النقل باستخدام الجهود العالية ومميزاتها

إذا تم زيادة الجهد الكهربي بمعامل ضربm (MULTIPLIER) ، حيث m أكبر من الواحد ، فإن كمية المادة المستخدمة فى خطوط النقل سوف تقل بنسبة 1/m² وذلك لنفس قيمة القدرة المنقولة والفاقد فى القدرة الكهربية . حيث أنه إذا زاد الجهد بمعامل ضرب m فإن التيار سوف يقل بمعامل ضرب 1/m لنفس قيمة القدرة المنقولة وحيث أن الفقد فى الطاقة يساوى المقاومة مضروبة فى مربع التيار لذلك فإنه لنفس قيمة القدرة المفقودة (ohmic loss) سوف تكون المقاومة m² القيمة السابقة وبالتالي تكون المادة 1/m² فقط . لكن بزيادة جهد خطوط النقل فلابد من استخدام أبراج وعوازل وأجهزة قطع أعلي فى التكلفة لذلك يجب عمل دراسة فنية واقتصادية لتحديد قيمة الجهد الأمثل optimal transmission voltage طبقًا لكل نظام .

النقل باستخدام التيار المتردد
يتيح استخدام التيار المتردد إمكانية رفع الجهد باستخدام محولات القدرة الكهربية وتوجد نظم عديدة للنقل يتم إيضاحها فى الأجزاء التالية :-
1 -نظام أحادي الوجه – سلكان أو ثلاثة
يوضح الشكل الحالات المختلفة المستخدمة فى النقل حيث يظهر الملف الثانوي للمحول فى الشكل . وفى هذه الحالة أيضًا يتميز النقل بثلاث أسلاك عن النقل بسلكين كما هو الحالي عند استخدام التيار المستمر .

2 نظام ثنائي الوجه – ثلاث أو أربع أسلاك
تحتوي مولدات الجهد ثنائي الوجه على ملفين متعامدين لذلك تتعامد القوة الدافعة الكهربية المتولدة فى الملفين ، والشكل التالي  يوضح نظام ثلاثي ورباعي الأسلاك حيث يتم فى الأخير تقسيم الملفات إلى جزأين متساويين mid point وتوصيل نقط التقسيم. والنقل باستخدام هذا النظام محدود للغاية .

3 نظام ثلاثي الأوجه – ثلاث أو أربع أسلاك
يمثل النظام ثلاثي الأوجه ثلاثي الأسلاك الغالبية العظمي من نظم النقل . و توصيل الملفات علي شكل نجمة أو دلتا ، في الشكل التالي

وللمقارنة بين كمية المادة الموصلة لخطوط النقل فى هذه الحالة وحالة النقل باستخدام التيار الثابت –2 سلك يفترض تساوى القيمة العظمي للجهد بين الخط والأرضي فى الحالتين .

Let E voltage between conductors in d-c. , I is current

Power = E I

Loss = 2 R² I

R : resistance of each wire per unit length for DC system

For star connected 3 phase, maximum voltage E,

r.m.s value = E / Ö 2

I’ is the r.m.s. value of the line current

Power = 3/Ö 2 E I’ cos f

Loss = 3 R’ I’²

R’ : resistance per wire for 3 phase system

For same transmitted power:

E I = 3/Ö 2 E I’ cos f

And same power loss:

2 R I² = 3 R’ I’²

Hence R = R’ / ( 3 cos² f )

Each wire in the 3 phase system has a cross section = 1 / ( 3 cos² f ) of that in the DC system. As there are 2 conductors in the DC system and 3 in the 3 phase system , then the DC system requires (3/2) / (1/ ( 3 cos² f )) = 0.5 as much material.

4 نظام سداسي الأوجه
يتكون النظام السداسي من إثنين من النظام الثلاثي متصلين بحيث يكون كل وجه من إحدى النظم الثلاثية مزاح بزاوية 180 درجة من الوجه المقابل فى النظام الثلاثي الثاني . ويوضح الشكل نظام سداسي مكون من مجموعتان من الملفات متصلة دلتا والجزء (a) يبين حالة نظام سداسي ذو 6 أسلاك والجزء (b) نظام سداسي ذو 7 أسلاك كذلك معطي شكل متجهات الجهود. ويمكن أيضًا تكوين النظام من مجموعتين من الملفات كل واحد ذو توصيل نجمة.

وجدول ( 1) يبين مقارنة بين النظم المختلفة لحالة التيار المتردد بفرض أحمال متماثلة نفس قيمة الجهد بين الأسلاك ونفس قيمة مساحة المقطع والقيم منسوبة لحالة وجه واحد ذي سلكين .

النقل باستخدام التيار المستمر
فى الآونة الأخيرة زاد استخدام خطوط نقل ذات جهد مستمر وإن كان لازال محدود نسبيًا وذلك للميزات العديدة للتيار الثابت وكذلك للتقدم فى أجهزة ونظم إلكترونيات القوي التى تقوم بتحويل التيار المتغير إلى تيار ثابت والعكس وأول استخدام لهذه الخطوط كان للكابلات الممدودة أسفل مياه البحار كما توجد خطوط هوائية. ومن ميزات هذه الخطوط قلة الفقد فى القدرة المنقولة حيث ينعدم الفقد فى المفاعلة لانعدام وجودها أصلا كذلك يقل الفقد فى الجهد لنفس السبب السابق. ولا توجد مشاكل الاتزان الكهربي مهما كان طول الخط الكهربي كما هو الحال عندما يحمل الخط تيار مترد لأن التيار ثابت القيمة . كذلك تسبب محطات تحويل التيار المتغير إلى تيار ثابت والعكس تلوث بالتوافقيات Harmonics فى المناطق المحيط بهذه المحطات فى الشبكة