تحسين معامل القدرة له دور بارز وهام في رفع كفاءة منظومة الطاقة الكهربائية وشبكة الكهرباء، حيث يساعد في زيادة المعامل.
سنتعرف في هذا المقال عن مفهوم تحسين معامل القدرة وفوائده وطرق خفضه وكيفية حسابه.
تحسين معامل القدرة
من المعلوم أن القدرة في حالة منظومة 3 فاز = جذر 3 × التيار × الجهد × معامل القدرة.
فإذا ثبتت فرضاً التيار عند نفس الجهد فإن العلاقة بين القدرة ومعامل القدرة تصبح كما هو موضح في المنحنى التالي.
وهذا يعني أن القدرة المستفاد بها تقل بشدة عند انخفاض معامل القدرة، في حين التيار يزيد مع انخفاض معامل القدرة والعكس.
وهنا نجد في منحنى التيار ومعامل القدرة أن التيار المطلوب والذي تم وفق تصميم مقاطع الكابلات والمحولات وغيرها يزداد عند نفس القدرة مع انخفاض معامل القدرة.
ويمكن كتابة المعادلة السابقة على النحوي التالي:
القدرة الفعالة = القدرة الظاهرة × معامل القدرة
حيث أن القدرة الفعالة لا تساوي القدرة الظاهرة، بل هناك قدرة غير فعالة مستهلكة.
ولتحسين معامل القدرة يجب تخفيض الزاوية بين القدرة الظاهرة والفعالة بحيث تصبح القدرة الظاهرة أقرب للقدرة الفعالة.
ويتم خفض الزاوية بإضافة قدرة غير فعالة للشبكة الكهربائية، والزاوية تعرف بمعامل القدرة.
ولكن السؤال الذي يطرح نفسه: أين تستهلك القدرة غير الفعالة في الشبكة؟ وكيف يمكن تعويضها؟
وتكون إجابة السؤال:
توجد معدات كهربائية تحتاج لقدرة غير فعالة من أجل تشغيلها وهي:
- المحركات الكهربائية التأثيرية: تحتاج إلى قدرة غير فعالة للحفاظ على وجود المجال المغناطيسي الأساسي لتشغيلها، وتكون القيمة المتوسطة للقدرة غير الفعالة، الملطوبة للمحركات غير المتزامنة، عبارة عن كيلو فار واحد قدرة غير فعالة، وعلى وججه التقريب لكل كليو واط واحد قدرة فعالة.
- الملفات الخانقة ومفاتيح لمبات التفريغ، تحتاج 2 كيلو فار قدرة غير فعالة في مقابل كيلو واط واحد قدرة فعالة.
- أجهزة تقويم اتجاه التيار تحتاج واحد كيلو فار مقابل واحد كيلو واط.
- وعلى العموم فإن المحركات والكابلات المحملة والخطوط جميعها تحتاج لقدرة غير فعالة حسب الظروف.
بعد أن تعرفنا عن علاقة القدرة والتيار بمعامل القدرة وتأثير ذلك على شبكة الكهرباء، نأتي إل الأسباب التي تؤدي لانخفاض معامل القدرة.
أسباب انخفاض معامل القدرة
من أسباب انخفاض معامل القدرة التالي:
- الأحمال الحيثة مثل المحركات الكهرباية، حيث تسبب تيار متأخر عن الجهد، بالتالي انخفاض معامل القدرة.
- تنتج التيارات المتأخرى نتيجة وجود الأحمال الحيثة، بالتالي تؤدي إلى زيادة القدرة غير الفعالة التي كما تعرفنا عنها بأنها تحافظ على وجود المجال المغناطيسي الأساسي لتشغيلها.
جدول معامل القدرة
إليك جدول يبين معامل القدرة لبعض المعدات المستخدمة في الصناعة:
| المعدات | معامل القدرة التقريبية |
|---|---|
| صناعة النسيج | 0.65-0.75 |
| الصناعات الكيميائية | 0.65-0.85 |
| اللحام بالقوس | 0.35-0.4 |
| الدرفلة | 0.3-0.75 |
| أحمال منزلية (ثلاجات – مكيفات) | 0.75-0.72 |
ويمكن ملاحظة أن الآلات أو المعدات التي لها معامل قدرة منخفضة هي:
- جميع أنواع المحركات التأثيرية.
- مقومات التيارات ذات القدرة العالية.
- محولات التوزيع والقدرة.
- منظمات الجهد
- ماكينات اللحام
- اللحام بالقوس الكهربائي
- الأفران التأثيرية.
- الملفات الخانقة.
- اللمبات الفلورسنت.
جميع الآلات التي لها معامل قدرة منخفضة تستهلك قدرة غير فعالة تقدر قيمتها بالكيلو فار (Kvar) وهي عبارة عن المركبة الرأسية للقدرة الظاهرة التي تقدر قيمتها الكيلو فولت أمبير (kVA).
قد يهمك: ما الهدف من تحسين معامل القدرة؟
طرق تحسين معامل القدرة في المصانع
لكي تحسن من قيم معامل القدرة في المصانع، نستخدم المكثفات، حيث تركب على التوازي مع الأحمال في لوحة تحكم خاصة.
والهدف من ربط المكثفات هو توليد تيار متقدم يمكنه من تعويض التيار المتأخر.
ويمكن تحسين معامل القدرة بعدة طرق أبرزها:
- التحسين بالتوصيل المباشر للمكثفات: بعد اختيار المكثف المناسب يتم توصيله على التوازي مع المحرك الكهربائي.
- التحسين التلقائي: مناسب إذا كان هناك عدة أحمال كهربائية يراد تشغيلها من وقت لآخر، وهذا يغير من قيمة معامل القدرة.
فوائد تحسين معامل القدرة
من فواد تحسين معامل القدرة في الأنظمة الكهربائية:
- الإعفاء من دفع غرامة انخفاض معامل القدرة وفقاً لما هو منصوص عليه في التعاقد مع شركة الكهرباء.
- خفض الفقد في الكابلات والخطوط.
- زيادة قدرة الخط عند نفس الفقد وهو مطلب حيوي بالنسبة للشركة.
- زيادة القدرة المتاحة في المحولات المغذية للشبكة.
- زيادة القدرة المتاحة في المحولات المغذية للشبكة.
- تحسين جهد الشبكة.
قد يهمك: تأثير هبوط الجهد على معامل القدرة
كيفية حساب معامل القدرة
يمكن حساب القدرة الظاهرة ومعامل القدرة باستخدام المعادلات التالية:
- القدرة الظاهرة = جذر (القدرة الفعالة2 + القدرة غير الفعالة2)… فيثاغورس
- القدرة غير الفعالة (Q) = الجهد × التيار × sin(θ)
- القدرة الفعالة (P) = الجهد × التيار × Cos(θ)
- معامل القدرة (PF) = القدرة الفعالة (P) ÷ القدرة الظاهرة (P).
المعادلات أعلاه تستخدم في حسابات معامل القدرة والقدرة.
الخاتمة
تحسين معامل القدرة ليس خيار ثانوي بل أساسي يفرض على المصانع لأنه يعد خيار اقتصادي يخفف الحمل على المصنع والشبكة ويقلل من التيار الكبير ويخفض تكلفة الفاتورة ويحد من الغرامات.
ومن خلال خفض معامل القدرة وفق التصميم الهندسي والالتزام بشروط التعاقد مع شركة الكهرباء، تساهم في استدامة الطاقة وخفض تكاليف الصيانة التشغيلية.
قد يهمك: ما هي طرق تحسين معامل القدرة؟
المصدر: شنايدر إلكتريك + ABB
