تعد الطاقة التفاعلية مفهومًا أساسيًا داخل الشبكات الكهربائية وغالبًا ما تمر دون أن يلاحظها أحد، ولكن يمكن أن يكون لها تأثير كبير على كفاءة الطاقة وفاتورة الكهرباء للعديد من الشركات. على الرغم من أن الطاقة التفاعلية لا يتم تحويلها إلى عمل مفيد، إلا أن إدارتها الصحيحة أمر بالغ الأهمية لتجنب التكاليف الإضافية وتحسين استخدام الشبكة الكهربائية.
خلال هذه المقالة، سوف نتعمق في ماهية الطاقة التفاعلية، وكيفية قياسها، وما هي تأثيراتها على التركيبات الكهربائية، وما هي التدابير التي يمكن اتخاذها لتجنب المشاكل التي تسببها. بالإضافة إلى ذلك، سوف نستكشف المفاهيم ذات الصلة مثل عامل الطاقة والطاقة التفاعلية الحثية والسعوية، وسنقدم أمثلة ملموسة لكيفية تقليل تأثير الطاقة التفاعلية على شبكتك الكهربائية. دعنا نذهب إلى هناك!
ما هي القوة التفاعلية؟
La قوة رد الفعل وهي أحد أشكال الطاقة التي تنتقل عبر الشبكات الكهربائية ولكنها لا تتحول مباشرة إلى عمل مفيد كما تفعل الكهرباء. الطاقة النشطة. بدلاً من أن تستهلكها المعدات، تتأرجح الطاقة التفاعلية بين المصدر والأحمال بسبب تأثيرات الملفات والمكثفات في المعدات الكهربائية. هذا النوع من الطاقة ضروري لتشغيل الأجهزة مثل المحركات أو المحولات أو معدات الإضاءة.
في دائرة التيار المتردد (AC)، يتم توليد الطاقة التفاعلية بسبب اختلاف الطور بين التيار الكهربائي والجهد. من الناحية المثالية، يجب أن يكون الجهد والتيار في الطور، مما يسمح لجميع الطاقة المتداولة بأن تكون نشطة وقابلة للاستخدام بالكامل. ومع ذلك، نظرًا لطبيعة العديد من المعدات، فإن موجات التيار والجهد تكون خارج الطور، وبالتالي توليد طاقة تفاعلية.
وحدة قياس القدرة التفاعلية هي فولت أمبير التفاعلي (VAr)، ويمكن حساب هذه القدرة باستخدام الصيغة:
القدرة التفاعلية (Q) = V * I * sinϕ، حيث ϕ هي زاوية الطور بين الجهد والتيار.
الفرق بين القوة النشطة والقوة التفاعلية
La الطاقة النشطة وهو ما يُستهلك ويقوم بأعمال مفيدة، مثل تشغيل آلة أو إضاءة مصباح كهربائي. يتم قياسها بالواط (W) وهي الطاقة التي نستخدمها فعليًا والتي تنعكس في فاتورة الكهرباء لدينا.
ومن ناحية أخرى، فإن الطاقة التفاعلية لا تولد عملاً مفيداً، ولكنها ضرورية للحفاظ على تشغيل بعض الأجهزة الكهربائية. وعلى الرغم من عدم استهلاكها بشكل مباشر، إلا أنها لها تأثير على النظام الكهربائي، حيث أنها تشغل مساحة في شبكات النقل وتؤثر على قدرة نقل الطاقة النشطة.
كلتا السلطتين مرتبطتان بـ قوة ظاهرة، وهو مزيج من القوة النشطة والمتفاعلة. هذا هو المجموع المتجه لكليهما ويتم قياسه بالفولت أمبير (VA). الصيغة التي تربطهم هي:
(القوة الظاهرة)² = (القوة النشطة)² + (القوة التفاعلية)²
يتيح لنا مثلث الطاقة فهم كيفية تحسين الاستهلاك الكهربائي: كلما انخفضت الطاقة التفاعلية، زاد جزء الطاقة النشطة المفيدة التي يمكننا استخدامها.
عامل الطاقة وجيب التمام فاي
El عامل القوى، المعروف أيضًا باسم cosine phi (cos φ)، هي النسبة بين القدرة النشطة والقدرة الظاهرة. يعكس عامل الطاقة مدى كفاءة التثبيت في استخدام الشبكة الكهربائية. إذا كان عامل الطاقة 1، يكون الجهد والتيار متزامنين تمامًا، ولا توجد طاقة تفاعلية. ومن الناحية العملية، تكون هذه القيمة عادةً أقل، مثل 0,85 أو 0,9، اعتمادًا على التثبيت.
إذا كان جيب التمام فاي إذا كان أقل من 0,85، فقد تكون هناك مشاكل في التيار الزائد، وانخفاض في الجهد، وفاقد إضافي في النقل الكهربائي، مما يؤثر سلبًا على أداء الطاقة. وفي كثير من الحالات، يفرض مشغلو الشبكات العقوبات للمستهلكين الكبار مع عامل الطاقة المنخفض.
أنواع القوة التفاعلية
يمكن تقسيم الطاقة التفاعلية إلى نوعين رئيسيين:
- الطاقة التفاعلية الاستقرائية: يتم توليده في المعدات التي تخلق مجالات مغناطيسية، مثل المحركات الكهربائية والمحولات والمغناطيسات الكهربائية. في هذه الحالة، التيار يتخلف عن الجهد.
- الطاقة التفاعلية بالسعة: ويتم توليده في مكونات مثل المكثفات وبعض أنواع الإضاءة الحديثة (أنابيب الفلورسنت ومصابيح LED). هنا، التيار يقود الجهد.
للحفاظ على عامل القوى في المستويات المثلى، يتم توظيف العديد من المنشآت الصناعية بطاريات مكثف، والتي تعوض تحول الطور الناجم عن القوة التفاعلية الاستقرائية.
تأثير الطاقة التفاعلية على فواتير الكهرباء
واحدة من أكثر العواقب المباشرة لوجود عامل طاقة منخفض والكثير من الطاقة التفاعلية في التركيب الخاص بك هي زيادة التكاليف الكهربائية. تتأثر العديد من الشركات العقوبات التي يفرضها مشغلو الشبكة، خاصة عندما ينخفض معامل القدرة إلى أقل من 0,85.
على سبيل المثال، في إسبانيا، المستهلكين الكبار مع طاقة متعاقد عليها أكبر من 15 كيلوواط، يجب عليهم إيلاء اهتمام خاص لهذا الجانب، حيث أنهم يواجهون تكاليف إضافية لكل كيلو فولت أمبير متفاعل (kVAR) مستهلك إذا كانت الطاقة التفاعلية عالية جدًا.
ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن العديد من هذه الرسوم الإضافية تحدث في الليل، عندما تميل الشركات إلى أن يكون نشاطها أقل، وبالتالي استهلاك طاقة أقل نشاطًا. وهذا يمكن أن يتسبب في زيادة نسبة الطاقة التفاعلية بشكل ملحوظ خلال هذه الفترة.
كيفية تقليل الطاقة التفاعلية
يعد تقليل الطاقة التفاعلية أمرًا ضروريًا لتحسين كفاءة استخدام الطاقة في التركيبات الخاصة بك وتجنب التكاليف غير الضرورية. تشمل التدابير الأكثر شيوعًا ما يلي:
- تركيب بنوك المكثفات: الحل الأكثر شيوعًا للتعويض عن الطاقة التفاعلية الحثية هو تركيب بنك مكثف، وهو جهاز يولد طاقة تفاعلية سعوية لموازنة فرق الطور الناتج عن المعدات ذات الملفات.
- مولدات تقنية VAR: تقوم هذه الأجهزة بحقن تيار تفاعلي في الشبكة للحفاظ على التحكم في تحول الطور. يمكنهم التعويض عن كل من القوة التفاعلية الاستقرائية والسعوية.
- الصيانة السليمة للمعدات: تعد الصيانة الجيدة للمعدات الكهربائية أمرًا ضروريًا لتجنب توليد طاقة تفاعلية غير مرغوب فيها. يمكن لبعض الأجهزة، مثل المحركات سيئة الضبط أو أنظمة الإضاءة الفلورية، توليد طاقة تفاعلية أكثر من اللازم.
الأجهزة التي تولد الطاقة التفاعلية
معظم الأجهزة التي تولد طاقة تفاعلية هي تلك التي تستخدم الملفات الكهرومغناطيسية أو المكثفات. من بين الأكثر شيوعا نجد:
- المحركات والضواغط، مثل تلك الموجودة في الثلاجات والمجمدات وأنظمة تكييف الهواء.
- الإضاءة مع مصابيح الفلورسنت أو LED، وخاصة كبار السن.
- المحولات والمغناطيسات الكهربائية المستخدمة في الآلات الصناعية والأجهزة المنزلية.
من المهم أن ندرك أنه حتى المعدات اليومية في المنزل، مثل أجهزة الكمبيوتر أو بعض الأجهزة، يمكن أن تولد كميات صغيرة من الطاقة التفاعلية، على الرغم من أن الشركات الكبيرة بشكل عام هي التي تواجه أكبر المشكلات بسبب استهلاكها العالي.
مع تطور التكنولوجيا، نجد المزيد والمزيد من الأجهزة التي تساعد في التعويض عنها بدلاً من توليد الطاقة التفاعلية. على سبيل المثال، تم تصميم بعض أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) الحديثة بتعويض مدمج لمنع التأخير.
قياس الطاقة التفاعلية
لا يوجد جهاز مادي يقيس القدرة التفاعلية بشكل مباشر في التركيبات الكهربائية. وبدلا من ذلك، يتم استخدام صيغة رياضية تأخذ في الاعتبار التوتر والكثافة وفرق الطور بين كلا المتغيرين. ال محللي الشبكات الكهربائية وهي أدوات تسمح بتسجيل هذه القيم وحساب قوة التفاعل.
علاوة على ذلك، في العديد من المناطق، تقوم شركات التوزيع بقياس هذه القيم على فترات زمنية منتظمة من أجل حساب الغرامات المقابلة على فواتير الكهرباء، عندما يتجاوز استهلاك الطاقة التفاعلية حدود معينة.
فوائد تقليل الطاقة التفاعلية
إن تقليل الطاقة التفاعلية له مزايا متعددة، اقتصادية وتشغيلية. فيما بينها:
- التوفير في فاتورة الكهرباء: ومن خلال تقليل كمية الطاقة التفاعلية، يتم تجنب العقوبات المتعلقة بعامل الطاقة المنخفض.
- العمر الإنتاجي الأطول للمعدات: انخفاض الطاقة التفاعلية يعني تقليل الحمل الزائد في المرافق، مما يقلل من خطر الأعطال.
- تحسين سعة الشبكة: ومن خلال تقليل الطاقة التفاعلية، يتم تحرير القدرة على الشبكة لحمل المزيد من الطاقة النشطة، مما يعني إمكانية زيادة الإنتاج دون الحاجة إلى زيادة البنية التحتية الكهربائية.
ولذلك، فإن الحفاظ على التحكم الجيد في الطاقة التفاعلية لا يساعد فقط على تجنب التكاليف غير الضرورية، ولكنه يعزز أيضًا الكفاءة التشغيلية الشاملة لمنشأتك.