تحسين معامل القدره
كيف يمكنك تخفيض فاتورة الكهرباء
كتب المقال م.محمد رفعت محمود
مفهوم تحسين معامل القدرة
المقصود بتحسين معامل القدرة هو زيادة او تحسين قدرة النظام المتردد حتى تصل إلى قيمة قريبة من الواحد الصحيح عن طريق استخدام الوسائل التي تساعد على التقليل من القدرة غير الفعالة
(reactive power) للشبكة. يمكن تحسين معامل القدرة من خلال تركيب المكثفات أو استخدام المحركات التزامنية.ولكن تحسين معامل القدرة لا يزيد مقدار القدرة الفعالة، ولكنه سيقلل من القدرة الظاهرة
( apparent power) وإجمالي التيار المسحوب من الحمل.
ولكن في البداية لابد من معرفة الفرق بين معامل القدرة المتأخر Lagging Power Factor ومعامل القدرة المتقدم Leading Power Factor.الفرق بين معامل القدرة المتقدم والمتأخر
الفرق الرئيسي بين معامل القدرة المتقدم والمتأخر أن التيار عند معامل القدرة المتقدم يكون متقدم على الجهد في زاوية الطور وعند المعامل المتأخر يتقدم الجهد عن التيار.
معامل القدرة المتقدم Leading Power Factor
هو الذي يكون فيه التيار الكهربي متقدم عن الجهد الكهربي زاوية الطور وذلك في الأحمال السعوية مثل المكثفات.
معامل القدرة المتأخر Lagging Power Factor
هو الذي يكون فيه الجهد الكهربي متقدم عن التيارالكهربي في الأحمال الحثية مثل الملفات.
طرق تحسين معامل القدرة
انخفاض معامل القدرة يرجع الي ان الاحمال في النظام الكهربائي تكون أحمال حثية تسحب تيارًا متأخرًا (lagging currents) و ينتج عنها قدرة غير فعالة (reactive power)، وهذه القدرة لا ينتج عنها شغل حقيقي، وتؤدي لانخفاض معامل القدرة.
وتحسين معامل القدرة المقصود به هو تحسين قيمة القدرة الغير فعالة عن طريق توليد قدرة غير فعالة VARs في الاتجاه المعاكس او المضاد أو (عكسية). ويتم ذلك باستخدام المعدات الكهربية التالية:
- المكثفات (Capacitor Bank).
- المكثف المتزامن (Synchronous condenser).
1. المكثفات ( capacitors)
يمكن تحسين معامل القدرة في الأحمال أحادية الوجه single-phase من خلال استخدام المكثفات و توصيلها على التوازي مع الحمل الذي يحتاج الى تحسين معامل القدرة له. وبما ان المكثف يستهلك تيارًا كهربيا متقدمًا ويعمل جزئيًا أو كليًا على تحييد المكون الغير فعال المتأخر لتيار الحمل. وبالتالي يتم تحسين معامل القدرة للحمل المطلوب.
بالنسبة للأحمال ثلاثية الطور three-phase ، يتم توصيل المكثفات علي شكل دلتا أو نجمة كما هو موضح في الصورة التالية. وتستخدم المكثفات دائمًا لتحسين معامل القدرة في المصانع والورش.
ممزايا استخدام المكثفات في تحسين معامل القدرة
- لديها خسائر منخفضة.
- لا تحتاج إلى صيانة كثيرة لان ليس بها أجزاء دوارة .
- سهلة التركيب ويمكن تركيبها بسهولة.
- تعمل في ظروف التشغيل الاعتيادية.
العيوب استخدام المكثفات في تحسين معامل القدرة
- ان العمر الافتراضي لها من 8 إلى 10 سنوات.
- تتلف فورا في حالة تجاوز القدرة المطلوب منها قدرتها.
- صعوبة إصلاح المكثفات التي يحدث بها ضرر مما يتطلب تغييرها بآخر جديد.
2. المكثف المتزامن مع المحرك التزامني (Synchronous condenser)
يمكن تحسين معامل القدرة من خلال توصيل محرك متزامن (synchronous motor) تم تصميمه لهذا الغرض ويطلق عليه اسم المكثف المتزامن (Synchronous condenser). يعمل المحرك المتزامن بدون حمل ميكانيكي، ويتم توصيله على التوازي مع الحمل. يقوم بتوليد الطاقة (Var Apparent Power)عن طريق تغيير إثارة (excitation) لفات المجال (Field Windings) للمحرك.
في السابق كان استخدام المحرك التزامنى وتشغيله بدون تحميل لتحسين معامل القدرة ويتم استخدامة في أضيق الحدود. حاليًا يُستخدام بشكل محدود. وأصبحت المكثفات في كثير من الحالات أفضل وسيلة وأكثر اقتصادًا.
مميزات استخدام المكثف المتزامن مع المحرك التزامني
تتميز ملفات المحرك باستقرار حراري عالٍ لتيارات الدائرة القصيرة الكهربي.
يمكن عمل الصيانة لها بسهوله.
العيوب استخدام المكثف المتزامن مع المحرك التزامني
- في حالة حدوث مشكلة في المحرك يؤدي الى حدوث اضرار كبيرة في النظام.
- تتكلف الصيانة الدورية لهذه الطريقة مبالغ كبيرة .
- يتسبب في حدوث ضوضاء .
- بخلاف الأحجام التي تزيد عن 500 KVA، تكلفة تركيب هذا النظام مرتفعة جدا.
- يحتاج الى معدات لإمداد المحرك بعزم دوران لكي يبدأ الحركة.
أهمية تحسين معامل القدرة
1. تحسين معامل القدرة للمصانع
تحسين معامل القدرة من العوامل المهمة التي لابد من أن يهتم بها أصحاب المصانع والورش وغيرها من الأحمال الكبيرة لان انخفاض معامل القدرة يؤدي إلى ارتفاع فاتورة الكهرباء وايضا يدفع شركات الكهرباء إلى توقيع غرامات مالية على المصانع التي بها معامل قدرة منخفض.
في حالة قيام أصحاب المصانع بتصحيح معامل القدرة، ويحدث انخفاض في الطلب الأقصى للكيلو فولت أمبير، وبالتالي سيكون هناك توفير سنوي بسبب الحد الأقصى لرسوم الطلب.
2. تحسين معامل القدرة للمنازل
لايوجد داعي لتحسين معامل القدرة في المنازل لأن شركات الكهرباء لا تحاسب المنازل على الفقد في القدرة الفعالة وتكتفي فقط في حساب القدرة الفعلية فقط .
3. تحسين معامل القدرة لمحطات التوليد
من المعادلة الرياضية السابقة يتضح أن عدد الوحدات التي توفرها يعتمد على معامل القدرة. كلما ارتفع معامل القدرة في محطة التوليد الكهربية، ارتفع معها قيمة الكيلو وات في الساعة الذي يعمل على تحسين وكفاءة النظام . وبالتالي تحسين معامل معامل القدرة يرفع من قدرة محطات التوليد.
فوائد تحسين معامل القدرة
- يرفع من كفاءة النظام والأجهزة الكهربية.
- تقليل حجم الموصلات والكابلات مما يساعد في انخفاض تكلفته.
- يعمل على انخفاض و تقليل مفاقيد في خطوط النقل (مفاقيد النحاس) I2R.
- ارتفاع توليد الطاقة الكهربية من المولدات
- تحسين استخدام نقل الطاقة الكهربية .
- يعمل على تحسين تنظيم الجهد الكهربي على خطوط النقل الكهربي.
- الحجم المناسب للآلات الكهربائية (المحولات والمولدات وغيرها).
- يدفع تحسين معامل القدرة شركات الكهرباء على إلغاء الغرامات التي يتم فرضها على المصانع التي يكون فيها معامل القدرة منخفض.
- يعمل على خفض قيمة فواتير الكهرباء لأصحاب المصانع والورش.
مثال لتوضيح الفكره
لدينا حمل كهربي يسحب قدرة كهربيه مقدارها 2 كيلو واتعند جهد كهربي قيمته 220 فولت وكان معامل القدره هو 0.80 مطلوب تحسين معامل القدرة ليصل الي 0.95
المعطيات كما وردت في المثال السابق
الحالة الثانيه
مقارنة بين الحالة الاولي والحالة الثانية قبل تحسين معامل القدرة
الفديو التالي يوضح ويشرح ما سبق اضغط علي الفديوهات التالي للانتقال الي الشرح