نقل الطاقة الكهربائية

تسمى عملية نقل الطاقة الكهربائية بنقل الطاقة الكهربائية. تتضمن هذه العملية عادةً نقل الطاقة الكهربائية من المولد أو المنتج إلى محطات التوزيع بالقرب من المدن أو مراكز التركيز الصناعي ، ومن الآن فصاعدًا تعني توصيل الطاقة الكهربائية للمستهلكين في نطاق توزيع الطاقة الكهربائية. يتيح لنا نقل الطاقة الكهربائية استخدام الطاقة الكهربائية ببساطة ودون قبول تكلفة نقل الوقود ، وكذلك الفصل عن التلوث الناتج عن حرق الوقود في محطة توليد الكهرباء. في كثير من الحالات ، من المستحيل نقل مصادر الطاقة مثل الرياح أو المياه من السدود ، والطريقة الوحيدة الممكنة هي نقل الطاقة الكهربائية.

نظرًا للكمية الكبيرة من الطاقة المعنية ، تعمل المحولات بجهد أعلى أو أقل (110 كيلو فولت أو أكثر). تنتقل الطاقة الكهربائية عادة عبر مسافات طويلة بواسطة الخطوط الجوية. تستخدم خطوط مترو الأنفاق فقط في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان ، ويرجع ذلك إلى ارتفاع تكلفة الإنشاء والصيانة ، فضلاً عن توليد طاقة تفاعلية إضافية في هذه الخطوط.

اليوم ، تشمل خطوط نقل الجهد في الغالب خطوطًا بجهد أعلى من 110 كيلو فولت. نادرًا ما تستخدم الفولتية المنخفضة ، مثل 33 أو 66 كيلو فولت ، لتشغيل أحمال الإضاءة على الطرق الطويلة. عادة ما تستخدم الفولتية التي تقل عن 33 كيلو فولت لتوزيع الطاقة الكهربائية. يشار إلى الفولتية التي تزيد عن 230 كيلو فولت على أنها "جهد عالٍ إضافي" لأن معظم المعدات المطلوبة في هذه الفولتية تختلف تمامًا عن معدات الجهد المنخفض.

تاريخ

في السنوات الأولى من استخدام الطاقة الكهربائية ، تم نقل الطاقة بنفس الجهد مثل المستهلكين ، وكان هذا بسبب استخدام الطاقة الكهربائية في شكل التيار المستمر ، لأنه في ذلك الوقت لم يكن هناك طريقة لزيادة جهد التيار المستمر ولأن أنواعًا مختلفة من المستهلكين مثل المصابيح أو المحركات تحتاج إلى جهد كهربائي مختلف ، كان لابد من استخدام مولد منفصل لكل منها ، مما يلغي إمكانية استخدام شبكة كبيرة لإطعام جميع المستهلكين.

في اجتماع مجموعة AIEE في 16 مايو 1888 ، قدم نيكولا تيسلا مقالًا بعنوان "نظام جديد للمحركات والمحولات المتناوبة" وأوضح مزايا استخدام هذا النظام. في وقت لاحق ، اقترحت شركة "Westinghouse" بناء أول نظام تيار متناوب.

باستخدام المحول ، كان من الممكن توصيل المولدات بخطوط نقل الجهد العالي وأيضًا إمكانية توصيل خطوط الجهد العالي بشبكات التوزيع المحلية. من خلال اختيار التردد المناسب ، كان من الممكن تغذية جميع أنواع الأحمال ، بما في ذلك الإضاءة والمحركات. أتاح المحول الدوار ومصابيح القوس الزئبقي اللاحقة ومعدلات التيار الأخرى إمكانية توصيل مستهلكي التيار المستمر بالشبكة باستخدام نوع من المقومات.

حتى المستهلكين ذوي الترددات المختلفة يمكن توصيلهم بالشبكة باستخدام المحولات الدوارة. باستخدام محطات الطاقة المركزية لإنتاج الكهرباء ، كان من الممكن أيضًا توفير المال من خلال الإنتاج الضخم ، كما أن عامل الحمولة في كل محطة للطاقة جعل من الممكن الإنتاج بكفاءة أعلى ، بحيث كان من الممكن استخدام الكهرباء بسعر أقل مقابل المستهلكين. بهذه الطريقة ، أصبح من الممكن إنشاء شبكة كبيرة لإطعام أنواع مختلفة من المستهلكين.

باستخدام محطات طاقة أكبر عدة مرات متصلة بمساحة كبيرة ، تم تقليل تكلفة توليد الكهرباء وأصبح من الممكن استخدام محطات طاقة عالية الكفاءة يمكنها تغذية أحمال مختلفة. وبهذه الطريقة أيضًا ازداد استقرار إنتاج الكهرباء وانخفضت تكلفة الاستثمار في هذا القطاع ، وأخيراً أصبح من الممكن استخدام مصادر الطاقة البعيدة مثل محطات الطاقة الكهرومائية أو الفحم من المناجم البعيدة ، دون الحاجة لدفع ثمنها. نقل الوقود

في خطوط النقل المبكرة ، تم استخدام عوازل الدبوس والأكمام. هذه العوازل مماثلة لتلك المستخدمة اليوم لخطوط الهاتف العلوية. كان استخدام هذه العوازل محدودًا لأنه يمكن استخدامها حتى 40 كيلو فولت. في عام 1907 ، اخترع هارولد دبليو باك من شركة Niagara Falls Power Company العوازل اللوحية ، مما جعل من الممكن استخدام العوازل بجهد أعلى ، بحيث يكون أول خط نقل لكميات كبيرة من الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة بين محطة فولز للطاقة الكهرومائية. نياجرا و "بوفالو" ولدت في نيويورك. يقف تمثال نيكولا تيسلا الآن بجوار شلالات نياجرا تقديراً لمساهمته في نقل الطاقة الكهربائية.

خلال القرن العشرين ، ازداد الجهد المرسل تدريجيًا. في عام 1914 ، تم استخدام خمسة وخمسين خط نقل بجهد يزيد عن 70 كيلو فولت ، وكان من بينها أعلى جهد نقل 150 كيلو فولت. تم إطلاق أول خط نقل ثلاثي الأطوار بجهد 110 كيلووات في ألمانيا بين Lachhammer و Riza في عام 1912. في 17 أبريل 1929 ، تم تشغيل أول خط نقل 220 كيلو فولت في ألمانيا ، مروراً بأربع مدن في طريقه.

في هذا الخط ، تم بناء الصواري لزيادة الجهد المحتمل حتى 380 كيلو فولت. تم بناء أول خط نقل 380 كيلوفولت في عام 1957 ، بعد عشر سنوات ، في عام 1967 ، وتم إنشاء أول خط نقل بجهد عالي جدًا 735 كيلوفولت. أخيرًا ، في عام 1982 ، تم إنشاء خط نقل بجهد 1200 كيلو فولت في الاتحاد السوفيتي ؛ هذا الجهد هو الجهد الأكثر استخدامًا في خطوط النقل في العالم. كان سبب استخدام مثل هذا الجهد في الاتحاد السوفيتي هو اتساع هذا البلد مقارنة بكثافة المدن.

أدى التسارع الكبير في التصنيع في القرن العشرين إلى تحويل الطاقة الكهربائية بسرعة إلى واحدة من أهم البنى التحتية الاقتصادية في البلدان الصناعية. وبهذه الطريقة ، سرعان ما أفسحت المولدات المحلية وشبكات التوزيع الصغيرة المجال لشبكات إنتاج ونقل الطاقة الكبيرة. مع بداية الحرب العالمية الأولى ، ازداد تسارع هذه التغييرات وبدأت الحكومات بسرعة في بناء محطات طاقة كبيرة لإنتاج الطاقة الكهربائية اللازمة في مصانع الأسلحة. في وقت لاحق ، تم استخدام محطات الطاقة هذه لإطعام المستهلكين في المناطق الحضرية.

يزيد المهندسون الذين يصممون خطوط النقل من كمية الطاقة المرسلة قدر الإمكان في الحسابات المتعلقة بتصميم هذه الخطوط ، بالطبع ، تؤخذ الاعتبارات والقيود مثل أمان الشبكة وإمكانية توسيع الشبكة وقيود المسار وما إلى ذلك في الاعتبار حساب في تصميم الشبكات.

تزداد كفاءة خطوط النقل مع زيادة الجهد ، مما يقلل من التيار. في نقل الطاقة على نطاق واسع ، تعتبر الكفاءة مهمة جدًا ، ويمكن أن تتسبب الخسائر الأكبر من المعيار في الكثير من الضرر للشبكة أو حتى تجعل استخدامها غير اقتصادي ، وهذا يزيد من أهمية الحسابات والمعايير المتعلقة بالخسائر ؛ لذلك ، تعد خسائر خط النقل إحدى المعلمات الرئيسية لحسابات الشبكة.

بشكل عام ، تتكون شبكة الطاقة الكهربائية من محطة طاقة أو منتج أو دائرة أو شبكة نقل ومحطات تغيير الجهد. عادة ما يتم نقل الطاقة على طول خطوط النقل على شكل تيار متردد ثلاثي الطور. يتطلب استخدام التيار المستمر للإرسال معدات باهظة الثمن لتحويل نوع التيار. بالطبع ، يمكن تبرير استخدام هذه المعدات لبعض المشاريع الكبيرة. يستخدم استخدام الطاقة الكهربائية على شكل تيار متردد أحادي الطور فقط في التوزيع للمستهلكين المنزليين والمكتبيين ، لأنه في الصناعات ، بسبب استخدام المحركات ثلاثية الطور ، فإن استخدام الطاقة الكهربائية على شكل ثلاث مراحل هو أكثر اقتصادا. وبالطبع ، فإن استخدام الأنظمة التي تحتوي على أكثر من ثلاث مراحل أمر شائع أيضًا في بعض التطبيقات الخاصة.