نقل الطاقة الكهربائية – المحولات والفقد ΔP = P²R/U²

ماذا تعرض

تنتقل الطاقة الكهربائية من محطات التوليد إلى المستهلكين عبر خطوط طويلة، وتحوّل مقاومتها R = ρL/S جزءًا من القدرة إلى حرارة. وعند ثبات القدرة المنقولة P يكون تيار الخط I = P/U، فيقل الفقد الحراري ΔP = I²R = P²R/U² مع مربع الجهد. لهذا ترفع المحولات الجهد إلى مئات الكيلوفولتات للنقل لمسافات طويلة، ثم تخفضه قرب المستهلكين. يقارن النموذج أربعة مستويات للجهد من 22 kV إلى 500 kV، وموصلات من الألومنيوم أو النحاس، ويعرض أيضًا هبوط الجهد ΔU = I·R والكفاءة H = (P − ΔP)/P.

طريقة الاستخدام

ابدأ عند 220 kV بالقيم الافتراضية 100 MW و200 km، واقرأ الفقد والكفاءة. اضغط 22 kV ثم 110 kV ثم 500 kV، وقارن الأعمدة على المخطط. مع تثبيت الجهد، ضاعف «مساحة مقطع السلك» أو غيّر «مادة السلك» إلى النحاس، وقارن التوفير بما ينتج عن رفع الجهد. وأخيرًا زد القدرة P و«طول الخط» L لتعرف متى يتوهج السلك بالأحمر ويصبح الفقد غير مقبول.

المعاملات القابلة للتغيير

• القدرة المرسلة من المحطة 10–600 MW
• جهد النقل 22 kV (شبكة التوزيع), 110 kV, 220 kV, 500 kV (خط طويل بين الأقاليم)
• طول الخط 10–600 km
• مساحة مقطع السلك 100–800 mm²
• مادة السلك ألومنيوم بقلب فولاذي ACSR (ρ = 2.8·10⁻⁸ Ω·m), نحاس (ρ = 1.7·10⁻⁸ Ω·m)

أسئلة للاستكشاف

1. عند نقل 100 MW لمسافة 200 km، كم مرة يقل الفقد عند 220 kV مقارنةً بالجهد 110 kV، ولماذا؟
2. لماذا لا يستطيع خط 22 kV نقل 100 MW لمسافة 200 km؟
3. أيهما يقلل الفقد أكثر: مضاعفة مساحة مقطع السلك أم مضاعفة جهد النقل، وبأي معامل؟