مكثفات الجهد المنخفض لتعويض القدرة التفاعلية: الحلول والاقتصاد

في أنظمة الطاقة، يؤدي عدم توازن القدرة التفاعلية إلى انخفاض معامل القدرة، وزيادة خسائر الخطوط، وانخفاض استخدام المعدات. وباعتبارها المكون الأساسي لتعويض القدرة التفاعلية، أصبحت المكثفات منخفضة الجهد الحل الأمثل لهذه المشكلات نظرًا لمزاياها المتمثلة في انخفاض تكلفتها، وارتفاع كفاءتها، ومرونة تركيبها. توضح هذه المقالة بالتفصيل كيفية تحقيق الهدفين المتمثلين في كفاءة تشغيل أنظمة الطاقة وتوفير تكاليف المؤسسات من خلال تصميم مكثفات علمية، حيث تغطي وظائف المكثفات وطرق تعويضها ونقاطها الفنية الرئيسية، بالإضافة إلى حساب سعة تعويض القدرة التفاعلية باستخدام المكثفات منخفضة الجهد.

القيمة الأساسية لتعويض القدرة التفاعلية باستخدام مكثفات الجهد المنخفض: أربع وظائف لتحسين أنظمة

من خلال تعويض الطاقة التفاعلية، تعمل المكثفات ذات الجهد المنخفض على تحسين أنظمة الطاقة بشكل كبير من أربعة أبعاد - استخدام المعدات، واستهلاك الطاقة، واستقرار الجهد، وتحسين تكلفة الكهرباء - مما يشكل وسيلة رئيسية للشركات لتقليل التكاليف وزيادة الكفاءة.

1. تُحسّن المكثفات منخفضة الجهد من استخدام معدات تحويل وتوزيع الطاقة، مما يُقلل من تكاليف

تشغل الأحمال منخفضة معامل القدرة مساحة كبيرة من سعة معدات تحويل وتوزيع الطاقة (مثل المحولات وخزانات التوزيع)، مما يؤدي إلى "هدر في السعة". يمكن أن يؤدي التوصيل المتوازي للمكثفات منخفضة الجهد لتعويض التيار التفاعلي إلى تقليل تيار الحمل والسعة المطلوبة للمعدات.

• منطق الحساب الأساسي : يمكن حساب السعة المخفضة (ΔS) لمعدات تحويل وتوزيع الطاقة من الصيغة التالية: السعة المخفضة = القدرة الفعالة للحمل ÷ معامل القدرة قبل التعويض - القدرة الفعالة للحمل ÷ معامل القدرة بعد التعويض. ويمكن أيضًا تبسيطها إلى: (القدرة الفعالة للحمل × (معامل القدرة بعد التعويض - معامل القدرة قبل التعويض)) ÷ (معامل القدرة بعد التعويض × معامل القدرة قبل التعويض).
• مثال على التأثير : بأخذ حمل بقدرة 1000 كيلوواط كمثال، مع زيادة معامل القدرة من 0.7 (قبل التعويض) إلى 0.95 (بعد التعويض)، يمكن خفض سعة المعدات بمقدار 376 كيلوفولت أمبير وفقًا للمنطق المذكور أعلاه. بالنسبة للمشاريع الجديدة، يعني هذا إمكانية اختيار محولات وخزائن توزيع ذات سعة أصغر لخفض تكاليف شراء المعدات؛ أما بالنسبة للمشاريع القائمة، فيمكن خفض نفقات رسوم الكهرباء الأساسية (في بعض المناطق، تُفرض رسوم الكهرباء بناءً على سعة المعدات)، مما يوفر أكثر من 10,000 يوان صيني سنويًا.

2. المكثفات منخفضة الجهد تقلل من خسائر شبكة الطاقة وتوفر استهلاك

تتناسب خسائر شبكة الطاقة طرديًا مع مربع التيار، ويزيد التيار التفاعلي الزائد من خسائر الخطوط بشكل ملحوظ. تعمل المكثفات منخفضة الجهد على تقليل إجمالي تيار الخطوط عن طريق تعويض القدرة التفاعلية، مما يقلل الخسائر بشكل كبير.

• قانون تباين الخسارة : عندما ينخفض ​​معامل قدرة الحمل من 1 إلى قيمة معينة (COSφ)، فإن النسبة المئوية للزيادة في فقدان القدرة تساوي تقريبًا (1 ÷ (مربع معامل القدرة بعد التعويض) - 1) × 100%. على سبيل المثال، إذا انخفض معامل القدرة من 1 إلى 0.8، ستزداد الخسائر بنسبة 56.25%؛ وإذا رُفع معامل القدرة إلى 0.95 من خلال مكثفات منخفضة الجهد، يمكن تقليل الخسائر بنسبة 31% تقريبًا.
• سيناريو التطبيق : خط كهرباء بجهد 10 كيلو فولت في منطقة صناعية يُغذي مصنعًا على بُعد كيلومترين. قبل التعويض، كان معدل فقدان الطاقة 8%؛ وبعد تركيب مجموعتين من مكثفات الجهد المنخفض بقدرة 200 كيلو فولت أمبير، انخفض معدل فقدان الطاقة إلى أقل من 5%. بناءً على إمداد طاقة سنوي قدره مليون كيلوواط/ساعة، يبلغ معدل التوفير السنوي في استهلاك الكهرباء 30,000 كيلوواط/ساعة، أي ما يعادل أكثر من 20,000 يوان صيني من رسوم الكهرباء.

3. تعمل المكثفات منخفضة الجهد على تقليل انخفاض جهد الخط وضمان استقرار

خلال فترات ذروة استهلاك الكهرباء، يؤدي نقص الطاقة التفاعلية بسهولة إلى انخفاض الجهد عند طرف الخط (على سبيل المثال، تتعطل محركات الورش بسبب انخفاض الجهد، وتتوقف الأجهزة المدنية عن العمل بشكل متكرر). يمكن لمكثفات الجهد المنخفض أن تُكمل الطاقة التفاعلية آنيًا، وتُقلل تيار الخط، وتُقلل من فقدان الجهد.

• حالة عملية : خلال ذروة استهلاك الكهرباء في فصل الصيف في مصنع لتجهيز الأغذية، انخفض جهد الورشة غالبًا إلى 190 فولت (المعيار الوطني يتطلب 220 فولت ± 7%)، مما أدى إلى توقف معدات التبريد. بعد تركيب ثلاث مجموعات من مكثفات الجهد المنخفض بقدرة 150 كيلو فولت أمبير، استقر الجهد عند 210-220 فولت، وانخفض معدل أعطال المعدات بنسبة 40%، وتحسنت استمرارية الإنتاج بشكل ملحوظ.

4. تعمل المكثفات منخفضة الجهد على تحسين معامل القدرة وتقليل استهلاك

تنصّ الإجراءات الصينية لتعديل رسوم الكهرباء بناءً على معامل القدرة بوضوح على وجوب استيفاء مختلف أنواع المستخدمين لمعايير معامل القدرة المقابلة (مثلاً، المستخدمون الصناعيون ذوو الجهد العالي ≥ 0.9، المستخدمون الزراعيون ≥ 0.8). وستُفرض غرامات في حال عدم استيفاء هذا المعيار. ويمكن لمكثفات الجهد المنخفض زيادة معامل القدرة بدقة إلى النطاق المطلوب، حتى لو تجاوز المعيار (مثلاً، أعلى من 0.95)، مما يُساعد الشركات على تجنب الغرامات والاستفادة من تخفيضات في رسوم الكهرباء في بعض المناطق.

• مقارنة دقيقة: بالنسبة لمستخدم صناعي بقدرة 1000 كيلو فولت أمبير، يلزم دفع غرامة بنسبة 5٪ من إجمالي رسوم الكهرباء (أكثر من 50000 يوان سنويًا) عندما يكون عامل القدرة 0.7؛ بعد تركيب مكثفات الجهد المنخفض لزيادة عامل القدرة إلى 0.95، لا يتم تجنب الغرامات فحسب، بل يتم أيضًا الاستمتاع بتخفيض بنسبة 1٪ في رسوم الكهرباء، مما يوفر أكثر من 60000 يوان سنويًا.

II. ثلاثة أنماط لتعويض القدرة التفاعلية باستخدام مكثفات الجهد المنخفض: اختر الحلول المناسبة عند الطلب

وفقًا لنطاق مصدر الطاقة وخصائص توزيع الحمل، يُقسّم تعويض القدرة التفاعلية باستخدام مكثفات الجهد المنخفض بشكل رئيسي إلى فئتين: "تعويض مركزي" و"تعويض موضعي" (يُقسّم التعويض الموضعي إلى أنواع فردية وموزعة). ويتعيّن على الشركات اختيار التعويض المناسب بناءً على ظروفها الخاصة لتحقيق أقصى قدر من الفعالية.

1. التعويض المركزي باستخدام مكثفات الجهد المنخفض: مناسب لسيناريوهات

• طريقة التثبيت : تكوين مجموعات متعددة من المكثفات ذات الجهد المنخفض (عادةً مجموعات مكثفات من نوع الخزانة بسعة مجموعة واحدة تتراوح من 50 إلى 300 كيلو فولت أمبير) على ناقل التوزيع لمحطة توزيع الجهد المنخفض للتعويض المركزي للطاقة التفاعلية ضمن نطاق مصدر الطاقة بالكامل؛
• المزايا الأساسية : إدارة مريحة، والتبديل التلقائي عبر وحدة تحكم موحدة (مثل PLC)، ومناسبة للسيناريوهات التي بها تشغيل متزامن لأحمال متعددة (على سبيل المثال، المتنزهات الصناعية ومراكز التسوق الكبيرة)؛
• سيناريو التطبيق : في المناطق ذات الأحمال المركزة نسبيًا والخطوط القصيرة (≤ 500 متر)، على سبيل المثال، قامت محطة توزيع في منطقة صناعية بتثبيت أربع مجموعات من المكثفات ذات الجهد المنخفض بقدرة 200 كيلو فولت أمبير، تغطي 10 مصانع صغيرة ومتوسطة الحجم، وتم زيادة معامل القدرة الإجمالي إلى ما يزيد عن 0.92.

2. التعويض المحلي باستخدام مكثفات الجهد المنخفض: يُفضّل في حالات

ينقسم التعويض المحلي إلى "تعويض محلي فردي" و"تعويض محلي موزع"، وكلاهما يقوم بتثبيت مكثفات منخفضة الجهد بالقرب من الحمل لتقليل خسائر انتقال التيار التفاعلي في الخط:

• التعويض المحلي الفردي: قم بتثبيت مكثفات الجهد المنخفض مباشرة بجوار جهاز واحد عالي الطاقة (على سبيل المثال، المحركات التي تزيد عن 50 كيلو وات، ومضخات المياه في محطة الضخ)، وقم بتزويد الطاقة بالتوازي مع الجهاز للتعويض محليًا عن القدرة التفاعلية للجهاز؛
• التعويض المحلي الموزع: قم بتثبيت مكثفات الجهد المنخفض في ناقل صندوق الطاقة أو دائرة توزيع الجهد المنخفض المحلية لتعويض الطلب الكلي على الطاقة التفاعلية لأجهزة متعددة منخفضة الطاقة في الدائرة؛
• سيناريو التطبيق: محطات الري الريفية (بطول خط يتراوح بين 1 و3 كيلومترات)، ومحركات ورش العمل الكبيرة (مثل ضواغط 100 كيلوواط). على سبيل المثال، بعد تركيب مكثف منخفض الجهد بقدرة 80 كيلوفولت أمبير لمضخة ري زراعية، انخفض فاقد التيار في الخط بنسبة 35%، وارتفعت كفاءة الري بنسبة 20%، ولم تكن هناك حاجة لانتظار استهلاك الكهرباء خارج أوقات الذروة لتشغيل الجهاز.

ثالثًا. النقاط الفنية الرئيسية لتعويض القدرة التفاعلية باستخدام مكثفات الجهد المنخفض: تجنب المخاطر وضمان الاستقرار

أثناء استخدام المكثفات ذات الجهد المنخفض، يجب التركيز على ثلاث قضايا رئيسية - "منع التيار المتدفق، ومنع تضخيم التوافقيات، ومنع الإثارة الذاتية" - لتجنب تلف المعدات أو فشل النظام وضمان التشغيل الآمن والموثوق لنظام التعويض.

1. منع اندفاع التيار في المكثفات منخفضة الجهد: تجنب تلف

عند توصيل المكثفات ذات الجهد المنخفض بشبكة الطاقة، من المحتمل أن يحدث تيار اندفاع بقيمة ذروة تبلغ 5-10 أضعاف التيار المقدر، مما قد يؤدي إلى انهيار طبقة عزل المكثف أو حرق الموصل.

• الحلول :
• اختر مكثفات الجهد المنخفض مع المقاومات المحددة للتيار، أو قم بتوصيل مفاعلات الحد من التيار على التوالي في دائرة الإدخال لتقليل ذروة تيار الاندفاع؛
• اعتماد تقنية التبديل المتأخر لتجنب التبديل المتزامن للمكثفات المتعددة (الوقت الفاصل ≥ 30 ثانية)؛
• مرجع تيار الاندفاع : يرتبط مقدار تيار الاندفاع بقوة قصر الدائرة في موقع التركيب وسعة المكثف. أثناء التصميم، تأكد من أن ذروة تيار الاندفاع ≤ 5 أضعاف التيار المقنن.

2. منع التضخيم التوافقي للمكثفات منخفضة الجهد: ضمان استقرار

تُشكّل المكثفات منخفضة الجهد والمحاثات الخطية دائرة LC. في حال وجود توافقيات (مثل الرتب الثالثة والخامسة والسابعة) في شبكة الطاقة، يُحتمل حدوث رنين، مما يؤدي إلى تضخيم التوافقيات، وارتفاع درجة حرارة المكثف، وارتفاع الجهد بشكل غير طبيعي.

• الحلول :
• قم بتوصيل المفاعلات بقيمة مفاعلة حثية معينة على التوالي في دائرة المكثف ذات الجهد المنخفض (اختر بناءً على الظروف التوافقية: 12% مفاعلة حثية للتوافقيات العالية من الدرجة الثالثة، و4.5% مفاعلة حثية للتوافقيات العالية من الدرجة الخامسة، و0.5% مفاعلة حثية للتوافقيات المنخفضة)؛
• ركّب كاشفات التوافقيات لمراقبة محتوى التوافقيات في شبكة الكهرباء آنيًا. إذا كان معدل التشوه التوافقي الكلي أكبر من 5%، فمن الضروري استخدام مرشحات طاقة نشطة بالتزامن مع ذلك.

3. منع الإثارة الذاتية للمكثفات منخفضة الجهد: حماية عزل

إذا كانت سعة المكثفات ذات الجهد المنخفض كبيرة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى قيام المحرك بتوليد جهد إثارة ذاتية عند إيقاف تشغيله، مما يؤدي إلى دخول المحرك في حالة توليد الطاقة وإتلاف عزل المعدات.

• الحلول :
• يجب أن تكون سعة التعويض أقل من سعة المحرك عند عدم التحميل، وعادةً ما تكون 0.9 مرة من سعة المحرك عند عدم التحميل. طريقة الحساب هي: سعة مكثف التعويض = 0.9 × 3 × جهد النظام × تيار المحرك عند عدم التحميل.
• على سبيل المثال، محرك بقدرة 10 كيلوواط لديه تيار بدون حمل قدره 5 أمبير وجهد نظام قدره 380 فولت. وفقًا للمنطق المذكور أعلاه، تبلغ سعة مكثف الجهد المنخفض المطبق حوالي 5 كيلو فولت أمبير لتجنب الإثارة الذاتية الناتجة عن السعة الزائدة.

رابعًا: حساب السعة والتحكم في تبديل تعويضات المكثفات منخفضة الجهد: مطابقة المتطلبات بدقة

يُعدّ التحديد العلمي لسعة مكثفات الجهد المنخفض واختيار طريقة التحكم المناسبة في التبديل أمرًا أساسيًا لضمان فعالية التعويض. وتتطلب حسابات دقيقة مبنية على معاملات الحمل تجنب "التعويض الزائد" أو "التعويض الناقص".​

1. حساب سعة تعويض المكثفات منخفضة الجهد: حساب دقيق بناءً على أهداف

• المنطق الأساسي : سعة المكثف منخفض الجهد المطلوبة = القدرة النشطة للحمل × (القيمة الظلية لعامل القدرة قبل التعويض - القيمة الظلية لعامل القدرة المستهدف بعد التعويض)؛
• مثال حسابي : لورشة عمل ذات قدرة حمل فعالة تبلغ 800 كيلوواط، يكون معامل القدرة قبل التعويض 0.7 (قيمة الظل ≈ 1.02)، ومعامل القدرة المستهدف بعد التعويض 0.95 (قيمة الظل ≈ 0.33). سعة المكثف المطلوبة = 800 × (1.02 - 0.33) = 552 كيلو فولت أمبير. عمليًا، يمكن اختيار ست مجموعات من مكثفات الجهد المنخفض 100 كيلو فولت أمبير (بسعة إجمالية 600 كيلو فولت أمبير) لتوفير هامش ربح صغير لمواجهة تقلبات الحمل.

2. أوضاع التحكم في تبديل المكثفات منخفضة الجهد: الاختيار بناءً على استقرار

• التبديل اليدوي : مناسب للحالات ذات الأحمال المستقرة وتكرار الاستخدام المنخفض (مثل محركات الورش الصغيرة). يتم تبديل المكثفات منخفضة الجهد يدويًا عبر مفاتيح، بتكلفة منخفضة.
• التبديل التلقائي : مناسب لحالات التقلبات الكبيرة في الأحمال والتشغيل المستمر (مثل مراكز التسوق والمصانع الكيميائية). تُستخدم وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو وحدات التحكم المخصصة للتبديل التلقائي لمجموعات المكثفات بناءً على معامل القدرة (مثل التشغيل عندما يكون معامل القدرة أقل من 0.9، والإيقاف عندما يكون أعلى من 0.95) لتجنب التعويض الزائد.
• مبدأ الاختيار : عندما تكون تأثيرات التعويض للجهد العالي والجهد المنخفض هي نفسها، فيجب إعطاء الأولوية لمعدات التبديل التلقائي ذات الجهد المنخفض، والتي لا يمكنها فقط تقليل تكاليف التحكم ولكن أيضًا تقليل خسائر معدات الجانب ذات الجهد العالي.

V. الخاتمة: المكثفات منخفضة الجهد - خيار اقتصادي لتحسين

في ظل تزايد الطلب على الطاقة وتزايد متطلبات توفيرها، أصبح تعويض القدرة التفاعلية باستخدام مكثفات الجهد المنخفض وسيلةً أساسيةً للشركات لتحسين أنظمة الطاقة، بالاعتماد على المزايا الثلاثية المتمثلة في "تحسين الكفاءة، وتقليل الخسائر، وتوفير التكاليف". سواءً في الإنتاج الصناعي، أو العمليات التجارية، أو الري الزراعي، يمكن الاستفادة القصوى من مكثفات الجهد المنخفض من خلال اختيار أساليب التعويض علميًا، وحساب السعة بدقة، وتجنب المخاطر التقنية، مما يحقق الهدفين المتمثلين في استقرار تشغيل نظام إمداد الطاقة وتحسين المنافع الاقتصادية.

إذا كانت مؤسستك تواجه مشاكل مثل انخفاض معامل القدرة، أو ارتفاع فواتير الكهرباء، أو صعوبة في تشغيل المعدات، فلا تتردد في ترك رسالة توضح نوع الحمل (مثل قوة المحرك، أو طول خط إمداد الطاقة) ومعامل القدرة الحالي. ستُخصص لك شركة هينجرونج للكهرباء المحدودة حلاً حصريًا لتعويض القدرة التفاعلية باستخدام مكثفات منخفضة الجهد، مما يُساعد مؤسستك على خفض التكاليف وزيادة الكفاءة!