منظور آخر لكيفية نقل الطاقة الكهربائية من المصدر إلى المستهلك

م.رباح فارس

منظور آخر لكيفية نقل الطاقة الكهربائية من المصدر إلى المستهلك

كيف يتم نقل الطاقة الكهربائية من المصدر إلى المستهلك؟

لابد أن البعض قد يقول إن في السؤال غرابة!

فالجواب واضح أن نقل الطاقة يكون من خلال شبكات النقل والتوزيع ومن خلال المحولات التي تستلم القدرة الكهربائية من مصادر التوليد ومن ثم تحويلها إلى جهد كهربائي مناسب للمستهلك النهائي، ولكننا لم نشرح آلية نقل الطاقة ودور المحولات في عملية النقل، هل هو تحويل الجهد من جهد عالي إلى جهد منخفض ؟ أم أن هناك مهمة أخرى لمحولات نقل القدرة الكهربائية؟ حيث لا بد من أن يكون نقل القدرة بأعلى مايمكن حتى تتم الاستفادة من القدرة المولدة، و كما هو معروف ما تحوي نظرية Maximum Power Transfer Theorem من مفهوم وهو نقل الطاقة يكون بأعلى قيمة عندما تتساوى مقاومة الحمل مع مقاومة مصدر التغذية.

إن مقاومة مصدر التغذية لا يمكن أن تتوافق مع مقاومة الأحمال الكهربائية، وعليه فإن المحول قد وضع بين مصدر التغذية الكهربائية والأحمال لإجراء التوافق Matching من خلال خاصية نسبة التحويل حسب العلاقة التالية:

N_P/N_S= (Z_P/Z_S)^1/2 (١)

حيث:
Z_P : مقاومة الخط الداخل إلى المحول Impedance looking into the primary terminals from the power source

Z_S : مقاومة الحمل في الملف الثانوي The impedance of load connected to secondary

المعادلة (١) تشكل الأساس في عمل المحول في عملية تحويل الطاقة (أي إجراء حالة Matching).

فالمحطة التي تحاول ربط مغذيين على التوازي لمحول ما فإن الحسابات الموضوعة لهذه المحطة مبنية على أساس مغذي واحد ذو مقاومة محسوبة عليه حسابات كثيرة، أي أن حالة التوافق موجودة لكن عند ربط مغذي آخر على التوازي مع المغذيات الخارجة لهذا المحول فإنك ستلغي حالة التوافق هذه وبالتالي سيحدث الخلل في تجهيز الطاقة، أي ستصبح أقل من الحالة السابقة وحسب حالة تأثر عملية التوافق وفي أدناه توضيح لحالة التوافق matching مع مثال تطبيقي:

مثال ١:

لنفترض لدينا محول ذو لفات عدد 2400 لفة على الملف الابتدائي و 150 لفة على الملف الثانوي

وعليه ستكون نسبة التحويل:

2400/150 =16

لكن حسب المعادلة (1) يجب أن نعرف قيمة النسبة بين مقاومة مصدر تغذية المحول Zp والتي هي مربوطة إلى الملف الإبتدائي، ومقاومة الاحمال ZS التي هي مربوطة إلى الملف الثانوي والتي يجب أن تكون مساوية للقيمة 16، ولكي نبحث عن الإجابة، نسلط جهد مقداره 240 فولت على الملف الإبتدائي وطالما أن نسبة تحويل لعدد اللفات تساوي نسبة التحويل لقيم الجهد في الملفين الإبتدائي والثانوي، ففي هذه الحالة سيكون لدينا العلاقة :

عدد لفات الملف الإبتدائي ÷ عدد لفات الملف الثانوي = جهد ملف العالي أو الإبتدائي ÷ جهد ملف المنخفض أو الثانوي (2)

وبتطبيق العلاقة (2):

وعليه فإن:جهد الملف المنخفض أو الثانوي = 15 فولت
وهي نفس نسبة التحويل في عدد اللفات لكلا الملفين:

2400/ 150 = 16

ولغرض إجراء الحسابات اللاحقة يجب أن نحدد قيمة التيار في الملف الثانوي المربوطة عليه الاحمال؛ حتى نستطيع معرفة قيمة المقاومة في كلا جانبي المحول من مقاومة مصدر التغذية المربوط إلى الملف الإبتدائي ومقاومة الحمل المربوط إلى الثانوي.

وحسب المعطيات أعلاه لا يمكنني من اختيار أكثر من 1 امبير، وسيكون لدي العلاقات أدناه :

Secondary power P_s= E_sec x I_sec= 15 x 1= 15 watts
Since secondary power = primary power so,

I_p= = 62.5 mA
Z_p= = 3840 Ohm
and Z_s= =15 Ohm

بمعنى آخر أن نسبة الممانعة تحت الجذر التربيعي:

3840/15 = 16

وبذلك تم برهنة صحة العلاقة الرئيسية أعلاه (1) والتي تعني حالة التوافق matching التي يتم فيها نقل أكبر طاقة كهربائية عبر المحول إلى الاحمال المربوطة على الملف الثانوي للمحول.

ملاحظة:

دائما هنالك فرق في الحسابات النظرية عن الحسابات العملية يتراوح ما بين (10٪؜ إلى 20 %)، وعليه لو تم إجراء الحسابات العملية لأي محول قدرة للقانون أعلاه (1) الذي يُوضح عمل المحول الأساسي في نقل القدرة سنجده تقريباً يحقق العلاقة للقانون (1).

مثال ٢:

محول قدرة سعته 16MVA وبمجموعة متجهه Dyn11

عدد لفات فولتية الخطوة بجهد 35.475 كيلو فولت = 636 لفة = NP

عدد لفات فولتية الخطوة بجهد 11.5 كيلو فولت = 119 لفة = NS

نطبق العلاقة موضوع بحثنا:

NP/NS = 636/119 = 5.3445

بما ان المحول ذو ربط مثلث – نجمة يتم القسمة على جذر 3 (1.732) ويساوي 3.08576

ومن ثم يتم حساب: Zp/Zs

Zp=( 35.475)^2/16MVA = 78.6547 Ohm

ZS= (11.5)^2/16MVA = 8.2656 Ohm

حاصل قسمة النتائج اعلاه 78.6547\8.2656= 9.5159

والقيمة تحت الجذر التربيعي = 3.08478