خطوط انتقال

خط انتقال برق وظیفه حیاتی انتقال انرژی الکتریکی از زیر مجموعه های تولید به واحدهای مختلف توزیع را بر عهده دارد. این خط به طور موثری موج های ولتاژ و جریان را از یک سر به سر دیگر منتقل می کند. از نظر ساختاری، خط انتقال شامل رساننده ای است که طول کلی آن بخش مقطعی یکنواخت دارد. در حالی که هوا به عنوان ماده دی الکتریک یا عایق بین رساننده ها عمل می کند و نقش مهمی در جلوگیری از فراری گرفتن الکتریسیته و اطمینان از انتقال ایمن و کارآمد برق ایفا می کند.

از نظر ایمنی، فاصله قابل توجهی بین خط انتقال و زمین حفظ می شود. برج های برق برای پشتیبانی از رساننده های خط انتقال استفاده می شوند. این برج ها از فولاد ساخته شده اند تا به رساننده ها مقاومت و ثبات بالا ببخشند و اطمینان از انتقال قدرت موثق را فراهم کنند. در مورد انتقال برق با ولتاژ بالا در فواصل طولانی، معمولاً از جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) در خطوط انتقال به دلیل مزایای منحصر به فرد خود در کاهش تلفات و بهبود کارایی انتقال استفاده می شود.

پارامترهای خط انتقال

عملکرد یک خط انتقال به پارامترهای ذاتی آن بستگی دارد. یک خط انتقال عموماً چهار پارامتر کلیدی دارد: مقاومت، القایی، ظرفیت و هدایت جانبی. این پارامترها طول کلی خط به طور یکنواخت توزیع شده اند که به همین دلیل به آنها پارامترهای توزیع شده خط انتقال گفته می شود. هر یک از این پارامترها نقش مهمی در تعیین چگونگی انتقال سیگنال ها و قدرت الکتریکی دارند و مسائلی مانند تلفات قدرت، کاهش ولتاژ و تمامیت سیگنال را تحت تاثیر قرار می دهند.

القایی و مقاومت با یکدیگر موجب تشکیل امپدانس سری می شوند، در حالی که ظرفیت و هدایت جانبی با یکدیگر همسازی جانبی را تشکیل می دهند. در ادامه، برخی از پارامترهای حیاتی یک خط انتقال به طور دقیق توضیح داده می شوند:

القایی خط

وقتی جریان از یک خط انتقال می گذرد، یک جریان مغناطیسی القاء می شود. هنگامی که جریان در خط انتقال نوسان می کند، جریان مغناطیسی نیز به طور متناسب تغییر می کند. این تغییر در جریان مغناطیسی موجب القاء یک نیروی الکتروموتوری (emf) در مدار می شود. مقدار emf القاء شده مستقیماً با نرخ تغییر جریان مغناطیسی متناسب است. emf تولید شده در خط انتقال جریان را در رساننده مخالفت می کند و این ویژگی به عنوان القایی خط شناخته می شود.

ظرفیت خط

در خطوط انتقال، هوا به عنوان ماده دی الکتریک عمل می کند. این ماده دی الکتریک یک خازن بین رساننده ها تشکیل می دهد که قادر به ذخیره انرژی الکتریکی است و بنابراین ظرفیت خط را افزایش می دهد. ظرفیت یک رساننده به نسبت بار موجود به اختلاف پتانسیل بین آن تعریف می شود.

در خطوط انتقال کوتاه، اثر ظرفیت معمولاً می تواند ناچیز در نظر گرفته شود. با این حال، در انتقال در فواصل طولانی، یکی از پارامترهای حیاتی می شود. این پارامتر به طور قابل توجهی بر جنبه های مختلف سیستم الکتریکی، از جمله کارایی، تنظیم ولتاژ، عامل توان و پایداری کلی تاثیر می گذارد.

هدایت جانبی

هوا به عنوان ماده دی الکتریک بین رساننده ها در یک خط انتقال عمل می کند. هنگامی که ولتاژ متناوب به رساننده ها اعمال می شود، به دلیل نقص در ماده دی الکتریک، مقداری جریان از طریق ماده دی الکتریک می گذرد. این جریان به عنوان جریان لکه گیری شناخته می شود. مقدار جریان لکه گیری توسط شرایط جوی و عوامل محیطی مانند رطوبت و رسوبات سطحی تحت تاثیر قرار می گیرد. هدایت جانبی به عنوان جریان لکه گیری بین رساننده ها تعریف می شود. این پارامتر به طور یکنواخت در طول کل خط توزیع شده است و با نماد "Y" نشان داده می شود و به سیمنز اندازه گیری می شود.

عملکرد خطوط انتقال

مفهوم عملکرد خط انتقال شامل محاسبه پارامترهای مختلفی مانند ولتاژ سمت ارسال، جریان سمت ارسال، عامل توان سمت ارسال، تلفات در خطوط، کارایی انتقال، تنظیم ولتاژ و همچنین حدود جریان قدرت در هر دو وضعیت پایدار و گذرا است. این محاسبات عملکردی نقش حیاتی در برنامه ریزی سیستم های الکتریکی دارند. در این میان، برخی از پارامترهای کلیدی در ادامه توضیح داده می شوند:

تنظیم ولتاژ

تنظیم ولتاژ به عنوان تفاوت در مقدار ولتاژ بین سمت ارسال و سمت دریافت یک خط انتقال تعریف می شود.

نکات مهم

هدایت 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) کمیت بندی می کند. واحد SI آن سیمنز است و معمولاً با نماد "Y" نشان داده می شود. در اصل، مقدار هدایت بالاتر نشان می دهد که مدار یا خط انتقال مقاومت کمتری در مقابل جریان AC ارائه می دهد و اجازه می دهد که جریان به آزادی بیشتری عبور کند.

به طور متقابل، امپدانس معکوس هدایت است. این پارامتر مقاومت کلی که یک خط انتقال در مقابل جریان AC ارائه می دهد را اندازه گیری می کند. هنگامی که AC از یک خط انتقال عبور می کند، امپدانس اثرات ترکیبی مقاومت، واکنش القایی و واکنش ظرفیتی را که مانع جریان می شوند، در نظر می گیرد. امپدانس به اهم اندازه گیری می شود و با نماد "Z" نشان داده می شود. مقدار امپدانس بالاتر نشان می دهد که برای جریان AC دشوارتر است تا از خط عبور کند که منجر به کاهش سطح جریان و تلفات بالقوه می شود.