نظم وجهد خطوط نقل الطاقة الكهربية

النقل باستخدام الجهود المنخفضة والتيار المستمر

1 -النظام الإشعاعي   Radial system
هذه أول طريقة استخدمت لنقل الطاقة الكهربية ويوضح الشكل رسما تخطيطيا للنظام وتحدد مساحة مقطع الكابل على أساس قيمة التيار المسموح بمروره ( Current carrying capacity ) كذلك التغيرات فى الجهد عند الأحمال الكهربية لا تزيد عن نسبة معينة ( 5% – 6 %) (Voltage regulation) . والعيب الرئيسي لهذا النظام هو انقطاع التغذية عن الأحمال على موزع إذا حدث به عطل .

-2 النظام الحلقي    Ring system
يوضح الشكل التالي

مخطط هذا النظام والذي يمكن فيه تجنب انقطاع التغذية عن الأحمال إذا حدق عطل فى الموزع حيث تتم التغذية من الجهة الأخرى كذلك يمكن أن يغذي الحلقة أكثر من مولد ، كما هو موضح فى شكل التالي

3 نظام تلاقي الأسلاك    Wire system
في حالة نقل طاقة كهربية كبيرة يتطلب ذلك خطوط نقل ذات مقطع كبير (cross section area) وبالتالي تكلفة عالية . لذا يمكن أن يستخدم نظام تلاقي الأسلاك كما هو موضح فى الشكل  التالي حيث تتم التغذية فى الدائرة N-1 من خلال المولد الأول ، والدائرة N-2 من خلال المولد الثاني . ويتصل فقط خط التعادل للمولدين بعضهما ببعض وبالأرض. لذلك يحمل الخط N الفرق فى التيار ويمكن بذلك تقليل مساحة مقطع السلك الي حد معين حيث انه بتقليل مساحة المقطع سوف ترتفع مقاومة السلك وبالتالي يزيد فرق الجهد وتزيد قيمة جهد الأرض (Earth potential) وفى الغالب يستخدم خط كهربي N ذو مساحة مقطع تساوي نصف مساحة مقطع الخطوط الخارجية (1-2) .

ولتحديد نسبة الوفر فى المادة الموصلة فى نظام ثلاث أسلاك إلى نظام سلكين يفرض أن :-

V:  voltage between the wires in 2 – wire case I and between the outer and the neutral in 3 – wire case II

P: Power transmitted

R₁: Resistance per unit length for case I.

R₂: Resistance per unit length of outer wires in case II

Resistance of the neutral     = 2 R ₂ per unit length

I in 2- wire case                   = P/V

Power loss = 2 I ² R = 2 (P/V) ² R₁

I in 3- wire case, and assume equal loads ,i.e I1 = I2, I through N=0

                        I = P / (2V)     

Power loss = 2 ( P /2V)² R₂

For equal power loss :

2 / (P/V )² R₁ = 2 ( P/2V)² R₂

        R₂ = 4 R₁

Cross section of the outer is ¼ of that in the 2- wire

Copper ratio:

3 – wire = (2 x ¼ ) + (1/2 x ¼ ) = 5 = 31.25

2 – wire                   2 x 1                16

Reduction in case of using 3 – wire = 68.75 %

If the neutral has the some cross section as the outer, the ratio is :

3 – wire = (2 x ¼ ) + (1 x ¼ ) = 3 = 37.5 %

2 – wire                   2 x 1             8

 

Reduction in case of using 3 – wire = 62.5 %

وإذا لم تتساوى الأحمال فى الخطوط الخارجية فى نظام ثلاث أسلاك فإن الوفر سوف يقل. لذلك يفضل أن تكون الأحمال متماثلة فى الدائرتين .