مكونات نظم القوي الكهربية
يوضح الشكل (1) مخططا مبطسا لمكونات نظام القوي الكهربي و ارتباط هذه المكونات مع بعضها. و فيما يلي شرحا لهذه المكونات.
المكون الاول:محطات التوليد الكهربية
محطات حرارية: Thermal Stations
فى هذه المحطات يتم حرق الوقود التقليدي ( فحم بأنواعه المختلفة مازوت – غاز طبيعي – سولار ) لتسخين المياه فى غلايات (Boiler ) لإنتاج بخار ( Steam) ذي درجة حرارة وضغط عالي القيمة (Steam of high pressure and temperature) ويفقد البخار طاقته فى إدارة التوربينات المتصلة بالمولدات الكهربية وبذلك يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية وتقدر الكفاءة الكلية(Overall efficiency) بحوالي 30 %، حيث أنها تشتمل على الكفاءة الحرارية وكفاءة المولدات. كذلك يمكن استخدام الطاقة الشمسية فى تسخين المياه لدرجات حرارة عالية لتوليد طاقة كهربية . و يمكن استخدام الطاقة الحرارية الناتجة من الإنشطار النووي (Nuclear fission) فى توليد طاقة كهربية وذلك فى محطات التوليد النووية (Nuclear Power Stations) .
المحطات المائية Hydro- Electric Stations
فى هذه المحطات يتم استخدام طاقة إنحدار المياه بين مستويين مختلفي القيمة فى إدارة توربينات متصلة بمولدات كهربية وتنشئ هذه المحطات على الأنهار التى تحتوي على سدود وقناطر (Run of river plant ) . كما يمكن استخدام الطاقة الكهربية فى غير أوقات ذروة الأحمال الكهربية لرفع المياه وتخزينها فى أماكن مرتفعة ، ثم اعادة اسقاط المياه لإدارة توربينات وتوليد طاقة كهربية في أوقات الذروة وتسمي هذه المحطات المائية (Pump Storage Plant ) . وتتميز المحطات المائية بأنها غير ملوثة للبيئة وتكاليف التشغيل قليلة ( لإنعدام استخدام وقود ) مع سرعة امكانية دخولها فى الخدمة ولذلك فهي تستخدم كمحطات لتغطية الأحمال الكهربية فى اوقات الذرة (Peak load) .
محطات التوليد الغازية Gas Turbine Plants
تتميز هذه المحطات بقلة التكاليف الرئيسية للإنشاء Capital Cast بالمقارنة بالمحطات الحراية ولكن تكاليف التشغيل Running cast تكون مرتفعة و الكفاءة الكلية لتوليد الطاقة الكهربية أقل فهي فى حدود من 20 إلى 25 % لذلك تستخدم هذه المحطات لتغطية أحمال الذروة خاصة وإنها تتميز بسرعة التجهيز للتشغيل. كما تستخدم مع المحطات الحرارية إن وجدت فى ذات المكان للتوليد باستخدتم الدورة المركبة (Combined cycle) لرفع الكفاءة الكلية للتوليد التى قد تصل إلى 50%. فى هذه الحالة .
والوقود المستخدم فى هذه المحطات هو الغاز الطبيعي و يمكن استخدام وقود آخر علي أن يتم استخدام الغازات الناتجة من الإحتراق فى إدارة التوربينات المتصلة بالمولدات الكهربية .
محطات الديزل Diesel Electric Stations
تتميز هذه المحطات بقلة التكاليف الرئيسية Capital cost و امكانية سرعة بدء وإنتهاء التوليد الكهربي وعدم الاحتياج لكميات كبيرة من الماء للتبريد كما فى حالة المحطات الحرارية والغازية. وتستخدم هذه المحطات فى الأماكن التى يكون فيها سعر الوقود الزيتي أرخص من الفحم وبصورة عامة فهذه المحطات ذات قدرة كهربية محدودة (Small Capacity Plants) وتستخدم أيضًا كوحدات للطوارئ Emergency plant.
محطات أخريOther types of Power Stations
يمكن استخدام طاقة الرياح فى إدارة توربينات متصلة بمولدات لتوليد الطاقة الكهربية وتقام هذه المحطات فى الأماكن التى تكون فيها سرعة الرياح عالية . كذلك يمكن الاستفادة من طاقة المد والجزر لأمواج البحر لتوليد طاقة كهربية . والقدرة الكهربية لهذه المحطات ما زالت محدودة بالنسبة للمحطات الحرارية .
المكون الثاني:محطات المحولات الكهربية Substations
تقوم محطات المحولات المرتبطة بمحطات التوليد برفع الجهد الكهربي بواسطة محولات المولدات Machine Transformer حيث أن أقصي قيمة لجهد التوليد تبلغ الآن حوالي 35 الف (كيلو) فولت رغم التقدم فى استخدام المواد العازلة الكهربية . وتقام محطات التوليد فى أماكن قريبة من توفير الوقود والمياه وهذه ليست بالضرورة من مراكز الأحمال الكهربية و في الغالب يتم نقل الطاقة الكهربية مسافات كبيرة . لذلك يتم رفع الجهد الكهربي لتقليل الفاقد الكهربي فى خطوط النقل الكهربية. و يتم خفض الجهد الكهربي بنسبة معينة قرب مراكز الأحمال الكهربية من خلال ما يسمي بمحولات الشبكة Network Transformers. وتمتد الخطوط إلى محطات التوزيع Distribution Substations حيث يتم خفض الجهد الكهربي مرة ثانية ثم تمتد خطوط التوزيع الرئيسية Primary feeders إلى محولات التوزيع Distribution Transformers .
المكون الثالث:خطوط النقل الكهربية Transmission Lines
تمتد خطوط النقل الكهربي من محطات التوليد إلى المراكز الرئيسية للأحمال الكهربية Electrical load centers وهي بصورة عامة خطوط هوائية ثلاثية الأوجه Three phase transmission lines معلقة فى أبراج كما تستخدم الكابلات لنقل قدرة كهربية للتيار المستمر D.C. Power وخاصة عبر البحار للربط بين نظامين كهربيين مختلفي التردد مثلا.
المكون الرابع:خطوط التوزيع الكهربي Distribution lines
تستخدم الكابلات الارضية Underground cables لهذا الغرض إلا فى حالة تقليل التكلفة للخطوط فيمكن استخدام الخطوط الهوائية فى الأماكن غير المزدحمة بالسكان ويمكن أيضًا استخدام الكابلات الهوائية .
المكون الخامس:الأحمال الكهربية Electrical Loads
تنقسم الأحمال إلى أحمال استاتيكية Static Loads مثل المقاومات واللمبات وغيرها وأحمال ديناميكية Dynamic Loads مثل المحركات الكهربية
المكون السادس:نظم الحماية والقطع Switchgear and Protection System
يتم تزويد النظام الكهربي من نقطة التوليد إلى نقطة استخدام الطاقة الكهربيةبنظم الحماية سواء الخاصة بقيمة الجهد Voltage أو التيار Current أو التردد Frequency مع مجموعة الأجهزة المناسبة لفصل الدائرة الكهربية وقطع التيار بأمان .
المكون السابع:أجهزة تحسين آداء النظام الكهربي
Equipment for improving Performance of electric power systems
يضاف للنظام الكهربي بعض الأجهزة لتحسين الآداء على سبيل المثال المكثفات Capacitors لتحسين معامل القدرةالكهربية Power factor وغيرها من الأجهزة .
