ธนาคาร kondensator: تعريف، استخدامات ومزايا

بنك المكثفات هو مجموعة من عدة مكثفات بنفس التقييم المتصلة بالسلسلة أو بالتوازي لتخزين الطاقة الكهربائية في نظام الطاقة الكهربائية. المكثفات هي أجهزة يمكنها تخزين الشحنة الكهربائية عن طريق إنشاء حقل كهربائي بين لوحتين معدنيتين مفصولة بمواد عازلة. تستخدم بنوك المكثفات لأغراض مختلفة، مثل تصحيح عامل القدرة، تنظيم الجهد، التصفية التوافقية، وقمع التغيرات العابرة.

ما هو عامل القدرة؟

عامل القدرة هو قياس لكيفية استخدام نظام الطاقة الكهربائية ذات التيار المتناوب (AC) للطاقة المزودة بكفاءة. يتم تعريفه بأنه نسبة القوة الحقيقية (P) إلى القوة الظاهرة (S)، حيث أن القوة الحقيقية هي القوة التي تقوم بأداء العمل المفيد في الحمل، والقوة الظاهرة هي حاصل ضرب الجهد (V) والتيار (I) في الدائرة. يمكن أيضًا التعبير عن عامل القدرة كجيب الزاوية (θ) بين الجهد والتيار.

عامل القدرة = P/S = VI cos θ

العامل المثالي للقدرة هو 1، مما يعني أن جميع الطاقة المزودة يتم تحويلها إلى عمل مفيد، وليس هناك طاقة رد فعلية (Q) في الدائرة. الطاقة الرد فعلية هي الطاقة التي تتدفق ذهابًا وإيابًا بين المصدر والحمل بسبب وجود عناصر استقرائية أو سعتية، مثل المحركات، المحولات، المكثفات، إلخ. لا تقوم الطاقة الرد فعلية بأي عمل، ولكنها تسبب خسائر إضافية وتقلل من كفاءة النظام.

الطاقة الرد فعلية = Q = VI sin θ

يمكن أن يتراوح عامل القدرة لنظام ما من 0 إلى 1، اعتمادًا على نوع ومقدار الحمل المتصل به. يشير عامل القدرة المنخفض إلى طلب عالٍ للطاقة الرد فعلية واستخدام سيء للطاقة المزودة. يشير عامل القدرة العالي إلى طلب منخفض للطاقة الرد فعلية واستخدام أفضل للطاقة المزودة.

لماذا يعتبر تصحيح عامل القدرة مهمًا؟

تصحيح عامل القدرة هو عملية تحسين عامل القدرة لنظام بإضافة أو إزالة مصادر الطاقة الرد فعلية، مثل بنوك المكثفات أو المكثفات المتزامنة. له تصحيح عامل القدرة العديد من الفوائد لكل من الشركة والمستهلك، مثل:

• تقليل الخسائر الخطية وتحسين كفاءة النظام: يشير عامل القدرة المنخفض إلى تدفق تيار عالٍ في النظام، مما يزيد من الخسائر المقاومة (I2R) ويقلل من مستوى الجهد في نهاية الحمل. من خلال زيادة عامل القدرة، يتم تقليل تدفق التيار، وبالتالي تقليل الخسائر، مما يؤدي إلى مستوى جهد أعلى وأداء أفضل للنظام.

• زيادة سعة النظام ومعاييره: يشير عامل القدرة المنخفض إلى طلب عالٍ للطاقة الظاهرة من المصدر، مما يحد من كمية الطاقة الحقيقية التي يمكن توصيلها إلى الحمل. من خلال زيادة عامل القدرة، يتم تقليل الطلب على الطاقة الظاهرة، ويمكن تزويد المزيد من الطاقة الحقيقية للحمل، مما يؤدي إلى زيادة سعة النظام ومعاييره.

• تقليل الرسوم والعقوبات المرتبطة بالشركة: تفرض العديد من الشركات رسومًا إضافية أو عقوبات على المستهلكين الذين لديهم عامل قدرة منخفض، لأنهم يسببون المزيد من الأعباء على شبكة النقل والتوزيع ويزيدون من تكاليف التشغيل. من خلال زيادة عامل القدرة، يمكن تجنب هذه الرسوم أو تقليلها، مما يؤدي إلى فواتير كهرباء أقل للمستهلكين.

كيف يعمل بنك المكثفات؟

يعمل بنك المكثفات بتوفير أو امتصاص الطاقة الرد فعلية من النظام أو إليه، اعتمادًا على وضع الاتصال والموقع. هناك نوعان رئيسيان من بنوك المكثفات: بنوك المكثفات الموازية وبنوك المكثفات السلسلة.

بنوك المكثفات الموازية

تُربط بنوك المكثفات الموازية بالتوازي مع الحمل أو في نقاط محددة في النظام، مثل محطات التحويل أو الخطوط التغذية. توفر الطاقة الرد فعلية الموجبة (Q+) لتقليل أو إلغاء الطاقة الرد فعلية السالبة (Q-) الناتجة عن الأحمال الاستقرائية، مثل المحركات، المحولات، إلخ. هذا يحسن عامل القدرة للنظام ويقلل من الخسائر الخطية.

لدى بنوك المكثفات الموازية العديد من المزايا مقارنة بأنواع أخرى من أجهزة تعويض الطاقة الرد فعلية، مثل:

• هي بسيطة نسبيًا ورخيصة وسهلة التركيب والصيانة.

• يمكن تشغيلها أو إيقافها حسب تغير الحمل أو متطلبات النظام.

• يمكن تقسيمها إلى وحدات أصغر أو خطوات لتوفير مرونة أكبر ودقة أكبر في السيطرة على الطاقة الرد فعلية.

• يمكنها تحسين استقرار ونوعية الجهد في نهاية الحمل بتوفير دعم رديف محلي.

ومع ذلك، فإن بنوك المكثفات الموازية لها بعض العيوب أو القيود، مثل:

• قد تسبب مشاكل زيادة الجهد أو الانسجام إذا لم يتم تصميمها بشكل صحيح أو تنسيقها مع الأجهزة الأخرى في النظام.

• قد تدخل التوافقيات أو التشوهات في النظام إذا لم يتم ترشيحها أو حمايتها بشكل صحيح.

• قد تكون غير فعالة لخطوط نقل طويلة أو الأحمال الموزعة.

بنوك المكثفات السلسلة

تُربط بنوك المكثفات السلسلة بالسلسلة مع الحمل أو خط النقل، مما يقلل من الممانعة الفعالة للدائرة. توفر الطاقة الرد فعلية السالبة (Q-) لتقليل أو إلغاء الطاقة الرد فعلية الموجبة (Q+) الناتجة عن الأحمال السعتية، مثل الكابلات الطويلة، خطوط النقل، إلخ. هذا يحسن تنظيم الجهد والاستقرار للنظام.

لدى بنوك المكثفات السلسلة بعض المزايا مقارنة ببنوك المكثفات الموازية، مثل:

• يمكنها زيادة قدرة نقل الطاقة وكفاءة خطوط النقل الطويلة بتقليل الخسائر الخطية وانخفاض الجهد.

• يمكنها تقليل التيار القصير والمستوى المعيب للنظام عن طريق زيادة الممانعة في مسار العطل.

• يمكنها تحسين الاستجابة العابرة والتسكين للنظام بتقليل التردد الطبيعي والاهتزازات.

ومع ذلك، فإن بنوك المكثفات السلسلة لها بعض العيوب أو القيود، مثل:

• قد تسبب مشاكل زيادة الجهد أو الانسجام إذا لم يتم تصميمها بشكل صحيح أو حمايتها. على سبيل المثال، أثناء حالة العطل، قد يرتفع الجهد عبر المكثف حتى 15 مرة من قيمته المقننة، مما يمكن أن يضر بالمكثف أو المعدات الأخرى في النظام.

• قد تدخل التوافقيات أو التشوهات في النظام إذا لم يتم ترشيحها أو التعويض عنها بشكل صحيح.

• قد تكون غير فعالة للأحمال ذات الجهد المنخفض أو الأحمال الموزعة.

كيف يتم حساب حجم بنك المكثفات؟

يعتمد حجم بنك المكثفات على عدة عوامل، مثل:

• تحسين عامل القدرة المطلوب أو تعويض الطاقة الرد فعلية

• مستوى الجهد وتكرار النظام

• نوع وموقع بنك المكثفات (موازٍ أو سل