ما هي خطوط النقل: الأنواع والمعادلات والتطبيقات

نمت خطوط النقل من عمل جيمس كلارك ماكسويل (13 يونيو 1831 - 5 نوفمبر 1879) كان عالمًا اسكتلنديًا ، لورد كلفن (26 يونيو 1824 - 17 ديسمبر 1907) وولد أوليفر هيفيسايد في 18 مايو 1850 وتوفي في 3 فبراير 1925. في أمريكا الشمالية ، تم تشغيل أول خط نقل عند 4000 فولت في عام 1889 في 3 يونيو. قليلا من ال نقل الطاقة وشركات التوزيع في الهند هي NTPC في نيودلهي ، و Tata Power في مومباي ، و NLC India في الصين ، و Orient Green في تشيناي ، و Neuron Towers أو Sujana Towers Ltd في حيدر أباد ، و Aster Transmission line Construction ، LJTechnologies in cherlapalli ، و Mpower Infratech private limited in حيدر أباد.

ما هي خطوط النقل؟

خطوط النقل هي جزء من النظام الذي ينقل الكهرباء من محطات الطاقة إلى المنازل ، وهي مصنوعة من الألمنيوم لأنها أكثر وفرة وأرخص وأقل كثافة من النحاس. إنها تحمل الطاقة الكهرومغناطيسية من نقطة إلى أخرى وتتكون من نقطتين الموصلات التي تستخدم لنقل الموجات الكهرومغناطيسية على مسافة طويلة بين المرسل والمستقبل تسمى خطوط النقل. يوجد كلا من خطوط نقل التيار المتردد (التيار المتردد) والتيار المباشر (التيار المباشر). تُستخدم خطوط نقل التيار المتردد لنقل التيار المتردد عبر مسافة طويلة باستخدام ثلاثة موصلات ، وتستخدم خطوط نقل التيار المستمر موصلين لنقل التيار المباشر على مسافة طويلة.

معادلة خط النقل

دعونا نأخذ الدائرة المكافئة لخط النقل ، لذلك سنأخذ أبسط شكل من خطوط النقل وهو خطان سلكيان. يتكون الخطان السلكيان من موصلين يفصل بينهما وسيط عازل عادة ما يكون وسط هواء ، كما هو موضح في الشكل أدناه

two_wireline_conductor

إذا مررنا تيارًا (I) عبر الموصل -1 ، فسنجد أن هناك مجالًا مغناطيسيًا حول السلك الحامل للتيار لموصل -1 ويمكن توضيح المجال المغناطيسي باستخدام مغو متسلسل بسبب تدفق التيار في موصل -1 ، يجب أن يكون هناك انخفاض في الجهد عبر الموصل -1 ، والذي يمكن توضيحه من خلال سلسلة من المقاومة والمحث. يمكن إعداد اثنين من الموصلات السلكية إلى مكثف. سيكون المكثف في الشكل دائمًا غير مرغوب فيه لتوضيح أننا أضفنا الموصل G. الإعداد الكلي ، أي مقاومة السلسلة ، محث ، مكثف متوازي ، وموصل تشكل دائرة مكافئة لخط نقل.

ما يعادل_circuit_of_a_transmission_line_1

يمكن تسمية المحث والمقاومة مجتمعين في الشكل أعلاه بمقاومة متسلسلة ، والتي يتم التعبير عنها كـ

Z = R + jωL

يمكن التعبير عن التركيبة المتوازية من السعة والموصل n بالشكل أعلاه

Y = G + jωc

ما يعادل_الدارة_النقل_الخط_النقل_للإرسال_2

حيث ل - الطول

أنا_س- إرسال نهاية الحالية

الخامس_س- إرسال نهاية الجهد

dx - طول العنصر

x - مسافة dx من نهاية الإرسال

عند نقطة ما ، تأخذ 'p' التيار (I) والجهد (v) وعند نقطة ما ، تأخذ 'Q' I + dV و V + dV

التغيير في الجهد لطول PQ هو

V- (V + dV) = (R + jωL) dx * I.

V-V-dv = (R + jωL) dx * I

-dv / dx = (R + jωL) * I …………………. اي كيو (1)

I- (I + dI) = (G + jωc) dx * V.

I - I + dI = (G + jωc) dx * V.

-dI / dx = (G + jωc) * V ... ………………. اي كيو (2)

سيحصل التفريق بين eq (1) و (2) بالنسبة إلى dx

-د^اثنينت / DX^اثنين= (R + jωL) * dI / dx ……………………. اي كيو (3)

-د^اثنينأنا / DX^اثنين= (G + jωc) * dV / dx ... ………………. اي كيو (4)

سيحصل استبدال eq (1) و (2) في eq (3) و (4)

-د^اثنينت / DX^اثنين= (R + jωL) (G + jωc) V …………………. اي كيو (5)

-د^اثنينأنا / DX^اثنين= (G + jωc) (R + jωL) أنا ... ………………. اي كيو (6)

دع P^اثنين= (R + jωL) (G + jωc) ... ………………. اي كيو (7)

حيث ف - انتشار ثابت

البديل d / dx = P في eq (6) و (7)

-د^اثنينت / DX^اثنين= ص^اثنينالخامس ………………. اي كيو (8)
-د^اثنينأنا / DX^اثنين= ص^اثنينأنا … ……………. اي كيو (9)

الحل العام هو

V = Ae^مقصف+ كن^-بكسل………………. اي كيو (10)

أنا = ماذا^مقصف+ من^-بكسل………………. اي كيو (11)

حيث أ ، ب ج ، د ثوابت

سيحصل التفريق بين eq (10) و (11) بالنسبة إلى 'x'

-dv / dx = P (Aepx - Be-px) …………………. اي كيو (12)

-dI / dx = P (Cepx - De-px)… ………………. اي كيو (13)

سيحصل البديل eq (1) و (2) في eq (12) و (13)

- (R + jωL) * I = P (Ae^مقصف+ كن^-بكسل) …………………. اي كيو (14)
- (G + jωc) * V = P (Ce^مقصف+ من^-بكسل) …………………. اي كيو (15)

استبدل قيمة 'p' في eq (14) وسيحصل على (15)

أنا = -p / R + jωL * (Ae^مقصف+ كن^-بكسل)

= √G + jωc / R + jωL * (Ae^مقصف+ كن^-بكسل) …………………. اي كيو (16)

V = -p / G + jωc * (م^مقصف+ من^-بكسل)

= √R + jωL / G + jωc * (This^مقصف+ من^-بكسل) …………………. اي كيو (17)

دع Z₀= √R + jωL / G + jωc

أين Z₀هي المعاوقة المميزة

شروط الحدود البديلة x = 0 ، V = V_سوأنا = أنا_سفي eq (16) و (17) سوف تحصل

أنا_س= A + B …………………. اي كيو (18)

الخامس_س= C + D …………………. اي كيو (19)

أنا_سمع₀= -A + B …………………. اي كيو (20)

الخامس_س/مع₀= -C + D …………………. اي كيو (21)

من (20) سوف نحصل على قيم A و B

أ = الخامس_س-أنا_سمع₀

ب = الخامس_س+ أنا_سمع₀

من eq (21) سوف نحصل على قيم C و D

ج = (أنا_س- الخامس_س/مع₀) /اثنين

د = (أنا_س+ V._س/مع₀) /اثنين

استبدال قيم A و B و C و D في eq (10) و (11)

V = (V_س-أنا_سمع₀) يكون^مقصف+ (الخامس_س+ أنا_سمع₀)يكون^-بكسل

= V._س(يكون^مقصف+ e-px / 2) –I_سZ¬0 (ه^مقصف-يكون^-بكسل/اثنين)

= V._سكوشكس - أنا_سمع₀sinhx

بصورة مماثلة

أنا = (أنا_س-الخامس_سمع₀) يكون^مقصف+ (الخامس_س/مع₀+ أنا_س/ 2 و^-بكسل

= أنا_س(يكون^مقصف+ و^-بكسل/ 2) –V_س/مع₀(يكون^مقصف-يكون^-بكسل/اثنين)

= أنا_سكوشكس - V._س/مع₀sinhx

وهكذا V = V._سكوشكس - أنا_سمع₀sinhx

أنا = أنا_سكوشكس - V._س/مع₀sinhx

يتم اشتقاق معادلة خط الإرسال من حيث إرسال معلمات النهاية

كفاءة خطوط النقل

يتم تعريف كفاءة خط النقل على أنها نسبة القدرة المستقبلة بواسطة القدرة المرسلة.

الكفاءة = الطاقة المستقبلة (ص_ص) / القدرة المرسلة (ص_ر) * 100٪

أنواع خطوط النقل

تشمل الأنواع المختلفة لخطوط النقل ما يلي.

فتح خط نقل الأسلاك

يتكون من زوج من الأسلاك الموصلة المتوازية مفصولة بمسافة موحدة. خطوط النقل ذات السلكين بسيطة للغاية ومنخفضة التكلفة وسهلة الصيانة على مسافات قصيرة وتستخدم هذه الخطوط حتى 100 ميجاهرتز والاسم الآخر لخط نقل الأسلاك المفتوحة هو خط نقل الأسلاك المتوازية.

خط النقل المحوري

يتم وضع الموصلين بشكل متحد المحور ومليئين بمواد عازلة مثل الهواء أو الغاز أو المواد الصلبة. يزداد التردد عندما تزداد الخسائر في العازل الكهربائي ، يكون العازل هو البولي إيثيلين. تستخدم الكابلات المحورية حتى 1 جيجا هرتز. هو نوع من الأسلاك يحمل إشارات عالية التردد مع خسائر منخفضة وتستخدم هذه الكابلات في أنظمة الدوائر التلفزيونية المغلقة ، والتسجيلات الصوتية الرقمية ، وتوصيلات شبكة الكمبيوتر ، وفي اتصالات الإنترنت ، وكابلات التلفزيون ، إلخ.

أنواع خطوط النقل

خط نقل الألياف البصرية

أول ألياف بصرية اخترعها ناريندر سينغ في عام 1952. وهي مكونة من أكسيد السيليكون أو السيليكا ، والتي تُستخدم لإرسال الإشارات عبر مسافات طويلة مع فقدان ضئيل للإشارة وسرعة الضوء. ال كابلات الألياف الضوئية تستخدم كدليل ضوئي ، وأدوات تصوير ، وليزر للعمليات الجراحية ، وتستخدم لنقل البيانات ، وتستخدم أيضًا في مجموعة متنوعة من الصناعات والتطبيقات.

خطوط نقل Microstrip

خط نقل microstrip هو خط نقل كهرومغناطيسي مستعرض (TEM) اخترعه روبرت باريت في عام 1950.

موجهات الموجة

تستخدم موجهات الموجات لنقل الطاقة الكهرومغناطيسية من مكان إلى مكان آخر وعادة ما تعمل في الوضع السائد. المختلف مكونات سلبية مثل المرشح ، والمقرنة ، والمقسم ، والبوق ، والهوائيات ، وتقاطع نقطة الإنطلاق ، وما إلى ذلك ، تُستخدم الأدلة الموجية في الأدوات العلمية لقياس الخصائص البصرية والصوتية المرنة للمواد والأشياء. هناك نوعان من الأدلة الموجية هما موجهات الموجات المعدنية والموجهات العازلة للكهرباء. تُستخدم الأدلة الموجية في اتصالات الألياف الضوئية ، وأفران الميكروويف ، والمركبات الفضائية ، إلخ.

التطبيقات

تطبيقات خط النقل هي

• خط نقل الطاقة
• خطوط الهاتف
• لوحة الدوائر المطبوعة
• الكابلات
• موصلات (PCI ، USB)

ال خط التحويل يتم اشتقاق المعادلات من حيث إرسال معلمات النهاية ، وتناقش التطبيقات وتصنيف خطوط النقل ، وهنا سؤال لك ما هي الفولتية الثابتة في خطوط النقل AC و DC؟