیگری بالاتر نشان می‌دهد که مدار یا خط انتقال کمترین ممانعت را برای جریان AC ارائه می‌دهد و اجازه می‌دهد که جریان آزادانه از آن عبور کند.

به طور معکوس، ممانعت عکس یکدیگری است. این پارامتر ممانعت کلی که یک خط انتقال به جریان AC ارائه می‌دهد را اندازه‌گیری می‌کند. وقتی AC از یک خط انتقال عبور می‌کند، ممانعت تأثیرات ترکیبی مقاومت، واکنش القایی و واکنش ظرفیتی را که به طور مشترک مانع جریان می‌شوند در نظر می‌گیرد. ممانعت به اهم اندازه‌گیری می‌شود و با نماد "Z" نمایش داده می‌شود. یک مقدار ممانعت بالاتر نشان می‌دهد که برای AC دشوارتر است تا از خط عبور کند، که می‌تواند منجر به کاهش سطح جریان و تلفات قدرت شود.