تترابط الطاقة الظاهرة مع معامل القدرة. وفيما يلي ما يمكن مراعاته إن كنتَ تودّ الاطلاع على مزيد من المعلومات حول معامل القدرة وضبطه. كما سنتناول كيفية استخدام معامل القدرة، وسبب أهميته، وطريقة استخدام مكثف تصحيح معامل القدرة (PFC)، وكيفية رفع معامل القدرة. علاوة على ذلك، سنستعرض صيغة تصحيح معامل القدرة.
تُعرَّف العلاقة بين الطاقة الظاهرة والطاقة الفعلية بمعامل القدرة. واستناداً إلى الارتباط بين الطاقتَين الفعلية والظاهرة، قد يكون معامل القدرة ضعيفاً أو قوياً. وفي حال انخفاض معامل القدرة، ترتفع تكلفة الكهرباء. وعند هذه النقطة يبرز دور تصحيح معامل القدرة.
لنتعمق في موضوع تصحيح معامل القدرة.
ما هو معامل القدرة؟
معامل القدرة هو عنصر من عناصر جودة الطاقة، وهو ضروري للتشغيل الفعّال للمعدات.
يُعدّ معامل القدرة في المنشأة الكهربائية مقياساً لمدى الاستفادة من الكهرباء الواردة إليها. وتنشأ نسبة الطاقة الظاهرة إلى الطاقة الفعّالة عندما:
- الطاقة الفعّالة (P) هي كمية الطاقة اللازمة لأداء المهام العملية كتشغيل المخرطة أو إضاءة غرفة أو ضخ المياه، وتُقاس بالواط أو الكيلوواط (kW).
- الطاقة التفاعلية (Q) هي قياس الطاقة المخزّنة التي تُعاد إلى المصدر، وتُعبَّر عنها بالفار أو الكيلوفار (kVAR).
- الطاقة الظاهرة (S) هي المجموع المتجه للطاقة الفعّالة والطاقة التفاعلية، وتُقاس بالفولت أمبير أو الكيلوفولت أمبير (kVA).
حين يكون معامل القدرة منخفضاً (أقل من 95%)، يلزم تيار أكبر لإنجاز القدر ذاته من العمل.
ما هو تصحيح معامل القدرة؟
يهدف تصحيح معامل القدرة (PFC) إلى تحسين معامل القدرة وبالتالي جودة الطاقة. ويعزز كفاءة الطاقة، ويخفض أسعار الكهرباء، ويقلّل الضغط على منظومة توزيع الكهرباء. كما يقلّل من احتمالية عدم استقرار الأجهزة وتعطّلها.
يتم تصحيح معامل القدرة عبر توصيل المكثفات التي توفّر محلياً طاقة تفاعلية مضادة للطاقة التي تمتصّها الأحمال كالمحركات. يؤدي تقليل التدفق غير الضروري للتيار عبر الشبكة إلى رفع معامل القدرة، ابتداءً من النقطة التي يتصل بها مصدر الطاقة التفاعلية.
لماذا نحتاج إلى تصحيح معامل القدرة؟
لإدارة تكاليف الطاقة، يجب أن نكون على دراية بمعامل القدرة وتصحيحه. يمكنك خفض فاتورة الكهرباء باتخاذ بعض الإجراءات البسيطة، مما سيوفّر لك الكثير من المال على المدى البعيد. ربما استنتجتَ مما سبق أن الطاقة التفاعلية تُكلّف أكثر، لكن هذه الطاقة لا تستخدمها أجهزتك مباشرةً؛ لذا لا فائدة من دفع تلك الرسوم الإضافية. يمكنك توفير ذلك المبلغ وإنفاقه على أمور أخرى إذا كانت نتائج معامل القدرة لديك أفضل. كما أن معامل القدرة الجيد سيُطيل عمر معداتك الكهربائية. وثمة فوائد عديدة، غير أنه يتعيّن عليك معرفة الطريقة الصحيحة لتحقيقها جميعاً.
تُصدر غالبية مزودي الطاقة فواتيرها بالكيلوواط (kW) للحمل الأساسي، إضافة إلى رسوم أقصى الطلب. ويتحسّن معامل القدرة حين يُعبَّر عن رسوم أقصى الطلب بالكيلوفولت أمبير (kVA)، مما يُخفّض kVA منشأتك، وبالتالي تنخفض تكاليف الطاقة ورسوم أقصى الطلب. وسيتيح تركيب المكثفات فوائد على المدى البعيد.
كيفية تحديد تصحيح معامل القدرة – صيغة تصحيح معامل القدرة؟
نستخدم فولتمتراً وأميتراً على التوالي لقياس جهد المصدر والتيار المسحوب، بهدف حساب معامل القدرة. وتُقاس الطاقة الفعّالة باستخدام عداد الواط.
Power Factor (P) = VIcosφ watt
يمكن حساب الطاقة التفاعلية باستخدام الصيغة التالية:
Q = VIsinφ VAR
باستخدام الصيغة التالية، يمكن تحديد الطاقة التفاعلية للمكثف:
خطوات اختيار معدات تصحيح معامل القدرة خطوة بخطوة
الخطوة الأولى: تحديد الطاقة التفاعلية المطلوبة
لرفع معامل القدرة (cos φ) وتقليل الطاقة الظاهرة، يجب حساب كمية الطاقة التفاعلية (Qc (kvar)) الواجب تركيبها.
يمكن حساب Qc باستخدام الصيغة Qc = P (tan φ – tan φ') المستنبطة من الرسم البياني.
- Qc هي طاقة بنك المكثفات بالكيلوفار (kVAr)
- P هي الطاقة الفعّالة بالكيلوواط (kW)
- tan φ يساوي ظل زاوية إزاحة الطور قبل التعويض
- tan φ' يساوي ظل زاوية إزاحة الطور بعد التعويض
- يمكنك الحصول على φ و tan φ من فاتورتك أو قياسهما مباشرةً.
الخطوة الثانية: اختيار وضع التعويض
يمكن تركيب مكثفات الجهد المنخفض في منظومة الجهد المنخفض بصورة مركزية (في موقع واحد لكامل المنشأة)، أو بالقطاع (قسماً تلو الآخر)، أو على مستوى الحمل، أو بمزيج من الموقعَين الأخيرَين.
التعويض الأمثل نظرياً هو الذي يُطبَّق عند نقطة الاستهلاك وبالمستوى الضروري في أي وقت محدد. غير أن الاعتبارات التقنية والمالية هي التي تؤثر فعلياً في هذا القرار.
الخطوة الثالثة: اختيار نوع التعويض
تبعاً لتعقيد التحكم وأهداف الأداء، ينبغي استخدام أساليب تعويض مختلفة:
- ثابت، عبر توصيل بنك مكثفات ذي قيمة محددة.
- تلقائي، بتوصيل عدد مختلف من المراحل مما يتيح ضبط الطاقة التفاعلية على القيمة اللازمة.
- ديناميكي، بهدف تعويض الأحمال المتغيرة بشكل ملحوظ.
الخطوة الرابعة: مراعاة التوافقيات وظروف التشغيل
يجب مراعاة العوامل التالية لأن ظروف التشغيل تؤثر تأثيراً بالغاً في عمر المكثفات:
- درجة الحرارة المحيطة
- التيار الزائد المتوقع الناجم عن تذبذبات الجهد، بما في ذلك أقصى جهد زائد مستدام
- الحد الأقصى لعدد عمليات التبديل سنوياً
- العمر الافتراضي المطلوب
تُلوّث بعض الأحمال كمحركات السرعة المتغيرة والمحوّلات الساكنة ومعدات اللحام وأفران القوس والمصابيح الفلورية وغيرها الشبكة الكهربائية بإعادة توليد التوافقيات. لذلك، يجب أيضاً مراعاة تأثير هذه التوافقيات على المكثفات.
تحسين معامل القدرة باستخدام بنوك المكثفات
يُعدّ تقليل فرق الطور بين الجهد والتيار مؤشراً على تحسين معامل القدرة. تحتاج غالبية الأحمال إلى الطاقة التفاعلية لتعمل، إذ إنها ذات طبيعة حثية.
توفّر هذه الطاقة التفاعلية مكثفاتٌ أو بنكٌ من المكثفات مرتّبة على التوازي مع الحمل. وتعمل بوصفها مصدراً محلياً للطاقة التفاعلية، مما يقلّل من كمية الطاقة التفاعلية المتدفقة عبر الخط.
مزايا تصحيح معامل القدرة
- تخفيض تكاليف الكهرباء
يتجنّب تصحيح معامل القدرة غرامة الطاقة التفاعلية، ويخفّض الطلب بالكيلوفولت أمبير (kVA)، ويقلّل خسائر الطاقة الناجمة في المحوّلات والموصّلات بالمنشأة.
- زيادة الطاقة المتاحة
تتحسّن الطاقة المتاحة على الجانب الثانوي لمحوّل MV/LV عند تركيب تقنية PFC على جانب الجهد المنخفض. ويُحسّن معامل القدرة المرتفع المنشأة الكهربائية إذ يتيح استخدام المكوّنات بصورة أكثر فاعلية.
- تقليل حجم المنشأة
يمكن تقليل مقطع الموصّلات بتركيب معدات PFC، لأن المنشأة المعوَّضة تمتص تياراً أقل لقدر فعّال معطى.
- تقليل الهبوط في الجهد
من خلال تخفيض هبوط الجهد في الاتجاه الصاعد من نقطة توصيل جهاز PFC عبر تركيب المكثفات، يمكن تفادي الحمل الزائد على الشبكة وتقليل التوافقيات.
خلاصة
الآن أنت تعرف كل شيء عن تصحيح معامل القدرة. تذكّر أنه من الضروري استخدام معدات تصحيح معامل القدرة أو بنوك المكثفات في منظومة توزيع الكهرباء لديك؛ إذ تُخفّض فاتورة الكهرباء وتمنحك آلات مستقرة وطويلة الأمد.
عن الكاتب
فريق ECS
تقوم ECS KSA بتصميم وتصنيع وتشغيل لوحات التوزيع ذات الجهد المنخفض والمتوسط ولوحات التحكم وأنظمة التحكم الصناعي في جميع أنحاء المملكة منذ عام 1998. تُصنع تجميعاتنا وفق المواصفة IEC 61439 وتُورَّد بمطابقة SASO و SABER.
عن ECS