الظواهر التي تترتب على وجود الـ CAPACITANCE في خطوط النقل الكهربائية.

(0)

الدرس السابق:طرق تمثيل خطوط النقل الكهربائية رياضيا.

الظواهر التي تترتب على وجود الـ CAPACITANCE في خطوط النقل الكهربائية.

هناك عدة ظواهر ترتبط جميعا بوجود المكثفات الشاردة منها :

• ظاهرة Ferranti Effect

• ظاهرة ارتفاع الجهد نتيجة حدوث قصر .

• ظاهرة الــ Ground Arcing .

• ظاهرة التيارات الشاردة Stray Currents .

وفيما يلى نقدم شرحا لهذه الظواهر.

1-ظاهرة Ferranti Effect:

هذه هى أولى الظواهر التى تنشأ بسبب الـــ Stray Capacitance . معلوم أن التيار يسير من الجهد الأعلى للأقل وهذا بالضرورة يعنى أن جهد المصدر لابد أن يكون دائما أعلى من جهد الحمل حتى يسير التيار من المصدر للحمل ، ولكن أحد العلماء Sir Z.S Ferranti year the in 1890 اكتشف ظاهرة فريدة وهى ارتفاع الجهد عند الحمل أكثر من الجهد عند المصدر ، وذلك يحدث فى الخطوط المتوسطة الطول والطويلة عند انخفاض الأحمال وسميت الظاهرة باسمه Ferranti Effect.

تحدث هذه الظاهرة إذا زادت قيمة التيار المسحوب بواسطة المكثفات الشاردة لخط النقل عن قيمة التيار المسحوب بواسطة الحمل فى نهاية الخط (هذا بالطبع لأ يمكن أن يحدث إلا عند انخفاض الأحمال بشدة على سبيل المثال قبل صلاة الفجر مثلا) بحيث أن التيار المار فى الخط يكون معظمه Capacitive currents ، وبالتالى يكون لدينا Leading current أي سابق الجهد بزاوية 90 درجة تقريبا كما فى الشكل التالي:

ومعلوم أن تيار المكثف يسبق الجهد ومن ثم يصبح الــ Voltage drops على مقاومة الخط وعلى الـــ Inductance كما فى الشكل أعلاه .مما يجعل VS يصبح أقل من VR وتحدث ظاهرة الـــ Ferranti Effect . بالطبع هذه الظاهرة غير موجودة فى الخطوط القصيرة لصغر قيمة الـــ Stray Capacitance بها.

والمعادلة التالية تعطى قيمة الارتفاع فى الجهد بدلالة طول الخط والــ Inductance (لاحظ أنه الارتفاع يتناسب مع مربع طول الخط أي أنه يتأثر بشدة بقيمة المكثفات الشاردة التى تتناسب هي الأخرى مع طول الخط).

تجدر الإشارة إلى أن هذه الظاهرة تكون أشد وضوحا إذا كان خط النقل عبارة عن كابلات أرضية حيث تأثير الـــ Capacitance تكون أكبر بكثير من الخطوط الهوائية .

2-ظاهرة ارتفاع الجهد عند حدوث قصر Short Circuit :

معلوم أن حدوث قصر يتسبب فى ارتفاع التيار و انخفاض الجهد ، لكن هناك بعض الحالات التى يتسبب فيها الــ Short Circuit فى ارتفاع الجهد على الـــ Healthy Phases نتيجة عطل على Faulty Phase بسبب مكثفات الخط كما هو واضح فى الشكل التالي.

فقبل حدوث العطل كان الجهد على كل وجه يساوى Phase Voltage كما فى الــ Phasor Diagram المرسوم بالشكل أسفله ، وبالتالى كان جهد نقطة التعادل يساوى صفرا.

ثم عند حدوث الــ Short Circuit يعود تيار العطل فى طريق رجوعه من خلال مكثفات الــ Healthy Phases كما فى الشكل الاول ويرتفع جهد نقطة التعادل المعزولة إلى ما يساوى Phase Voltage (بقيمة سالبة كما فى الشكل التالي) لأن جهد a-Phase هو الذى يساوى صفرا بعد العطل.

وبناء عليه يصبح الجهد على الــ Other two phases يساوى الــ voltage Line.

𝑉𝑏𝑛 = 𝑉𝑏 − 𝑉𝑛 = 𝑉𝑏 − (−𝑉𝑎 ) = 𝐵𝑏𝑎 = 𝑉𝑙𝑖𝑛

أى أن عوازل الخط لهذه الــ Phases يجب أن تتحمل جهد يساوى هذا الجهد الجديد.

أما الخطوط المؤرضة فتعانى من نفس الظاهرة لكن فقط عندما تكون نقطة التعادل مؤرضة خلال مقاومة كما فى الشكل أسفله حيث تزحزحت نقطة التعادل من النقطة N إلى النقطة G وبالتالى انخفض الجهد على الـــ A-Phase ليصبح VA-VG بينما ارتفع على الفازتين الأخريين كما فى الجزء الأيمن من الشكل.