الأسباب الفنية لانخفاض الجهد الناتج عن طول الخط أثناء تركيب منظم الجهد التلقائي

في تصميم أنظمة توزيع الطاقة، تؤثر المسافة بين خط إمداد الطاقة (مثبت جهد ثلاثي الأطوار بقدرة 20 كيلو فولت أمبير) والحمل بشكل مباشر على جودة الطاقة. وتتسبب خطوط النقل الطويلة جدًا في انخفاضات كبيرة في الجهد، وهي ظاهرة ناتجة عن خصائص مقاومة الموصلات وقوانين فيزيائية لنقل التيار.

التأثير التراكمي لمقاومة الموصل

على الرغم من أن أسلاك النحاس تتمتع بموصلية ممتازة، إلا أنها لا تزال تمتلك مقاومة كامنة. فعلى سبيل المثال، في سلك نحاسي ذي قلب مساحته 2.5 مليمتر مربع، تبلغ المقاومة حوالي 0.78 أوم لكل 100 متر. وعندما يُخرج مثبت الجهد أحادي الطور بقدرة 20 كيلو فولت أمبير تيارًا مقداره 10 أمبير، يُحسب انخفاض الجهد على موصل واحد باستخدام الصيغة U=IR. ويصل انخفاض الجهد على خط ذهاب وإياب بطول 100 متر (طول إجمالي 200 متر) إلى 15.6 فولت. إذا كان جهد الدخل 220 فولت، فإن الجهد الفعلي عند طرف الحمل يبلغ 204.4 فولت فقط، أي بانحراف عن القيمة المقننة بأكثر من 7%.

كلما زاد تيار الحمل، تفاقمت مشكلة انخفاض الجهد. فعلى سبيل المثال، سيؤدي تيار تشغيل 30 أمبير في ظل نفس ظروف الخط إلى انخفاض في الجهد بمقدار 46.8 فولت، متجاوزًا بذلك نطاق التفاوت المسموح به لمعظم المعدات الدقيقة. وبينما يستطيع مُثبِّت الجهد بقدرة 2000 كيلو فولت أمبير تعويض تقلبات جهد الدخل، إلا أنه لا يستطيع التخلص من الفقد الناتج عن الخط بين مخرجه والحمل.

أساس حساب اختيار قطر السلك

تنص قوانين الكهرباء على ألا يتجاوز انخفاض جهد الخط 3% إلى 5% من الجهد المقنن. وفي التطبيقات الهندسية العملية، يجب حساب مساحة المقطع العرضي للموصل بناءً على مسافة النقل وقدرة الحمل. عندما يكون مُثبِّت الجهد المؤازر بقدرة 20 كيلو فولت أمبير على بُعد 50 مترًا من الحمل، ومصدر الطاقة بقدرة 5 كيلو واط (تيار أحادي الطور حوالي 23 أمبير)، يلزم سلك نحاسي بمساحة 4 مليمترات مربعة للتحكم في انخفاض الجهد ضمن نطاق معقول.

تتميز موصلات الألومنيوم بمقاومة نوعية أعلى بمقدار 1.6 مرة من النحاس، مما يتطلب مساحة مقطع عرضي أكبر في ظل نفس الظروف. تستخدم بعض المشاريع أسلاك الألومنيوم لتقليل التكاليف، متجاهلةً ضرورة زيادة قطر السلك، مما يؤدي إلى ظاهرة متناقضة تتمثل في أن جهد خرج مؤقت أحادي الطور لمُثبِّت الجهد المؤازر بقدرة 20 كيلو فولت أمبير يكون مطابقًا للمواصفات، بينما يكون جهد التشغيل الفعلي للحمل أقل. تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة مقاومة الموصل، مما يجعل مشكلة انخفاض الجهد أكثر وضوحًا في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، مثل فصل الصيف.