خواص واداء خطوط النقل (خطوط النقل القصيرة short transmission line )

بسم الله الرحمن الرحيم

الحمد لله والصلاة والسلام على اشرف الانبياء والمرسلين وبعد:

خواص واداء خطوط النقل characteristics and performance of transmission line

تعتبر خطوط النقل الكهربائية بمثابة الشرايين لمنظومات القوة الكهربائية حيث أمكن عن طريقها نقل الطاقة الكهربائية عبر مسافات طويلة من اماكن التوليد الى مرتكز الاستهلاك بتكلفة اقتصادية وتقنيات فنية عالية . وخطوط النقل غالبا ما تكون في صورة خطوط نقل هوائية فوق الرأس ، ويطلق عليها الخطوط الهوائية لكون الهواء هو العازل الرئيسي بين الموصلات وتصمم معظم خطوط النقل الكهربائي لتعمل بالنظام الثلاثي الاوجه على احد شكلين هما:

· دائرة ثلاثية الاوجه مفردة Three phase single circuit system

· دائرة ثلاثية الاوجه مزدوجة Three phase double circuit system

في هذا الفصل سنقوم بدراسة خطوط النقل الكهربائي بانواعها المختلفة وتصنيفاتها الى خطوط قصيرة ، متوسطة ، وخطوط طويلة على حسب طول الخط، اضافه الى دراسة خصائصها الكهربائية وحسابات جهد الارسال والاستقبال وحساب الفقودات لهذه الخطوط .

خطوط النقل القصيرة Short Transmission line

هي الخطوط التي لا تتعدى أطوالها 80kmوغالبا لا تزيد جهدها عن 33kv وتعتبر معظم الخطوط في الدول العربيه كانت حكرا على هذا المستوى والعناصر التركيبية الرئيسية التي تصمم علية الخط هي:

- الأعمدة

- الأسلاك

- العوازل المسمارية

- خطافات أو مسامير ارتكاز راسية لتثبيت الأسلاك على الأعمدة

– أجهزة تأريض الأعمدة .

تثبت الأسلاك على مسافة ضرورية على سطح الأرض وعن أسلاك الخطوط الأخرى وعن المباني ، علاوة على ذلك يجب أن تمتلك هذه الأعمدة المتانة الميكانيكية الكافية ليس فقط لحمل الأسلاك وإنما أيضا لمقاومة التأثيرات الناتجة عن العوامل الجوية كتراكم الأتربة والثلوج والأشجار على خط النقل الكهربي، تتألف الأعمدة من قضبان مستعرضة وقوائم عمودية التي تثبت إليها الأسلاك عن طريق العوازل ، إذ يمكن أن تصمم عمود خط نقل جهد منخفض بدون قضبان مستعرضة وتكون الأسلاك مثبتة عبر العوازل الموضوعة على خطافات إلى القوائم.

بالإضافة إلى خط نقل القدرة ذات الجهد المنخفض يكون هناك دوائر أخرى معلقة على عمود خط النقل أو مثبتة عليها كالسلك الصفري ، وفي بعض الحالات يثبت عليها سلك الإنارة الخارجية المخصص لتغذية مصابيح الإضاءة الخارجية عند القيادة المركزية لهذه الأسلاك .

وتكون مكونات خطوط النقل المنخفض كالأتي تنازليا:

- خط نقل القدرة (الأسلاك الطورية)

- الخط الصفري

- أسلاك إضاءة الشوارع.

تصمم عادة أعمدة خط نقل القدرة ذات الجهد المنخفض من الخشب أو البيتون المسلح.

في مثل هذه الخطوط يمكننا إهمال معاملات التوازي نظرا لضعف قيمتها والاكتفاء بالمقاومة والمفاعلة الحثية للخط .

ومن هذا المنطلق يمكننا اختصار خط النقل القصير الثلاثي الطور في مقاومة ومفاعله حثيه على التوالي لكل طور . يربط هذا الخط بين المولد والحمل .كما مبين بالشكل(1-2).والشكل (2-2) يمثل الدائرة المكافئة للخط القصير .

شكل) 2-1 (خط نقل قصير ثلاثي الطور يربط بين المولد والحمل

شكل(2-2)الدائرة المكافئة للخط القصير

من الشكل (2-2):

حيث أن:

Vs يمثل جهد الطور عند الإرسال Sending end voltage per phase

VR جهد الطور عند الاستقبال end voltage per phase Receiving

IL تيار الخط Line current

R مقاومة الخط لكل طورLine resistance per phase

XL المفاعل الحثية للخط لكل طور Line reactance per phase

ΔVهبوط الجهد على الخط لكل طورLine voltage drop per phase

شكل (2-3)الدائرة المفردة لخط نقل مفرد متماثل

حيث أن :

الجهد عند الإرسال

لحساب الجهد عند الإرسال يجب أولا حساب القيمة التقريبية لهبوط الجهد حيث:

ويكون جهد الطور عند الإرسال

VS=VR+ ΔV

القيمة الفعلية لهبوط الجهد وجهد الإرسال باستخدام الأعداد المركبة Solution in Complex Notation

نستخدم الجهد عن الاستقبال VR كمتجه مرجعي Reference vector لحساب الزوايا للكميات الأخرى كما مبين بالمخطط ألاتجاهي . يكون التيار متأخرا Laggingإذا كان الحمل حثي لذا تكون الزوايا سالبة ، إما إذا كان الحمل سعوديا فان الزاوية تكون موجبا لان التيار سيكون متقدما Leading في هذه الحالة.

ويكون الجهد عند الإرسال :

معامل التنظيم لجهد الخط Voltage Regulation of line

هو النسبة المئوية بين فرق الجهد عند الإرسال والاستقبال ، وجهد الاستقبال:

القدرة المفقودة على الخط power losses of the line

تسبب كل من المقاومة R والمفاعلة للخط XL في فقدان كمية كبيرة من القدرة الفعالة(P) Active power ولمفاعله (Q) Reactive power خاصة عندما يكون جهد النقل منخفضا . وذلك نظرا للتناسب الطردي بين القدرة المفقودة ومربع التيار. ويمكن حساب القدرة الفعالة والمفاعلة من المعادلات الآتية:

وللتقليل من القدرة المفقودة، فانه يتم رفع الجهد على خطوط النقل كلما زاد طول الخط وذلك لخفض التيار في حدود الإمكانات الاقتصادية لتكلفة النقل ، بالإضافة إلى ذلك فان التكلفة الإجمالية ستقل ، لأنه كلما قل التيار فان مساحة المقطع المستخدم تقل وبالتالي فان أبراج النقل ستقل، مما ينعكس على التكلفة الإجمالية .

القدرة عند الإرسال وعند الاستقبال :

إذا كان الحمل متوازيا بين الأطوار الثلاثة تكون القدرة الظاهرية عند الإرسالSs(VA) تعادل ثلاثة أمثال قيمتها لكل طور: