العلاقة بين عامل القدرة وتعويض الطاقة التفاعلية

هل سبق لك أن واجهت هذه المشكلة المحيرة؟ لقد قمت بتركيب مكثفات تعويض إضافية لتحسين جودة الطاقة - ومع ذلك ارتفعت تكاليف الكهرباء، ولم تنخفض. ما السبب الفني المخفي وراء هذه النتيجة غير البديهية؟ في هذه المقالة، نقوم بتحليل الأساسيات الأساسية لعامل الطاقة وتعويض الطاقة التفاعلية، ونرشدك خلال حسابات قدرة التعويض، ونحدد الإجراءات العملية للتخفيف من مخاطر الرنين ومنعها.

 

يعتمد عامل الطاقة على الحمل-. في دوائر التيار المستمر، يكون عامل القدرة دائمًا هو 1 بالضبط، وبالتالي فإن المفهوم نفسه غير ذي صلة وظيفيًا. بمجرد دخولنا إلى عالم طاقة التيار المتردد، يأتي دور عامل الطاقة - ويكون دائمًا تقريبًا أقل من 1.

 

يتم تعريف عامل القدرة رسميًا على أنه نسبة القدرة النشطة إلى القدرة الظاهرة.

القوة النشطة: الطاقة الكهربائية الحقيقية التي تستهلكها المعدات لإنتاج عمل فعلي مفيد.

قوة رد الفعل: لا يستهلكه الحمل أبدًا؛ بدلاً من. إنها الطاقة التي تدور بشكل مستمر وتتأرجح بشكل خامل داخل شبكة الطاقة.

العلاقة الهندسية بين الكميات الثلاث تتبع هذه الصيغة:

                                                     P²+Q²=S²(الطاقة النشطة² + الطاقة التفاعلية²=الطاقة الظاهرة²)

2. لماذا نحتاج إلى تعويض الطاقة التفاعلية؟

 

يتم تحديد عامل الطاقة بشكل أساسي من خلال السلوك السعوي والاستقرائي للخطوط والأحمال الكهربائية.

على عكس معدات المستخدم النهائي-النموذجية، تقوم المكثفات والمحاثات بسحب الطاقة الكهربائية وتخزينها مؤقتًا. وفي معظم السيناريوهات العملية، يتجاوز استهلاكها للطاقة قدرتها المخزنة بكثير. ومع ذلك، لا يزال هذا يخلق جزءًا من التيار الذي يدور عبر النظام، ولكنه لا يؤدي أي عمل منتج على الإطلاق.

 

قد يسأل:ماذا يهمني إذا كانت القوة لا تعمل بشكل حقيقي؟

على الرغم من أن الأمر قد يبدو غير ذي صلة بالنسبة لك، إلا أنه يمثل مصدر قلق بالغ لمحطات الطاقة ومرافق الشبكة. عندما يعمل المولد ضمن حدود التيار الآمن، فإن عامل الطاقة المنخفض يقلل بشكل مباشر من كمية الطاقة الإنتاجية القابلة للاستخدام التي يمكنه توفيرها. نظرًا لأن فاتورة الكهرباء تتم حصريًا على الاستهلاك النشط للطاقة. تهدر الطاقة التفاعلية توليدًا قيمًا وقدرة البنية التحتية للشبكة - بينما لا تقدم أي إيرادات على الإطلاق لموفري الطاقة.

 

فكر في الأمر بهذه الطريقة: إنه تمامًا مثل ركوب مترو الأنفاق. يشتري أحد الركاب تذكرة واحدة، وينتقل من بداية الخط إلى نهايته، ثم يستدير ويعود بالدراجة. إنهم يتنقلون ذهابًا وإيابًا طوال اليوم، ولا يخرجون أبدًا من المحطة. إنهم يدفعون أجرة بسيطة فقط، ومع ذلك يقيدون سعة النقل طوال الوقت - فلا عجب أن ينتهي الأمر بمشغل مترو الأنفاق بالخسارة!

 

فكيف يمكننا حل هذه المشكلة؟ الخبر السار هو أن الطاقة التفاعلية الناتجة عن الأحمال السعوية والأحمال التحريضية تلغي بعضها البعض بشكل طبيعي. التيار عبر المكثف يتقدم الجهد بمقدار 90 درجة، في حين أن التيار عبر ملف الحث يتخلف الجهد بمقدار 90 درجة. عندما تتوازن المفاعلة السعوية والمفاعلة الحثية بشكل مثالي، يمكن أن يصل عامل قدرة الدائرة الإجمالي إلى قيمة مثالية قدرها 1.

 

والآن يطرح سؤال رئيسي: في نظام توزيع الطاقة العالمي-الحقيقي النموذجي، هل لدينا المزيد من الأحمال الحثية أم الأحمال السعوية؟

في التعريف الأوسع، المكثف هو ببساطة أي جسمين موصلين معزولين، وبطبيعة الحال لا يقدم سوى كمية صغيرة جدًا من السعة في معظم الحالات. وعلى النقيض من ذلك، فإن التحريض موجود في كل مكان: فهو متأصل في الملفات والمحركات الكهربائية والآلات المماثلة. تعتبر أي قطعة من المعدات ذات ملفات متعرجة بمثابة حمل حثي.

 

ولهذا السبب تهيمن الأحمال الحثية بشكل كبير على كل استخدامات الطاقة اليومية - وهذا هو بالضبط السبب الذي يجعل تعويض الطاقة التفاعلية ضروريًا دائمًا تقريبًا. يتمثل النهج القياسي للصناعة في تحديد حجم مكثفات الطاقة المطابقة وتثبيتها وفقًا لمتطلبات الطاقة التفاعلية الفعلية لمنشأتك، لتعزيز عامل الطاقة الإجمالي للنظام بشكل موثوق.

 

اختيار نهج التعويض

 

التعويض المحلي على-الموقع:يجب تعويض القدرة التفاعلية ذات الجهد المنخفض- عند مستوى الجهد المنخفض- باستخدام مكثفات الجهد المنخفض، بينما تتم معالجة القدرة التفاعلية ذات الجهد العالي- بواسطة المكثفات ذات الجهد العالي. يجب عدم تركيب مكثفات التحويل مطلقًا على جانب الجهد العالي-في حالة عدم وجود حمل عالي الجهد-.

 

مخطط التبديل:يعمل التبديل اليدوي بشكل أفضل مع الأحمال التفاعلية ذات القاعدة الثابتة مع ظروف التشغيل الثابتة. يعد التبديل التلقائي مثاليًا لمنع -التعويض الزائد والتخلص من مشكلات الجهد الزائد أثناء تشغيل الحمل الخفيف-.

 

التحكم والتنظيم:عندما تكون كفاءة الطاقة هي الهدف الأساسي، يكون التحكم في المعلمات المستندة إلى الطاقة التفاعلية- هو الحل المفضل. بالنسبة للتقلبات والتأثيرات-النوعية السريعة-الأحمال المتغيرة، يوفر التعويض المتحكم فيه من الثايرستور-تبديلًا سلسًا وحرًا-متدفقًا، ويدعم تصحيح الطور-المستقل.

 

مبدأ تجميع البنوك:يجب أن تكون مجموعة المكثفات مطابقة بشكل صحيح لمواصفات جميع معدات النظام، لتجنب مخاطر الرنين أثناء أحداث التبديل.

 

التوافقي والتخفيف من حدة الارتفاع:-يجب أن تزود مجموعات المكثفات ذات الجهد العالي بمفاعلات متسلسلة. في أنظمة الجهد المنخفض-، يمكنك تكبير مراحل التبديل الفردية، أو نشر موصلات / محولات الثايرستور - مخصصة لهذا الغرض، لمنع تبديل التيارات المتدفقة بشكل فعال.

 

4. كيفية تحديد حجم سعة التعويض التفاعلية المطلوبة

 

يجب تأكيد ثلاث معلمات أساسية قبل تحديد حجم التعويض:

عامل قوة التشغيل الأولي cosφ1

الهدف المطلوب هو عامل القدرة cosφ2

الطاقة النشطة للنظام P

 

صيغة الحساب:

مثال تطبيقي عملي

 

يعمل موقع أ630 كيلو فولت أمبيرالمحول، يعمل حاليًا بعامل قدرة أولي قدره 0.6، ويحتاج إلى تحسين عامل القدرة إلى هدف قدره 0.9. ما هي قدرة التعويض المطلوبة؟

 

يؤدي تطبيق الصيغة أعلاه إلى الحصول على طلب تفاعلي محسوب تقريبًا334 كيلو فولت. بالنسبة لهذا التطبيق، يعد بنك المكثف الذي يتم تبديله تلقائيًا بقدرة 334 كيلو فولت هو الحل الأمثل والمطابق بشكل صحيح.

 

تقدير سريع للمشروع الجديد

بالنسبة للمنشآت الجديدة التي لا تتوفر فيها سجلات عامل الطاقة التاريخية الحالية، فإن الممارسة القياسية الصناعية هي تقدير قدرة التعويض عند30% إلى 40% من السعة الاسمية للمحول.

 

5. ما هي مخاطر الإفراط في التعويض-؟

 

يعمل تعويض الطاقة السعوية عن طريق نشر مكثفات التحويل للحفاظ على استقرار جهد الشبكة ومنع تسوس الجهد. ومع ذلك، فإن تحديد حجم بنك التعويضات الخاص بك بشكل كبير جدًا يؤدي إلى جوانب سلبية خطيرة:

 

خسائر الشبكة غير الضرورية:من وجهة نظر المرافق، يؤدي كل من التيار التفاعلي السعوي والاستقرائي إلى حدوث خسائر حقيقية إضافية في الطاقة. أي تعويض يتجاوز ما هو مطلوب فعليًا لا يحقق أي ميزة تشغيلية.

 

خطر الرنين:عندما تصبح الشبكة الجانبية للعميل- ذات سعة زائدة، بينما تظل شبكة التوزيع الأولية حثية بطبيعتها، فإن قيم المفاعلة غير المتطابقة يمكن أن تثير رنين النظام. يؤدي هذا إلى حدوث أحداث الجهد الزائد والتيار الزائد، والتي يمكن أن تدمر المعدات المتصلة بشكل دائم - وفي أسوأ السيناريوهات-، قد تؤدي أيضًا إلى قطع اتصال الشبكة المحلية.

 

ولهذا السبب، يجب دائمًا منع التعويض الزائد-. تتطلب أفضل ممارسات الصناعة فقط الحفاظ على عامل طاقة يبلغ حوالي 0.9. عند نقطة الضبط هذه، ما يقرب من نصف تدفق الطاقة النشط لا يزال يتكون من تيار تفاعلي، مما يزيد من خسائر الخط بنسبة 56%. حتى عند رفعها إلى PF قدره 0.95، لا تزال المكونات التفاعلية تمثل حوالي 31% من إجمالي الطاقة.

 

في العمليات الميدانية الحقيقية-، يلزم أيضًا اتخاذ إجراءات تكميلية مثل تركيب مفاعلات متسلسلة، للتخلص من تأثيرات تضخيم الجهد والتيار الخطيرة.