ما هو تيار شحن الكابل؟
يُعرَّف تيار الشحن بأنه التيار الذي يتدفق عبر السعة التحويلة لخط النقل، وهو موجود في كل من الكابلات تحت الأرض والخطوط الهوائية. تكون السعة التحويلية وبالتالي تيارات الشحن في الكابلات تحت الأرض أكبر بمقدار 10-20 مرة من الخطوط العلوية. لاحظ أنه بالنسبة للخطوط العلوية، يكون الحث المتسلسل أكبر بمقدار 2-3 مرات من الكابلات تحت الأرض [1].
يزداد تيار الشحن خطيًا مع زيادة طول الكابل خطيًا مع زيادة طول الكابل أيضًا مع مستوى الجهد ويصبح اعتبارًا مهمًا لنقل الكابلات الطويلة؛ عادةً ما يكون 40 كم أو أكثر لجهد نقل أقل من 220 كيلو فولت و20 كم أو أكثر لجهد النقل 220 كيلو فولت أو أكثر [2].
ويتمثل تأثير تيار الشحن في أنه لتزويد الحمل النشط، يجب أن يكون التيار المحقون في المصدر أعلى لتعويض سعة الكابل. يولد تيار الشحن خسائر حرارية في الكابل يمكن أن تكون عالية مثل التصنيف الحراري للكابل بالنسبة لخطوط النقل الطويلة.
لاحظ أن ظاهرة تيار الشحن والقيود التي تفرضها على الحد الأقصى لطول خط النقل تنطبق على كابلات التيار المتردد فقط. وعلى النقيض من كابلات التيار المتردد، يؤدي غياب تيار الشحن في كابلات التيار المستمر إلى مسافات نقل غير محدودة تقريباً عبر التيار المستمر.
معادلات تيار الشحن
يمكن التعبير عن معادلة تيار الشحن (لكابلات التيار المتردد) على النحو التالي:
- C = السعة لكل وحدة طول (μF/كم)
- ω = التردد الزاوي للجهد (s-1)
- U = جهد الخط RMS (من طور إلى طور) (كيلو فولت)
- L = الطول (كم)
- IC = تيار الشحن (A)
- ε = السماحية النسبية للعزل (= 2.5 باستخدام XLPE)
- Di = القطر الخارجي للعازل (باستثناء الشاشة) (مم)
- dC = قطر الموصل بما في ذلك الشاشة، إن وجدت (مم)
الطول الحرج للكابلات
مع زيادة طول الكابل، ينخفض التيار الواصل إلى الحمل بسبب زيادة تيار الشحن. يُعرَّف الطول الذي يصبح عنده تيار الشحن مساوياً لتيار الإمداد بأنه الطول الحرج، وعند هذه النقطة يمثل تيار الشحن جميع الفقد الحراري في الكابل. معادلة الطول الحرج هي
- LC = الطول الحرج (كم)
- IS = تيار الإمداد المقدر من المصدر أو طرف الإرسال (A)
- U = جهد الخط RMS (من طور إلى طور) (كيلو فولت)
حساب الطاقة النشطة التي يستقبلها الحمل
ويعتمد الحد الأقصى للطاقة المرسلة المستقبلة عند نقطة التحميل لوصلة شعاعية تحت الأرض على تردد الإمداد والجهد وطول الكابل والجهد عبر العازل وسعة الكابل [1]. لحساب إجمالي الطاقة النشطة المستقبلة عند الحمل بناءً على طول خط النقل، يمكن استخدام المعادلة التالية:
أين:
- PL = الطاقة النشطة (عند ) عند نقطة التحميل
- SG = طاقة التغذية عند المصدر (MVA)
- L = طول الوصلة تحت الأرض (كم)
يمكن حساب القدرة الظاهرة SG عند المصدر على النحو التالي بافتراض تكوين ثلاثي الأطوار:
أين:
- PL = الطاقة النشطة (عند ) عند نقطة التحميل
- SG = طاقة التغذية عند المصدر (MVA)
- L = طول الوصلة تحت الأرض (كم)
يمكن حساب القدرة الظاهرة SG عند المصدر على النحو التالي بافتراض تكوين ثلاثي الأطوار:
تعويض تيار الشحن
للتعويض عن المفاعلة السعوية للكابل، يتم إدخال مفاعلات حثي تحويلة. وهذا مطلوب عادةً لمسارات الكابلات الطويلة. والقاعدة العامة هي التفكير في التعويض إذا انخفضت الطاقة النشطة القابلة للنقل بنسبة 15% تقريبًا [3].
يجب أن تأخذ تقييمات المفاعلات في الاعتبار قدرة أنظمة الكابلات على التعامل مع انخفاضات الجهد لظروف عدم التحميل وكذلك توفير تعويض تيار الشحن لظروف التحميل الكامل. يمكن وضع المفاعلات التحويلية على فترات منتظمة، ولكن قد يكون هذا الترتيب مكلفًا وبالتالي يلزم إجراء تحليل شامل للنظام لتحقيق الأداء الأمثل. يمكن تطبيق معادلة بسيطة تلخص متطلبات الطاقة التفاعلية للكابلات تحت الأرض [1]. وتجدر الإشارة إلى أن هذه المعادلات توفر فقط مؤشراً أساسياً لتعويض الكابلات وينبغي استخدامها لدراسة أولية لنظام الطاقة.
يمكن استنتاج قيمة تقريبية لقيمة الحث باستخدام معادلة بسيطة كما هو موضح أدناه:
- على الأرجح ستتم إزالة المعادلتين (6) و (7) كما ورد في البريد الإلكتروني.
المكان
- Lshunt= محث التحويلة (H)
- Qcable = القدرة التفاعلية للكابل (VAR)
- CT = السعة الكلية للكابل على طول الإرسال بالكامل (F)
فحص الطول الحرج
مثال 1 - كابلات 132 كيلو فولت و22 كيلو فولت تحمل كلاهما 531 أمبير
يعرض الشكل 1 اختبار مقارنة مع كابل جهد 132 كيلو فولت مقابل كابل جهد 22 كيلو فولت. يمد كل كابل بقدرة 20.23 ميجاوات بجهد 22 كيلو فولت ويحمل تياراً قدره 531 أمبير. وباستخدام كابل ذي جهد مقنن أعلى، يمتد الطول الحرج أكثر بسبب انخفاض معدل السعة. يرجع انخفاض معدل السعة إلى زيادة سُمك العزل للكابلات ويمكن حسابه من (2).
وكما يتضح من الشكل 1، عندما يزود كلا الكابلين بنفس الطاقة النشطة، يمتد كابل جهد 132 كيلو فولت إلى مسافة 928 كم مقارنة بكابل جهد 22 كيلو فولت عند مسافة 386 كم فقط. عند علامة 386 كم، تبلغ الطاقة النشطة لكابل 132 كيلو فولت 18.4 ميجاوات. يمثل هذا انخفاضًا بنسبة 9% فقط عن معدل الإمداد الاسمي، وبالتالي، يمكن استخدام كابل ذي جهد أعلى لتحسين كفاءة الطاقة لطول النقل المقصود للمصمم.
مثال 2 - كابلات أحادية النواة بجهد 132 كيلو فولت بأحجام مختلفة
يوضح الشكل 2 اختبار مقارنة باستخدام كابل أحادي القلب بجهد 132 كيلو فولت من ثلاثة أحجام مختلفة - 300 مم2 و630 مم2 و1200 مم2. كل من الكابلات ذات المقاطع العرضية المختلفة تزود 121.4 ميجاوات من الطاقة بجهد 132 كيلو فولت وتيار 531 أمبير. الكابلات في كل دائرة متلامسة ومرتبة في شكل ثلاثي ومدفونة على عمق 0.5 متر تحت الأرض. كلما زاد قطر الموصل، يقل الطول الحرج. على الرغم من أن سُمك العزل يظل كما هو بالنسبة لجميع الكابلات، إلا أن السعة تزداد السعة بسبب الزيادة في حجم الموصل.
مثال 3 - الكابلات المدفونة بجهد 132 كيلو فولت عند 50 هرتز و60 هرتز
ويعرض الشكل 3 مخططين بترددات مختلفة للنظام حيث تكون كلتا الدائرتين مقننة عند 132 كيلو فولت، ومدفونة عند 0.5 متر، ومتلامسة ومرتبة على شكل ثلاثي بمساحة مقطع عرضي 300 مم2. يتميز مخطط 60 هرتز (الأخضر) بطول حرج أقصر من مخطط 50 هرتز (الأزرق). كلما زاد التردد، يقل الطول الحرج نتيجة لذلك ويمكن ملاحظة ذلك من (3).
المراجع:
- CIGRE، "المبادئ التوجيهية العامة لدمج نظام الكابلات الجديدة تحت الأرض في الشبكة - مجموعة العمل B1.19"، CIGRE، 2004. تم الوصول إليه في: 12 سبتمبر 2020. [متاح على الإنترنت]. متاح: https://e-cigre.org/publication/250-technical-and-environmental-issues-regarding-the-integration-of-a-new-hv-underground-cable-system-in-the-network
- CIGRE، "تنفيذ أنظمة الكابلات الطويلة ذات الجهد العالي المتردد والكابلات ذات الجهد العالي الفائق - مجموعة العمل B1.47"، CIGRE، 2017. تم الوصول إليه في: 14 سبتمبر 2020. [على الإنترنت]. متاح: https://e-cigre.org/publication/680-implementation-of-long-ac-hv-and-ehv-cable-systems
- CIGRE، "دليل حسابات تصنيف الكابلات المعزولة - مجموعة العمل B1.35"، CIGRE، 2015. تم الوصول إليه بتاريخ: 12 سبتمبر 2020. [على الإنترنت]. متاح https://e-cigre.org/publication/640-a-guide-for-rating-calculations-of-insulated-cables
- الكابلات الكهربائية - حساب التصنيف الحالي - الجزء 1-1: معادلات التصنيف الحالي (عامل الحمولة 100٪) وحساب الخسائر - عام، IEC 60287-1-1-1:2014
- برنامج الجهد العالي للكابلات الإصدار 4.3 (2021). إلكتروتكنيك
جرب برنامجنا لحسابات تقييمات الكابلات ذات الجهد العالي وفقًا للمواصفة IEC 60287 مجانًا.
