نظم التغذية ونقل الطاقة الكهربية Supply Systems & Transmission of Electrical Energy

نظم التغذية ونقل الطاقة الكهربية
Supply Systems & Transmission of Electrical Energy

1- اختيار دوائر التغذية Choice of Supply Circuits
1-1 تغذية بجهد يساوي جهد المولد
يعتمد اختيار المخطط الكهربي لمحطات القوي على طبيعة الأحمال وأهمية استمرار التغذية لها ، كذلك على المرونة في التشغيل وسهولة إجراء الصيانة للمعدات الكهربية ، ويوجد عديد من المخططات المنفذة لكن بصور رئيسية يمكن اعتبارها تندرج من إحدى المخططات الأساسية أو إنها عبارة عن خليط منها. وتندرج هذه المخططات من دائرة واحدة إشعاعية بسيطة إلى عدة دوائر متداخلة للمحافظة على استمرارية التغذية الكهربية ويعني ذلك زيادة في استخدام نظم الحماية وبالتالي زيادة في التكلفة الاقتصادية مع تعقيد في التشغيل.
يوضح شكل (1) عدة أنظمة للقضبان (Buses) والتي تتصل بمغذيات (Feeders) ذات جهد يساوي جهد التوليد ، والجزء (a) من الشكل يمثل أبسط المخططات الكهربية والتي يمكن أن نقطع التغذية عن الأحمال لفترة. ويوجد جهاز قطع (circuit breaker) للمولد ، كذلك على كل مغذي لتوصيل الأحمال والحماية في حالة القصر. ويوجد على كل مغذي أيضًا مفتاح فصل disconnecting switch والهدف منه هو الحماية الإحتياطية back up عند إجراء صيانة في جهاز القطع المفتوح علي المغذي. و في أغلب الأحيان يتصل هذا المفتاح بالأرضي للحماية وتسريب أي شحنة متبقية.

في الجزء (b) من الشكل يستخدم قضيبان وأجهزة القطع والمفاتيح وذلك للأحمال التي تتطلب استمرارية في التغذية ويمكن إجراء صيانة لجهاز قطع المولد أو القضيب دون انقطاع للتغذية وتوفير الحماية للأشخاص الذين يقومون بعمليات الصيانة.
والجزءان (c) ، (d) مخططان أقل في المرونة من (b).

عند استخدام قضيبان للتوزيع يمكن أن يصل بينهم جهاز قطع Selector breaker لاختيار قضيب التغذية كذلك يعمل في حالة عطل جهاز قطع المغذي كحماية احتياطية في حالة القصر على المغذي.

ويستخدم جهاز قطع على القضيب bus - tie breaker وذلك عند التغذية بأكثر من مولد بحيث ينتهي كل مولد على جزء من القضيب و ذلك لتجنب فرق الجهد في القيمة و الزاوية علي جزئي القضيب خلال المفاعلة عند انقطاع التغذية من أحد المولدات والتي تسبب تيارات دوارة في الدائرة circulating current .
و الجزءان (f) ، (e) يبينان مخططا أكثر تطورًا.

وفى كل المخططات السابقة لا بد من توافر محولات التيار والجهد التي تغذي أجهزة الحماية . كذلك أجهزة القياس للكميات الكهربية مثل التيار والجهد و وحدات التحكم التى تمكن مشغل النظام operator من توصيل أو فصل أي معدة كهربية . كذلك لا بد من توفر قضيب التأريض Ground Bus لتأريض المغذيات أثناء الصيانة لها أو الإصلاح . كذلك قد توجد حوائط عازلة للنيران Fire walls بين أجزاء القضبان منعًا لامتداد النيران إلى كل الأجزاء .

2-1 تغذية من خلال محولات رفع الجهد
في هذه الحالة تستخدم المحولات لرفع جهد التوليد وتوجد عدة مخططات بينهما شكل (2) حيث يمكن أن يرتبط كل مولد بمحول ثم بمغذي ، جزء (a) من الشكل. أو تتم تغذية المولدات على قضيب تخرج منه مغذيات ذات جهد يساوي جهد التوليد والأخرى على محولات لرفع الجهد ، جزء (b) من الشكل ، والجزء (c) من نفس الشكل يوضح مخططا يسمح باستمرارية التغذية طوال الوقت أما الشكل (d) فيسمح بمرونة في التشغيل مع استخدام عدد أقل من أجهزة القطع عن الحالة (c).

2- أهمية خطوط نقل الطاقة الكهربية
تستخدم خطوط النقل Transmission lines لنقل الطاقة الكهربية من أماكن التوليد سواء محطات مائية حرارية - غازية - نووية وغيرها إلى أماكن مراكز الأحمال الكهربية. كذلك تستخدم الخطوط - تسمي خطوط الربط Tie line - لربط نظم القوي الكهربية.

3- نظم وجهد خطوط نقل الطاقة الكهربية
1-3 النقل باستخدام الجهود المنخفضة والتيار المستمر
Transmission by low vol***e direct current

3-1-1 النظام الإشعاعي Radial system
هذه أول طريقة استخدمت لنقل الطاقة الكهربية ويوضح شكل (3) رسما تخطيطيا للنظام وتحدد مساحة مقطع الكابل على أساس قيمة التيار المسموح بمروره (Current carrying capacity ) كذلك التغيرات في الجهد عند الأحمال الكهربية لا تزيد عن نسبة معينة ( 5% - 6 %) (Vol***e regulation) . والعيب الرئيسي لهذا النظام هو انقطاع التغذية عن الأحمال على موزع إذا حدث به عطل.

2-1-3 النظام الحلقي Ring system
يوضح شكل (4) مخطط هذا النظام والذي يمكن فيه تجنب انقطاع التغذية عن الأحمال إذا حدق عطل في الموزع حيث تتم التغذية من الجهة الأخرى كذلك يمكن أن يغذي الحلقة أكثر من مولد ، كما هو موضح في شكل (5).

3-1-3 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 في شكل رقم (6) حيث تتم التغذية في 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 في التيار ويمكن بذلك تقليل مساحة مقطع السلك إلي 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 في المادة الموصلة في نظام ثلاث أسلاك إلى نظام سلكين يفرض أن:-