خطوط نقل القوي الكهربية

هندسة الطاقة الجديدة والمتجددة
1

Transmission Lines

1- مقـــــــــــــــدمة :
يعتبر نقل الطاقة الكهربية من محطات التوليد الي المستهلك هو الهدف الأساسي من انشاء خطوط النقل كما يجب المحافظة علي قيمة الجهد الكهربي عند النقط المختلفة في حدود معينة . و تختص خطوط النقل الكهربي بأربعة ثوابت هي : المقاومة – المفاعلة – السعة – التوصيلية . و في العادة تهمل التوصيلية لصغر قيمتها .
و تقسم خطوط نقل القوي الكهربية طبقا لأطوالها الي المجموعات التالية:
‌أ) خطوط قصيرة و يقل طولها عن 80 كيلومتر
‌ب) خطوط متوسطة الطول و يتراوح طولها ما بين 80 الي 240 كيلومتر
‌ج) خطوط طويلة و يزيد طولها عن 240 كيلومتر.
و تختلف كل مجموعة عن الأخري في طريقة تمثيل الثوابت و اخذها في الاعتبار او اهمالها. و قد وجد أن دقة النتائج مقبولة في كل حالة مع البساطة في الحسابات. و في هذا المجال تهمل السعة في المجموعة الأولي و تؤخذ في الاعتبار كقيمة مركزة عند نقطة معينة في المجموعة الثانية ، أما في المجموعة الثالثة فيلزم اعتبار توزيع السعة علي طول الخط حيث ترتفع قيمة التيار السعوي علي الخط لزيادة الطول.

2- خطوط القوي القصيرة Short Transmission Line

يبين الشكل (1) الدائرة المكافئة للخط الذي يمثل بمقاومة R قيمتها تساوي المقاومة الكلية للخط ومفاعلة X قيمتها أيضا تساوي المفاعلة الكلية للخط ، و تهمل التوصيلية و السعة. و في هذه الحالة يكون التيار عند المولد Is يساوي التيار عند الحمل الكهربي Ir و تكون العلاقة بين التيار و الجهد كما يلي:
Is = Ir = I
Vs = Vr + Is ( R + jX)
= Vr + I Z
حيث Z هي ممانعة الخط.
و المعادلات السابقة هي معادلات اتجاهية (مركبة) ، و يلاحظ أن اتجاه السهم للتيار و الجهد في شكل (1) يمثل الاتجاه في نصف الدورة الموجبة للتيار المتردد ، و هو أيضا يمثل اتجاه انتقال القدرة الكهربية من المولد الي الحمل الكهربي.
[[FONT=Arial][SIZE=4][URL=“http://2.bp.blogspot.com/_v2T5FtcWTMk/RuowMK8BDAI/AAAAAAAABLg/Ma1eVcm1YZs/s400/short+trans.GIF”][URL=“http://2.bp.blogspot.com/_v2T5FtcWTMk/RuowMK8BDAI/AAAAAAAABLg/Ma1eVcm1YZs/s400/short+trans.GIF”][/size][/font]

شكل (1)[FONT=Mudir MT]

[FONT=Mudir MT]ويحدد أداء الخط الكهربي electrical performance بالقيم التالية:
أ‌) التغير في الجهد الكهربي عند نقطة الحمل voltage regulation و يعرف بالمعادلة التالية:
Percentage regulation = ( |VNL| - |VFL| / |VFL| ) x 100
Where:
|VNL| = magnitude of receiving end voltage at no load (NL)
القيمة العددية للجهد عند نقطة الحمل في حالة اللاحمل (فصل الحمل) و تساوي في هذه الحالة جهد المصدر الكهربي ( المولد).
|VFL| = magnitude of receiving end voltage at full load
ويكتب بصورة اخرى ايضا
[URL=“http://4.bp.blogspot.com/_v2T5FtcWTMk/RuqZHq8BDFI/AAAAAAAABMI/8QCAD4AkQ7I/s400/stl2.GIF”]
القيمة العددية للجهد عند نقطة الحمل عند التحميل الكلي ، و تختلف في هذه الحالة عن جهد المولد الكهربي طبقا لمعامل القدرة للحمل و ثوابت الخط الكهربي. و بشكل عام اذا كان معامل القدرة ( cos f )حثي متأخرا (lag) فان القيمة العددية للجهد عند الحمل تكون أقل من القيمة العددية للجهد عند المصدر. و الشكل (2) يوضح هذه الحالة العامة حيث يمكن أن تزيد قيمة الجهد عند الحمل في حالة معامل القدرة السالب (lead). و العلاقة التقريبية التالية تعطي قيمة التغير في الجهد كدالة في معامل القدرة:
Percentage regulation = [ (I R cos f + I X sin f ) /Vr ] x 100

ب‌) الفقد في القدرة الكهربيةtransmission line losses ، و تمثل الفقد الفعال و الغير فعال في ممانعة الخط و يعبر عها كالتالي :
Active losses = I2 R
Reactive losses = I2 X
و في حالة النظام ثلاثي الأوجه تضرب القيمة في 3.

ج) كفائة خط النقل transmission line efficiency ، و تعطي بالعلاقة:
h = (1 – loss/Ps ) x 100
Where
Ps = Vs Is cos f in single phase
Ps = Ö3 Vs Is cos f in 3 phase
[URL=“http://active-power.net/trans/medium-line/end-cond-phasor.jpg”]](http://2.bp.blogspot.com/_v2T5FtcWTMk/RuowMK8BDAI/AAAAAAAABLg/Ma1eVcm1YZs/s400/short+trans.GIF)

3- خطوط النقل متوسطة الطول Medium Transmission Line
يستكمل الموضوع فى المشاركات التالية
والله المستعان ,

[/font][/font]

2

[RIGHT]3- خطوط النقل متوسطة الطول Medium transmission line

في هذه الخطوط تهمل التوصيلية و توجد حالتان لتمثيل سعة الخط :

الحالة الأولي : تعتبر السعة الكلية للخط مركزة عند نقطة واحدة في منتصف الخط و تسمي هذه الدائرة T- circuit و الشكل (3) يوضح هذه الدائرة. و يلاحظ أن القيم الكلية للمقاومة والمفاعلة تم تقسيمها الي جزئين متساويين علي جانبي نقطة المنتصف حيث توصيل السعة. و علاقات الجهد بالتيار طبقا للتالي:

Vm = Vr + Ir Z/2

Ic = Y Vm

Vm = ( Ic + Ir ) Z/2

Is = Ir + Y Vm

و الشكل يوضح الرسم المتجهي للجهد و التيار في حالة خط النقل متوسط الطول الحالة الأولي.
[FONT=Mudir MT][/right]

[/font]
نموذج T-Model
[FONT=Mudir MT]

نموذج pi-Model

الحالة الثانية : تقسم السعة الكلية للخط الي جزئين متساويين عند بداية و نهاية الخط و تسمي هذه الدائرة p- circuit و الشكل يوضح هذه الدائرة. و علاقات الجهد و التيار طبقا للتالي:
Ic2 = Vr x Y/2
Ic1 = Vs x Y/2
Is = Ic1 + Ic2 + Ir
= VsY/2 + Vr Y/2 + Ir
Vs = Vr + Z ( Ir + Vr Y/2)
و يوضح الشكل رسم متجهات الجهد و التيار . ويلاحظ ان المعادلات السابقة انه اذا كانت قيم السعة صغيرة فان قيمة السماحية Y تكون صغيرة و باهمالها سوف تعطي حالة و معادلات الخط القصير. كما يلاحظ ايضا ان دائرتي T- circuit و p- circuit غير متكافئتين كما في حالة تحويل نجمة الي دلتا ، ولكن تعطي الدائرتان نتائج متقاربة.
و يكون حساب اداء الخط ( التغير في الجهد الكهربي عند الحمل – الفقد في القدرة الكهربية – كفائة الخط ) كما في طرق الخطوط القصيرة.

[/font]

3

- خطوط النقل الطويلة Long transmission lines
تعتبر ثوابت الخط موزعة علي طول الخط و ليست مجمعة في نقطة أو نقطتين و ذلك لضمان دقة الحسابات. و الشكل (7) يوضح تمثيل الخط في الدائرة المكافأة الاحادية بين وجه و خط التعادل و ذلك لنظام ثلاثي الأوجه.


الملف الكامل بالموضوع فى المرفقات لوجود بعض الصور لم استطع وضعها فى الموضوع لان مركز رفع الصور لا يعمل مؤقتا عندى وايضا بعض المعادلات لا يمكن كتابتها مباشرة

4

جزاك الله خيرا