جمعنا المفاهيم الأكثر شيوعًا في المنشآت الكهربائية تحت عناوين قصيرة وواضحة.
1
ما هي القدرة غير الفعّالة (Puissance réactive)؟
يتحوّل جزء من التيار الذي نسحبه من الشبكة إلى عمل (حرارة أو ضوء أو حركة)، ويُستخدم جزء آخر لإنشاء المجال المغناطيسي في أحمال مثل المحرّكات والمحوّلات والبالاست. يُسمّى الجزء المتحوّل إلى عمل القدرة الفعّالة (Puissance active – kW)، ويُسمّى الجزء المتردّد لإنشاء المجال المغناطيسي القدرة غير الفعّالة (Puissance réactive – kVAr).
القدرة غير الفعّالة لا تنجز عملًا، لكنها تُبقي التيار يمرّ في الكابلات والمحوّلات. يؤثّر النوعان معًا في التيار الكلي، ويُسمّى مجموعهما القدرة الظاهرية (Puissance apparente – kVA).
S² = P² + Q²
P القدرة الفعّالة (Puissance active – kW)
Q القدرة غير الفعّالة (Puissance réactive – kVAr)
S القدرة الظاهرية (Puissance apparente – kVA)
2
ما هو معامل القدرة (Facteur de puissance – cos φ)؟
معامل القدرة هو النسبة التي توضّح مقدار ما يتحوّل فعليًا من القدرة الظاهرية المسحوبة إلى قدرة فعّالة. وكلما اقترب من 1 كانت المنشأة تستخدم الشبكة بكفاءة أعلى.
cos φ = P / S
عندما ينخفض معامل القدرة يلزم تيار أعلى لسحب القدرة الفعّالة نفسها، ويؤدي ذلك إلى النتائج التالية:
تتحمّل الكابلات والمحوّلات حِملًا أكبر من اللازم.
تزداد الفواقد في الخطوط وهبوط الجهد.
تهدر المنشأة جزءًا من سعتها على التيار غير الفعّال.
إذا جرى تجاوز الحدود التي تضعها شركة التوزيع، تظهر رسوم الطاقة غير الفعّالة في الفاتورة.
3
الأحمال الحثية والسعوية (Charges inductives et capacitives)
تعكس الأحمال القدرة غير الفعّالة على الشبكة بطريقتين:
الأحمال الحثية (Charges inductives): المحرّكات اللامتزامنة والمحوّلات وآلات اللحام وبالاست الفلورسنت. تسحب قدرة غير فعّالة حثية من الشبكة، وهي الأكثر شيوعًا في الصناعة.
الأحمال السعوية (Charges capacitives): المكثّفات وبعض الأجهزة الإلكترونية. تُغذّي الشبكة بقدرة غير فعّالة سعوية.
الغرض من التعويض هو تأمين القدرة غير الفعّالة الحثية محليًا بواسطة المكثّفات. لكن إذا بقيت المكثّفات موصولة عند انخفاض الحِمل، قد تنتقل المنشأة إلى المنطقة السعوية (capacitif). والمنطقة السعوية أيضًا خاضعة لحدود، لذلك يجب ضبط مقدار المكثّفات الموصولة بحسب الحِمل.
تساعد مشغِّلات الأحمال الحثية على الحماية من الحِمل السعوي عبر إدخال المفاعلات التفرعية (Réactances shunt) بالقيمة المطلوبة.
4
حدود غرامة القدرة غير الفعّالة (Pénalité d'énergie réactive)
وفقًا للوائح هيئة تنظيم سوق الطاقة التركية (EPDK)، يُسمح بكمية معيّنة من الطاقة غير الفعّالة نسبةً إلى الطاقة الفعّالة المسحوبة دون رسوم. وإذا جرى تجاوز هذه النسب يُحتسب مقابل للجزء الزائد. وتُراقَب الحثية والسعوية كلٌّ على حدة.
المنشأة
الحد الحثي
الحد السعوي
قدرة اتصال أقل من 50 kVA
%33
%20
قدرة اتصال 50 kVA فأكثر
%20
%15
تقابل هذه النسب تقريبًا قيم معامل القدرة التالية:
نسبة غير الفعّالة / الفعّالة
cos φ تقريبًا
%33
0.95
%20
0.98
%15
0.99
قد تُحدَّث النسب وشروط التطبيق عند تغيّر اللوائح. للاطلاع على القيم الحالية راجع لائحة EPDK وفاتورة الكهرباء.
5
مم يتكوّن نظام التعويض (Compensation d'énergie réactive)؟
تعمل لوحة التعويض الآلي بالأجزاء الأساسية التالية معًا:
محوّل التيار (Transformateur de courant): ينقل التيار الذي تسحبه المنشأة إلى المنظِّم.
منظِّم القدرة غير الفعّالة (Régulateur de puissance réactive): يحسب معامل القدرة من التيار والجهد ويقرّر أيّ المراحل تُوصَل أو تُفصَل لبلوغ القيمة المستهدفة.
عناصر التبديل (Éléments de commutation): ملامسات أو وحدات ثايرستور توصل المراحل وتفصلها.
المكثّفات (Condensateurs): تؤمّن القدرة غير الفعّالة.
المفاعلات التفرعية (Réactances shunt): تُستخدم عند الحاجة لموازنة الفائض السعوي.
عناصر الحماية (Protection): المنصهرات والمفاتيح ومعدّات الإنذار.
يراقب المنظِّم تغيّرات الحِمل باستمرار ويضيف المراحل أو يزيلها، وبذلك يبقى معامل القدرة قريبًا من القيمة المستهدفة.
6
التبديل بالملامس وبالثايرستور (Contacteur et thyristor)
إذا تغيّر الحِمل بسرعة كبيرة فلن يواكبه نظام الملامسات، وقد لا تُؤمَّن القدرة غير الفعّالة في اللحظة المطلوبة. ويُفضَّل التبديل بالثايرستور لمثل هذه الأحمال.
7
التوافقيات (Harmoniques)
تشوّه الأحمال غير الخطية، مثل المحرّكات المتغيّرة السرعة والمقوِّمات ومصادر الطاقة غير المنقطعة وإضاءة LED، شكل موجة التيار. وتُسمّى المركّبات التي تظهر عند مضاعفات التردد الأساسي (50 Hz) توافقيات (harmoniques).
في الشبكات التي تحتوي توافقيات قد تدخل المكثّفات في رنين فتسحب تيارًا زائدًا وتسخن ويقصر عمرها. لذلك ففي المنشآت ذات التوافقيات المرتفعة:
يجب قياس مستوى التوافقيات أولًا،
وعند الحاجة يجب استخدام مفاعل إزالة التناغم (self anti-harmonique) على التوالي مع المكثّفات (تعويض مُرشَّح)،
ويجب أن يناسب الجهد المقنَّن للمكثّفات جهد الشبكة ومستوى التوافقيات.
يمكن تحديد مستوى التوافقيات بالقياس بواسطة محلِّل الطاقة.
8
ماذا يقيس محلِّل الطاقة (Analyseur d'énergie)؟
يتيح محلِّل الطاقة مراقبة الحالة الكهربائية للمنشأة في جهاز واحد. وتُقاس عادةً الكميات التالية:
جهود وتيارات الأطوار
القدرة الفعّالة وغير الفعّالة والظاهرية
معامل القدرة (cos φ) والتردد
استهلاك الطاقة الفعّالة وغير الفعّالة
المركّبات التوافقية
تساعد هذه القيم على معرفة ما إذا كان نظام التعويض يعمل بشكل صحيح، وهل تُتجاوَز حدود الغرامة، وكيف يتغيّر الحِمل خلال اليوم.