أيهما افضل أن نستخدم (التيار المتردد) AC أم (التيارالمستمر) DCفى نقل القدرة الكهربيه ؟

ه

 

*

عند نقل القدره الكهربيه يتم الاختيار بين التيار المستمر و المتناوب على اساس التكلفه الكليه لانشاء الخط .
*
1- عند نقل القدره في نظام AC فانه توجد امكانيه بالتحكم بقيمة الفولتيه المطلوبه في أي منطقه يمر بها خط النقل باستخدام المحول الكهربائي بينما هذه الإمكانيه غير متاحه فى حالة النقل بالتيار المستمر DC.
*
2- في نظام AC فان عدد الأسلاك يكون ثلاثه ( three phase ) و بالتالي أسلاك أكثر مما يؤدي الى زيادة حجم البرج و هذا يعني كلفه أكثر .
*
3- في نظام DC تكون الأسلاك المستخدمه عباره عن سلكين أحدهما موجب و الاخر سالب حيث تكون تكون كمية الأسلاك أقل من نظام AC و بالتالي يكون حجم البرج صغير و هذا يعني كلفه أقل , كذلك تكون مفاقيد الخط قليله لأن التردد يكون مساوي الى الصفر و بالتالى لا توجد مفاعله حثيهL X و مفاعله سعويه Xc مما ينتج عنه عدم وجود مفاقيد المفاعله الحثيه (I^2* X L ومفاقيد المفاعله السعويه (I^2* X C ).
*
4- ظاهرة الـ skin effect موجوده فى حالة التيار المتردد حيث يمر التيار المتردد حول السطح الخارجى للموصل أى تقل مساحة المقطع الفعليه التى يمر فيها التيار بينما هذه الظاهره غير موجوده فى حالة الـتيار المستمر حيث يمر التيار فى كامل مقطع الموصل وهذا يعنى أن مقاومة الموصل فى حالة الـ AC أكبر من مقاومته فى حالة الـ DCوذلك لأن المقاومه تتناسب عكسيا مع مساحة المقطع وهذا يؤدى بالضروره إلى أن تكون المفاقيد النحاسيه (I^2*R losses) فى حالة الـ DC أقل من قيمتها فى حالة الـ AC .
*
5- مساحة مقطع الموصل فى حالة الـ DC أقل من مساحة مقطعه فى حالة الـ AC كنتيجة لظاهرة ال skin effect السابق شرحها وهذا يقلل من التكلفه الكليه .
*
6 – فى حالة الـنقل بالتيار المستمر يكون الهبوط فى الجهد على طول الخط (I*R) أقل بكثير من الهبوط فى الجهد فى حالة النقل بالـتيار المتردد (I*(R+X مما يحسن تنظيم الجهد Voltage Regulation ويزيد من كفاءة نقل القدره الكهربيه .

*
ملحوظه : معروف فى خط النقل AC أن X أكبر بكثير من R.
*
7- عدم وجود مفاعله حثيه Xl=0 فى حالة الـ DC يسمح بإستخدام خط نقل DC بأى طول لنقل أى قدره بينما فى حالة ال AC هناك حدود لطول خط النقل نظرا لوجود L X التى تزيد الهبوط فى الجهد كما ذكرنا.
*
8- نظرا لعدم وجود Xl و Xc فى خط النقل الـ DC لا نستخدم معوضات Compensators على طول خط مثل Shunt or Series capacitors أو Shunt reactors المستخدمه فى خط النقل الـ AC.
*
9- نقل القدره بالتيار المستمر يتطلب محطه تحويل من التيار المتردد الى المستمر فى بدايه خط النقل (Rectifier ) واخرى للتحويل من التيار المستمر الى المتردد (Inverter ) ثانيا فى نهاية الخط وهذه المحطات لها تكلفه عاليه (جدا)اضافة الى كونها المصدر الرئيسي للتوافقيات harmonics الغير مرغوبه في الشبكه مما يتطلب إستخدام harmonic filter عند بداية ونهاية الخط للتخلص من تيارات التوافقيات harmonic currents مما يزيد من التكلفه كما أن هذه المحطات تستهلك قدره غير فعاله بقيم عاليه .

*
لكن تكلفه خط النقل نفسه(بالنسبه للكيلو متر الواحد) للتيار المستمراقل من مثيلتها بالنسبه للتيار المتردد لان التيار المستمر يحتاج الى موصلات وعوازل اقل وابراج نقل ذات ابعاد اقل و بالتالى تكلفه اقل.
*
10- اما النقل بالتيار المتردد يحتاج الى محولات لرفع الجهد عند بدايه الخط (step up transformers ) واخرى لخفض الجهد عند نهايه الخط (step down transformers ) لها تكلفه اقل من محطات تحويل التيار المتردد الى مستمر والعكس المستخدمه فى بدايه و نهايه خط النقل بالتيار المستمر. اما تكلفه خط النقل (بالنسبه للكيلو متر الواحد) كبيره لان النقل بالتيار المتردد يحتاج لعدد موصلات و عوازل اكثر وابراج ذات ابعاد اكبر .
*
11- مفاقيد الكورونا Corona Loses في خطوط النقل بالتيار المستمر أقل من نظيراتها في خطوط النقل بالتيار المتردد في الطقس السيء.
*
12- يستخدم النقل بالتيار المستمر HVDC Transmission عند الربط الكهربى بين شبكتين فى دولتين فى الحالات الآتيه :

*
• عندما يكون تردد الشبكتين مختلف (50 HZ و 60 HZ مثلا ).
• عندما يكون نظلم التحكم فى الشبكتين مختلف .
• وجود مانع مائى (بحر مثلا) بين الشبكتين بحيث يمنع تركيب معوضات إستاتيكيه ( static var compensators) بينهما.

*

13- القواطع في شبكات HV DC تعاني من إطفاء القوس الكهربائي لأن التيار المستمر ثابت ولا يمر بالصفرلذلك يتم تصميمها بشكل خاص , أما في قواطع شبكات HV AC فإن الأمر سهل لأن التيار المتردد يمر بالصفر مرتين في كل دورة cycle مما يجعل إطفاء القوس الكهربائي أكثر سهولة .
*
14- قيمة تيار القصر S.C current فى حالة الـ DC أقل بكثير من قيمته فى حالة الـ AC.

*

المنحنى التالى يوضح الفرق بين تكلفة النقل بالتيار المستمر والمتردد مقارنة مع طول خط النقل فى الحالتين:

*


*

لذلك نجد فى المنحنى المرفق تغير التكلفه الانشائيه لخط النقل بالتيار المتردد و المستمر مع طول النقل أن:

*
1-التكلفه الابتدائيه لخط النقل بالتيار المستمر(عندما يكون طول الخط=0) اكبر من مثيلتها للتيار المتردد.
2-تغير تكلفه الخط للكيلو متر الواحد بالنسبه لخط النقل بالتيار المتردد (ميل الخط) اكبر من مثيلتها بالنسبه للتيار المستمر.
*

لكن عند قيمه معينه لطول الخط تسمى Break even distance والتى عندها يتقاطع منحنى التكلفه للتيارين نجد أن :

*
لقيم اقل من هذا الطول تكلفه النقل بالتيار المستمر تكون اعلى ولقيم اكبر تكون تكلفه النقل بالتيار المتردد أعلى.

*
هذه القيمه لطول الخط = 800 كم تقريبا، لذلك نجد أنه من الناحيه الإقتصاديه يستحسن النقل بالتيار المستمر فى المسافات الطويله (أكبر من 800 كم) بينما يفضل إقتصاديا النقل بالتيار المتردد فى المسافات الأقل من 800 كم وقد تم إستخدام النقل بالتيار المستمر فى بعض الدول مثل :

*
HVDC Transmission was used in the Soviet Union in 1951 between Moscow and Kashira, and a 100 kV, 20 MW system between Gotland and mainland Sweden in 1954.

*

The longest HVDC link in the world is currently the Xiangjiaba–Shanghai 2,071 km (1,287 mi), ±800 kV, 6400 MW link connecting the Xiangjiaba Dam to Shanghai, in the People’s Republic of China.

*

Early in 2013, the longest HVDC link will be the Rio Madeira link in Brazil, which consists of two bipoles of ±600 kV, 3150 MW each, connecting Porto Velho in the state of Rondônia to the São Paulo area, where the length of the DC line is over 2,500 km (1,600 mi).