ما هو معامل القدرة power factor

فهم معامل القدرة وسبب أهميته:

معامل القدرة: هو مقياس لمدى فعالية استخدامك للكهرباء. تعمل أنواع مختلفة من القدرة لتزويدنا بالطاقة الكهربائية. هذا ما يفعله كل واحد. قدرة العمل القدرة “الصحيحة” أو “الحقيقية” المستخدمة في جميع الأجهزة الكهربائية لأداء أعمال التدفئة، والإضاءة، والحركة، وما إلى ذلك. ونعبر عن ذلك بالكيلوواط أو (kW or kilowatts). الأنواع الشائعة للأحمال المقاومة هي التدفئة الكهربائية والإضاءة.

شرح معامل القدرة:

يتطلب الحمل الحثّي، مثل المحرك (motor) أو الضاغط (compressor) أو الصابورة (ballast)، أيضًا طاقة تفاعلية لتوليد واستدامة مجال مغناطيسي من أجل التشغيل. نسمّي هذه القدرة غير العاملة (kVAR)، أو (kilovolt-amperes-reactive). ويحتوي كل منزل ومكان عمل على أحمال مقاومة ومحاثّات. وتصبح النسبة بين هذين النوعين من الأحمال مهمة عند إضافة المزيد من المعدات الحثّية. والقدرة العاملة (Working power) والقدرة التفاعلية (reactive power) تشكلان القدرة الظاهرة، والتي تسمّى (kVA)، كيلو فولت أمبير (kilovolt-amperes). نحدد القدرة الظاهرة باستخدام الصيغة:

kVA2 = kV × A

لذلك، فإنّ (Power Factor (PF)) هو نسبة قدرة العمل إلى القدرة الظاهرة، أو الصيغة:

PF = kW / kVA

يفيد (PF) المرتفع كلاً من المستخدم للطاقة الكهربائية وشركة الكهرباء، بينما يشير انخفاض (PF) إلى ضعف استخدام الطاقة الكهربائية.

مثال على معامل القدرة:

مثال: تعمل عملية ختم الفولاذ على (100) كيلوواط (قدرة العمل) ويسجل عداد القدرة الظاهرة (125) كيلو فولت أمبير.

الحل: لإيجاد (PF)، قسّم (100 kW) على (125 kVA) للحصول على (PF) بنسبة (80٪). وهذا يعني أنّ (80٪) فقط من التيار الوارد يقوم بعمل مفيد و(20٪) يضيع من خلال تسخين الموصلات. ونظرًا لأنّ (Edisto Electric) يجب أن توفر كلاً من احتياجات (kW) و(kVA) لجميع العملاء، فكلما زاد (PF)، أصبح نظام التوزيع لدينا أكثر كفاءة.

تحسين معامل القدرة Improving the PF:

يمكن أن يؤدي تحسين (PF) إلى زيادة قدرة تيار الحمل إلى أقصى حد، وتحسين الجهد الكهربائي للمعدات، وتقليل فقد الطاقة، وخفض فواتير الكهرباء. إنّ أبسط طريقة لتحسين معامل القدرة هي إضافة مكثفات تصحيح (PF) إلى النظام الكهربائي. تعمل مكثفات تصحيح (PF) كمولدات للتيار التفاعلي. إنّها تساعد في تعويض القدرة غير العاملة التي تستخدمها الأحمال الحثّية، وبالتالي تحسين معامل القدرة. يتطلب التفاعل بين مكثفات (PF) والمعدات المتخصصة، مثل محركات السرعة المتغيرة، نظامًا جيدًا للتصميم.

تصحيح معامل القدرة بالمكثفات:

معامل القدرة هو العلاقة (الطور) بين التيار والجهد في أنظمة التوزيع الكهربائي للتيار المتردد. في ظل الظروف المثالية، يكون التيار والجهد “في الطور” وعامل القدرة هو (100٪). في حالة وجود أحمال حثّية “محركات”، يمكن أن يحدث معامل القدرة أقل من (100٪) (عادةً 80 إلى 90٪). كما يتسبب معامل القدرة المنخفض، من الناحية الكهربائية، وذلك في تدفق تيار أثقل في خطوط توزيع الطاقة من أجل توصيل عدد معين من الكيلوات إلى حمل كهربائي.

يمكن أن يكون نظام توزيع القدرة في المبنى أو بين المباني مثقلًا بالتيار الزائد “عديم الفائدة”. وأنظمة التوليد وتوزيع الطاقة المملوكة لشركة (Edisto Electric) تقاس سعتها بالكيلو فولت أمبير “كيلو أمبير” (KVA kilo amps):

KVA = VOLTS X AMPS X 1.73 (three phase system) / 1,000

مع معامل القدرة الموحد (100٪)، سوف يتطلب الأمر (2000) كيلو فولت أمبير من سعة شبكة التوليد والتوزيع لتوصيل (2000) كيلو وات. إذا انخفض معامل القدرة إلى (85٪)، فستكون هناك حاجة إلى (2،353) كيلو فولت أمبير من السعة. وبالتالي، نرى أنّ معامل القدرة المنخفض له تأثير ضار على قدرة التوليد والتوزيع. وانخفاض معامل القدرة الزائدة في التوليد والتوزيع والشبكات مع (KVA) الزائدة.

بنوك المكثفات Capacitor Banks:

المكثف هو جهاز تصحيح معامل القدرة الأكثر عملية واقتصادية. إنّه يحسن معامل القدرة لأنّ تأثيرات السّعة معاكسة تمامًا لتأثيرات المحاثّة. يوضح تصنيف (var of KVAR) للمكثّف مقدار القدرة التفاعلية التي سيوفرها المكثف. نظرًا لأنّ هذا النوع من القدرة التفاعلية يلغي القدرة التفاعلية الناتجة عن الحثّ، فإنّ كل “كيلوفار” من السعة يقلل من صافي الطلب على القدرة التفاعلية بنفس المقدار. ومكثف (15 KVAR)، على سبيل المثال، ويلغي (15 KVA) من القدرة التفاعلية الحثّية.

يمكن تركيب المكثّفات في أي نقطة في النظام الكهربائي وستعمل على تحسين معامل القدرة بين نقطة التطبيق ومصدر الطاقة. ومع ذلك، فإنّ معامل القدرة بين الحمل والمكثف سيبقى دون تغيير. وعادةً ما يتم إضافة المكثفات إلى كل قطعة من المعدات المخالفة، وقبل مجموعات المحركات “قبل مراكز التحكم في المحركات أو لوحات التوزيع” أو في الخدمات الرئيسية.

المكثفات المبدلة Switched Capacitors:

قد تتطلب المصانع المجهزة بأحمال حثّية كبيرة ومتقطعة، مثل المحركات الكبيرة والضواغط وما إلى ذلك، “مكثفات مبدلة”؛ أي أنّ المكثفات متصلة بمحركات فردية أو مجموعات من المحركات. لذلك، فهي تعمل فقط عند تشغيل حمل المحرك. أو، قد يتم تشغيل وإيقاف السعة في المحطة الفرعية، وذلك اعتمادًا على معامل القدرة المقاس. وميزة التبديل مطلوبة فقط إذا كانت المكثفات المطلوبة كبيرة جدًا لدرجة أنّها تسبب معامل قدرة رئيسي غير مرغوب فيه خلال الأوقات التي يتم فيها إيقاف تشغيل المحركات الكبيرة.