الوظيفة ومبدأ العمل وحساب سعة بنوك المكثفات

1. مبدأ العمل الأساسي

معظم الأحمال الكهربائية في أنظمة الطاقة الصناعية هي أحمال حثية، مثل المحركات غير المتزامنة والمحولات وآلات اللحام ومصابيح الفلورسنت والمغناطيسات الكهربائية. كهربائيًا، يمكن اعتبار هذه الأحمال بمثابة مزيج من المقاومة والتحريض المتصلين على التوالي. ونتيجة لذلك، فإن تيار الحمل يتخلف عن الجهد، مما يولد كمية كبيرة من التيار التفاعلي الحثي والطاقة التفاعلية.

 

يتكون التيار الإجمالي في الدائرة من عنصرين:

التيار النشط، والتي تكون في الطور مع الجهد وتؤدي عملاً مفيدًا مثل قيادة المحركات وإنتاج الحرارة؛

 

تيار رد الفعلالذي يتأخر الجهد بمقدار 90 درجة ويستخدم فقط لإنشاء وصيانة المجالات الكهرومغناطيسية دون إنتاج عمل فعال.

على الرغم من أن التيار التفاعلي لا يولد طاقة خرج مفيدة، إلا أنه لا يزال يشغل سعة المحول والخط، ويزيد من خسائر النظام ويقلل من جودة الطاقة الإجمالية. وهذا هو أحد الأسباب الرئيسية لهدر الطاقة في أنظمة الطاقة الصناعية.

 

في المقابل، فإن تيار المكثف يقود الجهد بمقدار 90 درجة، وهو عكس في الطور للتيار التفاعلي التحريضي. عندما يتم توصيل المكثفات على التوازي مع الأحمال الحثية، فإن التيار التفاعلي السعوي يعوض جزءًا أو كل التيار التفاعلي التحريضي، وبالتالي تحقيق تعويض القدرة التفاعلية. هذا هو مبدأ التشغيل الأساسي لبنك مكثف.

2. الوظائف الأساسية لبنوك المكثفات

البنوك المكثفاتتُستخدم على نطاق واسع في أنظمة توزيع الطاقة الصناعية ذات الجهد المنخفض- لتحسين معامل الطاقة، وتقليل فقد الطاقة التفاعلية، وتحسين جودة الطاقة، وتوفير الطاقة.

 

وظائفهم الرئيسية تشمل:

• تحسين معامل القدرة

تعمل الطاقة التفاعلية السعوية الناتجة عن المكثفات على تعويض الطاقة التفاعلية الحثية للحمل، مما يقلل فرق الطور بين الجهد والتيار ويحسن عامل طاقة النظام بشكل فعال.

 

• تقليل خسائر الخطوط ومنع التحميل الزائد

من خلال تقليل التيار التفاعلي غير الضروري في النظام، ينخفض ​​إجمالي تيار الخط وفقًا لذلك، مما يقلل من فقد الطاقة في الكابلات والمحولات ويساعد على منع التحميل الزائد الناتج عن الطاقة التفاعلية المفرطة.

 

• استقرار جهد الشبكة

غالبًا ما تتسبب الأحمال الحثية الثقيلة في انخفاض الجهد وتقلباته، مما قد يؤثر على التشغيل العادي للمعدات الكهربائية. يساعد تعويض المكثف على استقرار الجهد الطرفي وتحسين موثوقية مصدر الطاقة.

 

• تحرير سعة المحولات

تشغل الطاقة التفاعلية جزءًا من السعة المقدرة للمحول، مما يحد من قدرته على توصيل الطاقة النشطة. يعمل تعويض الطاقة التفاعلية على تحرير قدرة المحولات وتحسين كفاءة استخدام المعدات.

 

3. هيكل مجلس الوزراء والتشغيل صفات

3.1 المكونات الرئيسية

تتكون مجموعة المكثفات القياسية ذات الجهد المنخفض-أساسًا من:

• الضميمة مجلس الوزراء
• أشرطة التوصيل
• قواطع دوائر
• مفاتيح العزل
• قواطع التيار المتردد
• المرحلات الحرارية
• مانعات الصواعق
• مكثفات التعويض
• مفاعلات متسلسلة
• أجهزة التحكم بمعامل القدرة الأوتوماتيكية
• أدوات القياس
• أنظمة الأسلاك الأولية والثانوية
• الكتل الطرفية

 

3.2 خصائص التشغيل

يعمل بنك المكثف تلقائيًا في ظل الظروف العادية ولا يتطلب بشكل عام تدخلًا يدويًا روتينيًا. يبدأ ويتوقف مع نظام إمداد الطاقة الرئيسي.

 

ذكي-مدمجتحكميراقب بشكل مستمر ظروف التحميل وعامل طاقة النظام في الوقت الفعلي. وفقًا لطلب الطاقة التفاعلية، فإنه يقوم تلقائيًا بتشغيل أو إيقاف تشغيل بنوك المكثفات للحفاظ على حالة التعويض المثالية وتقليل خسائر الطاقة التفاعلية.

 

بالنسبة للصيانة الروتينية، يجب إجراء عمليات تفتيش منتظمة للتحقق من:

• تسرب زيت المكثف أو تورمه
• ضجيج غير طبيعي أو ارتفاع درجة الحرارة
• اتصالات الأسلاك فضفاضة
• الكابلات القديمة أو المكونات التالفة

 

4. مخاطر عامل الطاقة المنخفض (الطاقة التفاعلية المفرطة)

إذا لم يتم تثبيت تعويض الطاقة التفاعلية في الأنظمة ذات الأحمال الحثية الكبيرة، فسوف ينخفض ​​معامل القدرة بشكل كبير، مما يؤدي إلى المشاكل التالية:

• يزيد تيار الخط العالي من الخسائر الحرارية في الكابلات والمحولات، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة وإهدار الكهرباء؛
• يؤدي الانخفاض المفرط في الجهد إلى انخفاض جهد الشبكة وعدم استقراره، مما قد يؤثر على التشغيل العادي للمعدات الكهربائية؛
• تشغل الطاقة التفاعلية سعة المحول وتحد من خرج الطاقة النشط المتاح، مما يقلل من كفاءة استخدام معدات توزيع الطاقة.

 

5. طريقة حساب سعة التعويض المطلوبة

طريقة التحجيم التجريبية للتطبيقات الصناعية

في التطبيقات الهندسية العملية، يتم اعتبار سعة التعويض المطلوبة عمومًا على أنها ثلث السعة المقدرة للمحول (الوحدة: kVAR) تقريبًا.

اعتمادًا على خصائص الحمل الفعلية وظروف التشغيل، تتراوح سعة التعويض عمومًا بين 30% إلى 40% من السعة المقدرة للمحول.

 

مثال

لمحول توزيع 200 كيلو فولت أمبير:

قدرة التعويض الموصى بها:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 كيلو فولت

ولذلك، يوصى عمومًا بوجود بنك مكثف بسعة تتراوح بين 60 كيلو فولت أمبير و80 كيلو فولت أمبير لتلبية متطلبات تعويض الطاقة التفاعلية في الموقع-.