نبذة عن تحديات شبكة نقل الكهرباء:
يُلاحظ عالميًا أن توليد الكهرباء واستهلاكها يتزايدان بشكل متسارع لعدة أسباب، منها: تكامل مصادر الطاقة المتجددة في الشبكة الكهربائية، وتطبيقات “كهربة” الطاقة -كبديل للاعتماد على الوقود الأحفوري التقليدي-، والنمو الهائل والمستمر في الطلب على الكهرباء.
لاستيعاب هذه الزيادة السريعة في الطلب على مستوى شبكات النقل الهوائية، يجب تعزيز قدرة الطاقة للشبكة الكهربائية من خلال إنشاء خطوط نقل هوائية (Overhead Lines – OHLs) جديدة والذي يعتبر حلاً مكلفاً ويتطلب أذونات من الهيئات التنظيمية المتعددة ذات الصلة مما قد يؤخر عملية تعزيز الشبكة، في معظم الحالات تحاول الشركات المطورة والمشغلة إيجاد خيارات بديلة أكثر مرونة وذات جدوى اقتصادية لتعزيز الشبكة، ومن هذه الخيارات: استبدال الموصلات الهوائية الحالية بموصلات أكبر حجمًا، أو الاستفادة من تقنيات الموصلات المتقدمة الجديدة المعروفة بإسم الموصلات فائقة السعة (High-Temprature Low-Sag).
تنعكس القدرة الفائقة لنقل الطاقة لتقنيات موصلات HTLS من خلال اختلاف الخصائص الحرارية بين المواد المستخدمة في صناعة الموصل والتي تختلف عنها في الموصلات التقليدية، مثل: All Aluminium Alloy Conductor (AAAC) والمدعمة بأسلاك من الجديد المقوى (Aluminium Conductor Steel Reinforced – ACSR).
حقوق الصورة: http://it.vwcable.com
التقنيات المستخدمة في الموصلات الهوائية:
تختلف الموصلات المستخدمة في الخطوط الكهربائية الهوائية بشكل كبير، في الواقع تم استخدام الموصلات الأحادية المعدن -في التصنيع- مثل: AAAC، و AAC، و ACAR (والتي تتكون الأسلاك فيها من الألومنيوم فقط) في تطبيقات صناعية محددة، بينما كان الاختيار الأكثر شيوعًا في شبكات النقل هو الموصلات الثنائية المعدن -في التصنيع- والمدعمة بالحديد مثل ACSR.
في الآونة الأخيرة تم تطوير تقنيات حديثة للموصلات فائقة السعة المعروفة بـ HTLS؛ لتحسين السعة الحرارية للشبكة (Thermal Rating) مع التقليل من/أو الحفاظ على الترخيم للخط (Sag) مما يؤدي إلى إمكانية زيادة تدفق الطاقة في الخطوط الهوائية المزدحمة (Congested OHL) بأقل التكاليف والتعديلات على البنية التحتية الحالية لشبكة نقل الكهرباء.
الخصائص المميزة لموصلات نقل الكهرباء الهوائية:
يتكون تصميم الموصلات بشكل عام من طبقة أو أكثر من الأسلاك الموصلة (Conductive Layers) ومجموعة من الأسلاك المدعِّمة (core)، فالأسلاك الموصلة للطاقة تصنع عادة من مواد أساسية مختلفة (مثل الألمنيوم والنحاس)، و الأسلاك المدعِّمة -غير موصلة- وتصنع من مواد أكثر قوة من الألمنيوم الموصل (مثل الحديد)، يعود السبب في تصميم الموصلات الثنائية المعدن لإيجاد الأسلاك المدعِّمة – Core لتوفر القوة والصلابة للموصل حينما تحمل أسلاك الألمنيوم الموصلة التيار الكهربائي وتتمدد ناتجة عن حمل إضافي على الأسلاك المدعمة والتي تتمدد بمستوى أكثر بطئاً من الأسلاك الموصلة، وعلى ذلك قام مُصنِعو الموصلات بإيجاد حلول مبتكرة لزيادة سعة الموصلات بداخل نفس المقطع العرضي للموصلات التقليدية وذلك من خلال إدخال مواد تصنيع للأسلاك الموصلة مركبة وجديدة، فالمواد المركبة الحديثة لها تأثير حاسم على السلوك الحراري للموصل بسبب الاختلافات الكبيرة في معاملات التمدد الحراري بين كلا المكونين (الأسلاك الموصلة والأسلاك المدعِّمة).
مع تغير درجات حرارة تشغيل الموصل يصبح انتقال الحمل الميكانيكي (الكتلة وقوة الشد) بين كلا المكونين (الأسلاك الموصلة والأسلاك المدعِّمة) مهمًا إلى حد كبير، وتُعرف نقطة تحويل الحمل هذه بـ Knee-Point والتي تقل بعد الوصول إليها قوة شد أسلاك الألمنيوم وتكاد صفراً مع ارتفاع درجة الحرارة، بالنسبة للموصلات فائقة السعة تم تصميم الموصلات ثنائية المعدن وثنائية المواد لتقليل الترخيم للموصل تحت ظروف التشغيل ذات درجة الحرارة العالية (أي فوق Knee-point)، لذلك فإن التمدد الحراري الأساسي المنخفض يمكّن مشغلي شبكة النقل من تشغيل الموصلات في درجات حرارة عالية بمعنى زيادة نقل الطاقة باستخدام الخطوط الهوائية الحالية بذاتها.
حقوق الصورة: Reconductoring-using-HTLS-conductors.-Case-study-a-Mateescu-Marginean
حقوق الصورة Sumitomo Electric Industries, Ltd
