رتبها

لتوليد وإنتاج الطاقة الكهربائية يتم استخدام أحد الوسائل الشهيرة لذلك كالمحطات البخارية والغازية والشمسية وغيرها من وسائل توليد الكهرباء، لتبدأ بعد ذلك مرحلة مهمة وهي مرحلة نقل الطاقة الكهربائية، دعونا نتعرف على هذه المرحلة باختصار شديد.
#هندسة_كهربائية

thread.play_video

حفظ بصيغة

• مقدمة
مرحلة نقل الطاقة الكهربائية هي المرحلة الثانية من مراحل المنظومة الكهربائية بعد مرحلة التوليد وقبل مرحلة التوزيع، سابقا كان يتم نقل الطاقة الكهربائية بنظام التيار المستمر DC وليس بنظام التيار المتردد AC كما هو الحال الآن
يتبع

ولكن نتيجة لعدة أسباب أهمها المفاقيد التي كانت تنتج من خلالها، تم استبدال نظام نقل الطاقة الكهربائية من نظام تيار DC إلى نظام تيار AC (باستثناء بعض الحالات يتم استخدام نظام تيار DC كالنقل لمسافات طويلة جدا حيث تكون التكلفة أقل كما هو مبين بالصورة أدناه)
يتبع

وذلك لإمكانية رفع الجهد و خفض التيار عن طريق المحولات مع المحافظة على قيمة القدرة الكهربائية وبالتالي ومع انخفاض قيمة التيار فإنه تم تقليل قيمة المفاقيد وذلك لأن المفاقيد تتناسب مع مربع قيمة التيار كما هو موجود بالصورة أدناه، وهذا ما يفسر استخدام الجهد العالي لنقل الكهرباء.

• طرق نقل الطاقة الكهربائية
يتم نقل الطاقة الكهربائية بعد توليدها و رفع جهدها بواسطة نوعين رئيسين كما هو مبين بالصور أدناه وهما :
١- الأبراج الهوائية (Over Head Transmission Line)
٢- الكيابل الأرضية (Underground Cable)
وسنتحدث عن كل منهما باختصار

١-الأبراج الهوائية (Over Head Transmission Line)
وسميت بذلك لأنها تستعمل أبراج من نوع خاص لنقل الطاقة الكهربائية في الهواء الطلق كما هو مبين بالصورة، وتتميز بعدة أمور أهمها عدم حاجتها إلى مادة عازلة للموصلات الكهربائية لأن المادة العازلة المستخدمة هو الهواء المحيط بالموصل.
يتبع

إلا أن من أهم السلبيات هو تعرضها للعوامل الخارجية التي من شأنها أن تقلل من الموثوقية.
ويتم استخدام أبراج من نوع خاص لحمل الموصلات لنقل الطاقة الكهربائية والتي تتكون من عدة مكونات والتي سبق وأن تم شرحها وتوضيحها من قبل @Kahraba4u هنا

٢- الكيابل الأرضية (Underground Cable)
وهي عبارة عن كيابل يتم دفنها تحت الأرض كما هو مبين بالصورة أدناه تقوم بنقل الطاقة الكهربائية وكونها تدفن تحت الأرض فهي لا تشوه المنظر العام أي أنها تحافظ على جمال المنظر عكس الأبراج الهوائية.
يتبع

ومع ذلك فإن من أهم سلبياتها هي كونها مدفونة تحت الأرض أي كونها غير مرئية مما يؤدي إلى صعوبة تحديد موقع الأعطال بالإضافة إلى الزمن الطويل المستغرق في صيانة الأعطال الخاصة بها.

•العوامل المؤثرة على نقل الطاقة الكهربائية
هناك عدة عوامل وظواهر تنشأ في شبكات النقل والتي من شأنها أن يتسبب بعضها في زيادة مفاقيد الطاقة الكهربائية أو اختلال توازن الشبكة و منها كالآتي :
١- Skin Effect
2- Corona Effect
3- Ferranti Effect
وسنتحدث عن كل منها على حدى باختصار

١- Skin Effect
وهي عبارة عن تجمع التيار الكهربائي على السطح الخارجي للموصل كما هو مبين بالصورة أدناه (ولذلك سمي ب Skin) ويحدث ذلك نتيجة لتوزيع المجال المغناطيسي المتولد من تيار AC والذي يؤدي إلى اندفاع التيار إلى سطح الموصل وبالتالي يؤدي إلى تقليل المساحة المستخدمة
يتبع

وبالتالي تقل كمية التيار المار بالموصل، وكلما زاد التردد زاد تأثيرها لذلك فهي ظاهرة خاصة بنظام AC فقط دون نظام DC.
ولذلك وإن نظرنا في الموصلات المستخدمة في نظام AC ستجدها مجدولة (Stranded) كما هو مبين بالصورة، وذلك للتقليل من ظاهرة Skin Effect وبالتالي تقليل المفاقيد الكهربائية.

2-Corona Effect
وهي عبارة عن تأين الهواء العازل المحيط بالموصل بمعنى آخر مرور تيار متسرب إلى الهواء المحيط بالموصل وتحدث هذه الظاهرة بسبب ازدياد شدة المجال الكهربائي الناتج عن ارتفاع الجهد الكهربائي ويمكن ملاحظته عن طريق ظهور وميض أزرق كما بالصورة بالإضافة إلى سماع صوت أزيز
يتبع

وكما هو مبين بالمعادلة الرياضية الخاصة بمفاقيد ظاهرة كورونا بالصورة فإن مفاقيد كورونا تتأثر بمساحة المقطع الموصل بعلاقة عكسية بينهما، لذا أحد الحلول المستخدمة للتقليل من مفاقيد كورونا هي زيادة مساحة الموصل
يتبع

وذلك عن طريق استخدام أكثر من موصل من نفس الطور (Same Phase) ومن ثم توصيلهم ببعضهم أي عمل Short Circuit عن طريق مجمع الموصلات (bundled conductor) و المبين بالصورة أدناه.

3- Ferranti Effect
وهي ظاهرة انتسبت إلى مكتشفها سباستيان فيرانتي وهي عبارة عن ارتفاع جهد الاستقبال (Receiving Voltage) عن جهد الإرسال (Sending Voltage) والتي تحدث لعدة أسباب منها انخفاض الأحمال والذي بدوره سيسبب في ارتفاع الجهد.
يتبع

وهناك سبب آخر أهم وهي السعة الشاردة(Stray Capacitance) والتي نقصد بها السعة التي تظهر بدون قصد ورغبة أي بعدم وجود مكثف حقيقي بالدائرة، والذي يقوم بسحب التيار إليه (Ic)وكلما زاد طول الخط كلما زاد تأثيره وبالتالي زادت كمية تيار Ic ومن ثم ارتفاع جهد الاستقبال عن الإرسال كما بالصورة.

ولكن قد يتساءل أحدهم كيف تظهر السعة (Capacitance) ولا يوجد مكثف في خطوط النقل؟
الجواب هو في تعريف المكثف وهو عبارة عن موصيلن وبينهما عازل وعند تطبيق هذا التعريف لخطوط النقل سنجد أن خطي النقل المجاورين يمثلان الموصلين بينما الهواء المحيط بينهما يمثلان العازل كما بالصورة أدناه.