من أجل الحفاظ على نسبة معقولة بين الطاقة الفعلية التي يستهلكها الحمل والطاقة الإجمالية للنظام الكهربائي، يجب ضبط هذه الطاقة التفاعلية بشكل صحيح. وفي هذه الحالة، الطاقة الإجمالية هي حاصل ضرب الطاقة التفاعلية والطاقة الفعّالة. ويُشار إلى هذه النسبة بمعامل الطاقة الكهربائي (pf). إذا كان معامل الطاقة (pf) لنظام كهربائي منخفضاً، سيزداد الحمل على خطوط النقل والمولدات المتزامنة والمحولات المتصلة بالنظام لتوفير الطاقة الفعّالة اللازمة. وبذلك سيصبح ضبط الطاقة التفاعلية أمراً بالغ الأهمية. لذلك، يُستخدم بنك المكثفات عادةً لهذا الغرض.
هنا، ستتعرف على جميع أنواع بنوك المكثفات وطريقة حسابها. لذا، تابع القراءة.
ما هو بنك المكثفات؟
عندما يُوصَل عدد من المكثفات على التوالي أو التوازي وتكون لها نفس التقدير، يُشار إلى هذا التكوين بـ بنك المكثفات. تُخزَّن الطاقة الكهربائية عادةً في مكثف واحد. لذا، فإن زيادة عدد المكثفات في البنك سيزيد من كمية الطاقة التي يمكن تخزينها في جهاز واحد. فيما يلي رمز أو مخطط أساسي لبنك المكثفات.
يُستخدم في محطة التحويل لتحسين معامل الطاقة وتعويض الطاقة التفاعلية. يستلزم تركيب بنك المكثفات في محطة التحويل مراعاة متطلبات معينة. تقدير الجهد، وتقدير درجة الحرارة، وتقدير KVAR، ونطاق التعليمات الأساسية هي معاملات بنوك المكثفات.
أنواع بنوك المكثفات
تُسمى وحدة بنك المكثفات عادةً بوحدة المكثف. يمكن إنتاج هذه الوحدات بطريقة مشابهة لوحدات الطور الواحد. لإنشاء بنك مكثفات ثلاثي الطور كامل، تُوصَّل هذه الوحدات في الغالب على شكل توصيل نجمة/مثلث. وحدات المكثفات الأكثر شيوعاً في السوق حالياً هي من نوع أحادي الطور، في حين نادراً ما تُنتج وحدات المكثفات ثلاثية الطور. تتوفر ثلاثة أنواع مختلفة من بنوك المكثفات؛ وهي موضحة أدناه.
- ذات الفيوز الداخلي (Internally Fused)
يمكن تصميم النوع ذي الفيوز الداخلي ضمن تخطيط محدد. تُوصَّل عناصر مختلفة على التوالي والتوازي وفقاً لتقديراتها. يمكن حماية كل عنصر مكثف بشكل مستقل من خلال وحدة فيوز. وكما يدل الاسم، تُجمَّع وحدات الفيوز وعناصر المكثف معاً داخل نفس الغلاف. كل عنصر مكثف في هذا النوع من البنوك له حجم صغير جداً يقع ضمن حدود التقديرات.
لذا، إذا فشل أي من مكونات المكثف، فلن تتأثر عمليات البنك. حتى إذا تلف جزء أو أكثر من أجزاء المكثف، يمكن لهذا النوع من بنوك المكثفات أن يعمل بشكل صحيح.
تشمل المزايا الرئيسية للنوع ذي الفيوز الداخلي سهولة التركيب والصيانة. أما العيب فهو أنه يجب استبدال البنك بأكمله إذا فشل عدد كبير من عناصر المكثف. لذلك، لا يمكن استبدال وحدة واحدة فقط.
- ذات الفيوز الخارجي (Externally Fused)
في النوع ذي الفيوز الخارجي، تُوفَّر وحدة فيوز لكل وحدة مكثف خارجياً. ستتضرر وحدة الفيوز إذا أصابت أي وحدة مكثف عطل. عندما تفصل وحدة الفيوز وحدة المكثف التالفة، سيستمر البنك في العمل دون انقطاع.
يتيح هذا النوع لكل طور من أطوار البنك توصيل وحدات المكثف على التوازي. إذا فشل أحد المكونات، فلن يتأثر أداء البنك بأكمله تأثيراً كبيراً. عندما تكون وحدة مكثف واحدة مفقودة من طور واحد، ستكون سعة ذلك الطور أقل من سعة الطورين الآخرين.
سيؤثر ذلك على الجهد المرتفع في الطورين المتبقيين من البنك. بمجرد احتراق وحدة الفيوز، يمكن التعرف على الوحدة المعيبة من هذا النوع عبر الفحص البصري. يتراوح تقدير وحدة المكثف المعتاد بين 50 KVAR و40 KVAR.
العيب الأساسي لهذا البنك هو أنه حتى عندما تعمل جميع الوحدات بشكل جيد، لا يمكن اكتشاف اختلال التوازن بعد احتراق أي وحدة فيوز.
- بدون فيوز (Fuseless)
يمكن إنشاء سلسلة مكثفات بتوصيل عدة وحدات مكثف على التوالي في النوع بدون فيوز. يُنشأ بنك مكثفات لكل طور من خلال توصيل هذه الخيوط على التوازي. بعد ذلك، يُنشأ بنك ثلاثي الأطوار بتوصيل البنوك ثلاثية الأطوار ببعضها عبر توصيل نجمة/مثلث.
لا تُحمى سلاسل المكثفات بنظام فيوزات داخلية أو خارجية. نظراً لوجود عدة مكثفات أخرى متصلة على التوالي عبر هذا المسار، لا يوجد تغيير في تدفق التيار إذا فشلت إحدى وحدات السلسلة في هذا النوع من الأنظمة بسبب دائرة قصيرة أو عيب آخر.
عندما يكون تأثير الدائرة القصيرة الداخلية لوحدة السلسلة ضئيلاً، يمكن بناء بنك المكثفات لتأجيل استبدال الوحدة المعيبة. وهذا هو السبب الرئيسي في أنه عندما تصبح إحدى الوحدات معيبة، لا يُشترط استبدالها فوراً بوحدة جديدة من نظام البنك.
توصيلات بنك المكثفات
يمكن توصيل بنك المكثفات بطريقتين مختلفتين، وهما النجمة والمثلث، غير أن المثلث يُستخدم بشكل أكثر شيوعاً. ونتيجةً لذلك، يصعب تحديد أي التوصيلين يكون الأفضل للبنك. سنتحدث الآن عن هذين التوصيلين ومزاياهما وعيوبهما. بما أن نظام التيار الثلاثي الأطوار يستخدم بنك مكثفات ثلاثي الأطوار لتصحيح معامل الطاقة، الذي يمكن توصيله في نمط نجمة أو مثلث، فإن هذا يُعدّ تطبيقاً رئيسياً.
بنك المكثفات في توصيل المثلث
تُستخدم هذه البنوك لجهود أقل من المتوسط عند استخدامها في توصيلات المثلث. يمكن استخدام بنك المكثفات في توصيل المثلث للجهد العالي، لكنه لا يكون ممكناً في بعض الأحيان، لأن كل مكثف يتلقى كامل جهد الطور في توصيل المثلث، في حين يكون جهد الطور المُطبَّق أقل في توصيل النجمة.
وبالتالي، يجب أن يكون تقدير الجهد للمكثف مرتفعاً إذا استخدمنا توصيل المثلث عند جهد عالٍ. ونتيجةً لذلك، قد يكون إنتاج مكثفات عالية الجهد مكلفاً وغير عملي في بعض الأحيان.
المزايا
- إن KVAR الذي يُنتجه المكثف يتناسب مع مربع الجهد المُطبَّق. وبالتالي، يُقابل الجهد الأعلى KVAR أعلى. ونتيجةً لذلك، سيوفر المكثف في هذا التوصيل KVAR أعلى مقارنةً بالبنك المتصل بتوصيل النجمة، إذ إن الجهد المُطبَّق في توصيل النجمة أقل منه في توصيل المثلث.
- من خلال السماح لتيار التوافقيات بالمرور عبر بنك المكثفات في هذا التوصيل، يُخفَّف تأثير التوافقيات على النظام الكهربائي. تحصل كل مرحلة من مراحل النظام الكهربائي على سعة متوازنة عند توصيل البنك بتوصيل المثلث، مما يُحافظ أيضاً على توازن الجهد.
- إذا تعطل خلية مكثف في طور واحد من البنك، يبقى الجهد عبر جميع الأطوار ثابتاً، وتنخفض قيمة KVAR.
العيوب
- أكبر عيب لبنك المكثفات في توصيل المثلث هو ضغط الجهد عبر كل مكثف، مما يُقصِّر عمره الافتراضي ويمنع استخدامه في تطبيقات الجهد العالي.
بنك المكثفات في توصيل النجمة
يُستخدم النوع القائم على توصيل النجمة بشكل رئيسي في تطبيقات الجهد المتوسط إلى العالي. يكون ضغط الجهد عبر المكثفات أقل حتى في التطبيقات التي تتطلب الجهد الأقصى في هذا النوع من التوصيلات، لأن الجهد عبر كل مكثف أقل من جهد الطور.
المزايا
- إنه توصيل بسيط.
- يكون ضغط الجهد منخفضاً عبر كل مكثف، مما يُطيل عمره الافتراضي.
العيوب
- نظراً لانخفاض الجهد عبر المكثف، يوفر النوع المتصل بنجمة KVAR أقل مقارنةً بالنوع المتصل بمثلث.
- لا يمكن لنوع التوصيل النجمة تدوير تيار التوافقيات في النظام الكهربائي.
- أنواع التوصيل النجمة غير المؤرضة غير قادرة على الحفاظ على توازن الجهود أو توفير سعة متوازنة.
- يتعرض النظام الكهربائي لجهد غير متوازن إذا تعطلت خلية مكثف في أحد الأطوار.
حساب بنك المكثفات
تُعدّ الطاقة الحقيقية بوحدة MW/W ضرورية إذا أردنا قياس القيمة بوحدة VAR أو MVAR. على سبيل المثال، إذا كانت القيمة معبّراً عنها بـ kW، يمكنك تحويلها بسهولة إلى kVAR. وينطبق الأمر ذاته على MW وW. الطاقة الفعّالة P تساوي الطاقة التفاعلية المطلوبة Q(kVR) (kW). فيما يلي صيغة حاسبة بنك المكثفات.
الطاقة التفاعلية المطلوبة (kVAR) = P(kW) * tan (cos-1(PF1) – cos-1(PF2))
الطاقة التفاعلية المطلوبة (VAR) = P(W) * tan (cos-1(PF1) – cos-1(PF2))
الطاقة التفاعلية المطلوبة (MVAR) = P(MW) * tan (cos-1(PF1) – cos-1(PF2))
اقرأ أيضاً: دليل شامل لحسابات بنك المكثفات
الخلاصة
الآن، تعرفت على جميع أنواع بنوك المكثفات وأنواع توصيلاتها. لذا، استخدم هذه المعرفة لتحسين كفاءة أنظمة التوزيع الكهربائي لديك.
تذكر أن بنك المكثفات بتوصيل المثلث يعمل بشكل أفضل للجهود المنخفضة والمتوسطة.
من ناحية أخرى، يُعدّ بنك المكثفات بتوصيل النجمة مناسباً للجهود العالية.