ما هو تعويض الطاقة التفاعلية، وكيف يتم حساب مبلغ التعويض؟

في العمل اليومي، هل تواجه غالبًا هذا السؤال: يتم قياس سعة المحولات بالكيلو فولت-الأمبير (kVA)، وقدرة خرج المحركات بالكيلووات (kW)، وقوة تعويض المكثف بالفار أو الكيلوفار (var). لماذا توجد ثلاثة مصطلحات مختلفة للوحدات التي تمثل جميعها الطاقة الكهربائية؟

وهذا يقودنا إلى الموضوع الذي سنناقشه اليوم: العلاقة المتأصلة بين القدرة التفاعلية (الوحدة: var أو kvar)، والقدرة النشطة (الوحدة: W أو kW)، والقدرة الظاهرة (الوحدة: VA أو kVA)، وعامل القدرة.

 

1. في شبكة الطاقة، يمكن تصنيف الطاقة الكهربائية التي يوفرها المصدر للحمل إلى نوعين: الطاقة النشطة والطاقة التفاعلية.

(1) الطاقة التفاعلية (س):
تعمل العديد من الأجهزة الكهربائية على أساس مبادئ الحث الكهرومغناطيسي، مثل محولات التوزيع والمحركات. تتطلب المحركات إنشاء وصيانة مجال مغناطيسي دوار لدفع الدوار، والذي بدوره يدفع الحركة الميكانيكية. يتم إنشاء المجال المغناطيسي للدوار في المحرك عن طريق سحب الطاقة التفاعلية من مصدر الطاقة.
تتطلب المحولات أيضًا طاقة تفاعلية لتوليد مجال مغناطيسي في الملف الأولي وتحفيز الجهد في الملف الثانوي. لذلك، بدون الطاقة التفاعلية، لن تدور المحركات، ولن تتمكن المحولات من تحويل الجهد، ولن تعمل موصلات التيار المتردد. يمكن للمولدات إنتاج طاقة تفاعلية، ويمكن للمكثفات توفير طاقة تفاعلية-وهذا هو أساس تعويض الطاقة التفاعلية.

(2) الطاقة النشطة (ف):
تشير الطاقة النشطة إلى جزء من الطاقة الكهربائية التي يمكن تحويلها مباشرة إلى أشكال أخرى من الطاقة واستهلاكها. على سبيل المثال، يقوم المحرك بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. دون النظر إلى الكفاءة، يمكن لمحرك بقدرة 11 كيلووات تحويل 11 كيلووات ساعة من الطاقة الكهربائية إلى كمية مكافئة من الطاقة الميكانيكية في الساعة. مصباح متوهج بقدرة 100 واط يحول 0.1 كيلووات ساعة من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية في الساعة. وبالمثل، يقوم سخان بقدرة 1 كيلووات بتحويل 1 كيلووات ساعة من الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية في الساعة. الطاقة النشطة هي الطاقة الكهربائية التي يمكن تحويلها مباشرة إلى أشكال أخرى من الطاقة.

(3) القوة الظاهرة (S):
بمعنى ما، القوة الظاهرة هي مزيج من القوة النشطة (P) والقدرة التفاعلية (Q). بالنسبة لمصادر الطاقة، تشتمل الطاقة الظاهرة على كل من الطاقة النشطة والمتفاعلة. على سبيل المثال، تشتمل الطاقة التي يوفرها المحول على مكونات نشطة ومتفاعلة، ولهذا السبب يتم التعبير عن سعة المحولات بالطاقة الظاهرة، والتي يتم قياسها بالكيلو فولت - أمبير (kVA).

 

ثانيا. العلاقة بين القوة الفعالة والقوة التفاعلية والقوة الظاهرة

لشرح العلاقة بين هؤلاء الثلاثة، يجب علينا أولا أن نفهم ما هو عامل القوة.

في دائرة التيار المتردد، يسمى جيب التمام لفرق الطور (Φ) بين الجهد والتيار بعامل القدرة، ويشار إليه بـ cosΦ. عددياً، عامل القدرة هو نسبة القدرة النشطة إلى القدرة الظاهرة، أي cosΦ=P/S.

 

 

(1) ما هي القوة التفاعلية بالضبط؟

بناءً على العلاقات الموضحة بمثلث القدرة، ومثلث الجهد، ومثلث المعاوقة، يمكن فهم القدرة التفاعلية ببساطة من الناحية العملية على النحو التالي:
في الدائرة الكهربائية، تستهلك المكونات المقاومة البحتةالطاقة النشطة (ف)، في حين تستهلك المكونات الحثية (مثل ملفات المفاعل، ولفات المحولات، والأعضاء الساكنة أو الدوارة)الطاقة التفاعلية (س). من ناحية أخرى، توفر المكونات السعوية الطاقة التفاعلية (Q) - على سبيل المثال، المكثفات والمولدات المتزامنة. (ملاحظة: عند تشغيل مولد متزامن، تتصرف ملفاته بطريقة سعوية، مما يعني أنها توفر كلاً من الطاقة النشطة والطاقة التفاعلية.)

وبالتالي فإن التلخيص البسيط هو:
المكونات الاستقرائية أو السعوية هي المستهلكين ومقدمي الطاقة التفاعلية.

(2) ما هي الآثار السلبية للقوة التفاعلية؟

يقلل من انتاج الطاقة النشطة للمولدات
وذلك لأن السعة الإجمالية (أي الطاقة الظاهرة S) للمولد ثابتة. إذا تم توفير قدر كبير جدًا من الطاقة التفاعلية Q، فسوف تنخفض الطاقة النشطة P وفقًا لذلك؛ وإلا فقد يزيد التحميل على المولد.

يقلل من قدرة إمدادات الطاقة لمعدات النقل والتوزيع
الأساس المنطقي هو نفسه بالنسبة للمولدات.

يزيد من خسائر جهد الخط
مع زيادة مكون التيار التفاعلي في الدائرة، يزداد التيار الإجمالي أيضًا. يتناسب انخفاض الجهد (δU=IZ) مع التيار. تتطلب الانخفاضات الأكبر في الجهد زيادة-مساحة المقطع العرضي للموصلات، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الاستثمار.

 

(3) فوائد القوة التفاعلية

تعمل العديد من الأجهزة الكهربائية على أساس مبادئ الحث الكهرومغناطيسي، مثل محولات التوزيع والمحركات.

تتطلب المحركات إنشاء وصيانة مجال مغناطيسي دوار لدفع الدوار، والذي بدوره يدفع الحركة الميكانيكية. يتم إنشاء المجال المغناطيسي للدوار في المحرك عن طريق سحب الطاقة التفاعلية من مصدر الطاقة.

وبالمثل، تحتاج المحولات إلى طاقة تفاعلية لإنشاء مجال مغناطيسي في الملف الأولي، وبالتالي إحداث جهد في الملف الثانوي.

لذلك، بدون قوة رد الفعل:

المحركات لن تدور،

المحولات لا تستطيع تحويل الجهد

لن تعمل قواطع التيار المتردد.

ومن هذا يتبين أن القوة التفاعلية تلعب دوراً مسانداً في تحويل وتحويل الطاقة الكهربائية. وبدون الطاقة التفاعلية، لا يمكن إنشاء مجالات مغناطيسية، ولا يمكن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

 

ثالثا. كيفية إجراء تعويض الطاقة التفاعلية وحساب مبلغ التعويض؟

أعلاه، قمنا بتحليل أدوار وعيوب القوة التفاعلية معًا. تتمثل العيوب الرئيسية في ما يلي: أولاً، يزيد من قدرة المحولات ومساحة المقطع العرضي- للموصلات، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف المشروع بشكل غير مباشر؛ ثانيًا، بعد التشغيل، يجب ألا يقل عامل الطاقة عن 0.9، وإلا ستفرض شركة إمداد الطاقة غرامات.

ولذلك، أثناء التصميم الهندسي، يجب علينا أن نأخذ في الاعتبار هذه المسألة بشكل كامل. في أنظمة إمداد الطاقة التي لا تحتوي على مولدات، تُستخدم عادةً المكثفات المتوازية لتحسين عامل الطاقة للمحطات الفرعية. المبدأ هو توفير الطاقة التفاعلية محليًا، مما يلغي الحاجة إلى سحب الطاقة التفاعلية من الشبكة. لا يؤدي هذا النهج إلى تقليل السعة المطلوبة للمحولات فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين عامل الطاقة على جانب القياس.

 

(1) اختيار طرق تعويض المكثفات

1. عند استخدام مكثفات طاقة التحويل كأجهزة تعويض طاقة تفاعلية صناعية، لتقليل فقد الخط وانخفاض الجهد، يجب أن يكون التعويض متوازنًا محليًا. وهذا يعني أنه يجب تعويض الطاقة التفاعلية في أقسام الجهد المنخفض- بواسطة مكثفات الجهد المنخفض-، بينما يجب تعويض الطاقة التفاعلية في أقسام الجهد العالي- بواسطة مكثفات الجهد العالي-.

إذا لم يكن هناك حمل بجهد عالي-، فيجب عدم تركيب أجهزة مكثف التحويل على جانب الجهد العالي-.

عند إجراء تعويض فردي محلي للمعدات التي تعمل بمحرك-، يجب ألا يتجاوز التيار المقدر لمكثف التعويض 0.9 مرة من تيار إثارة المحرك.

أثناء حسابات الحمل الكهربائي، ينبغي تضمين الطاقة التفاعلية المعوضة.

2. تنقسم أوضاع التبديل لبنوك مكثف التعويض إلى يدوية وتلقائية.

يعد التبديل اليدوي مناسبًا لمجموعات المكثفات التي تعوض الطاقة التفاعلية الأساسية ذات الجهد المنخفض-، بالإضافة إلى مجموعات المكثفات ذات الجهد العالي- ذات الطلب المستقر على الطاقة التفاعلية والتبديل غير المتكرر.

لتجنب -التعويض الزائد أو الجهد الزائد أثناء الأحمال الخفيفة، الأمر الذي قد يؤدي إلى تلف بعض المعدات الكهربائية، يوصى بالتبديل التلقائي.

إذا كانت تأثيرات أجهزة التعويض التلقائي ذات الجهد العالي-والجهد المنخفض-متشابهة، فيجب تفضيل أجهزة التعويض التلقائي ذات الجهد المنخفض-.

3. طرق التنظيم لتعويض الطاقة التفاعلية التلقائية:

بالنسبة للتعويضات التي تهدف في المقام الأول إلى توفير الطاقة، يمكن استخدام معلمات مثل الطاقة التفاعلية للتنظيم.

بالنسبة لأحمال التصادم، والأحمال المتغيرة سريعًا ديناميكيًا، والأحمال غير المتوازنة ذات -الأطوار الثلاثة، يمكن استخدام الثايرستور (المفاتيح الإلكترونية) للتحكم، مما يضمن التشغيل السلس دون تدفق التيارات، وتوفير أداء ديناميكي جيد، وتمكين التحكم المنفصل في الطور-لتأثيرات موازنة الأطوار الثلاثة-.

4. عند تجميع المكثفات، يجب ضمان التوافق مع المعلمات التقنية للمعدات الداعمة. يجب تحقيق النطاق المسموح به لانحراف الجهد، ويجب بذل الجهود لتقليل عدد المجموعات مع زيادة قدرة كل مجموعة بشكل مناسب.

لا ينبغي أن يؤدي تبديل المكثفات المجمعة إلى إحداث رنين.

5.يفضل أن تكون مجموعات المكثفات ذات الجهد العالي- متصلة على التوالي بمفاعلات ذات حجم مناسب، في حين يجب أن تزيد مجموعات المكثفات ذات الجهد المنخفض -من سعة التبديل باستخدام موصلات تحويل مخصصة أو الثايرستور لتقليل تدفق التيارات أثناء التبديل.

في الخطوط التي تتأثر بشكل كبير بالتوافقيات الصادرة عن المعدات الكهربائية، يجب توصيل المفاعلات على التوالي مع مجموعات المكثفات.

 

(2) حساب قدرة تعويض المكثف

 

الهدف هو تحديد القدرة التفاعلية المطلوبة Qc (kvar).