في الخميس أغسطس 12, 2010 3:11 pm
من طرف ممدوح عزت موسي
السلام عليكم
ملف مفيد بالعربي عن موضوع تحسين الـ Power Factor ربنا ينفع الجميع به
شكرا
لا تنسوني من تعليقاتكم
قبل دراسة الاحمال و تاثيرها على معامل القدره يجب دراسة منظومة القدره الكهربيه .
هي شبكه مكونه من مجموعة عناصر متصله و مترابطة مع بعضها و مصممه بحث تقوم بنقل الطاقه الغير كهربيه بصفه مستمره الى طاقه كهربيه ثم تقوم بنقل هذه الطاقه عبر مسافات طويله عند جهود عاليه جدا الى مواقع الاحمال حيث يتم تحويل الطاقه الكهربيه الي صور اخرى من الطاقه يمكن الاستفاده منها (الاضاءه – التسخين – التحريك).
1- الامان في التشغيل .
2- الاعتماديه .
3- اقتصاديه في تكاليف التشغيل و الصيانه.
4- غير ملوثه للبـيـئه.
1- المنظومه الفرعيه للتوليد generating subsystem
2- المنظومه الفرعيه للنفل transmission subsystem
3- المنظومه الفرعيه القديمه للنقل sub transmission sub system 4- المنظومه الفرعيه للتوزيع distribution sub system
5- المنظومه الفرعيه للاحمال usage subsystem
ليس هناك تعريف دقيق للحمل ولكن قد تم الاتفاق على ان الحمل الكهربي هو *شدة التيار المطلوب لتشغيل الاحمال او القدره الكهربيه التي يستهلكها الحمل .
*تعتبر معظم الاحمال الكهربيه اجهزه لتحويل الطاقه الكهربيه الى صور اخرى من الطاقه مثل :المحركات – السخان - الثلاجات –و غيرها
فهذه الاجهزه هي اجهزة تحويل الطاقه energy conversion devices
بما ان منظومة القدره الكهربيه تبداء باجهزة تحويل الطاقه ( المولدات ) فانها ايضا تنتهي باجهزة تحويل الطاقه وهي الاحمال الكهربيه .
نظرا للتنوع الكبـير في الاحمال فانه يمكن تقسيمها من ناحية النوع الى قسمين
1- احمال استاتيكيه static load
2- احمال ديناميكيه dynamic load
وتعرف بالاحمال الساكنه وهي تلك الاحمال التي لاتحتوي على اجزاء متحركه مثل السخانات و الدفايات الافران الكهربيه و اجهزة الاضاءه .
و تعرف بالاحمال المتحركه وهي تلك الاحمال التي تحتوي على اجزاء متحركه مثل المراوح و المحركات .
وجد ان تقسيم الاحمال من حيث النوع يعتبر تقسيما غير دقيق نظرا لوجود بعض الاحمال الاستاتيكيه و التي بها اجزاء متحركه مثل مجففات الملابس و لهذا يمكن تقسيم الاحمال من ناحية الاستخدام الى ثلاث اقسام هما
1- احمال منزليه.
2- احمال صناعيه.
3- احمال تجاريه.
هذه الاحمال عباره عن جميع الاجهزه التي تحتاج الى طاقه كهربيه لتشغيلها و يتم استخدامها في المنازل .
1- صغر حجمها .
2- تستخدم كميات صغيره من الطاقه الكهربيه.
3- تواجدها في مساحات جغرافيه شاسعة جدا.
امثلتها
الثلاجات – المراوح – المكيفات – السخانات - ...............الخ.
وهذه الاحمال هي التي تستخدم كميات كبــيره من الطاقه الكهربيه بغرض التصنيع او تشغيل العمليات ذات النطاق الواسع .
1- كبيرة الحجم .
2- تواجدها و تمركزها في اماكن محدده من منظومة القدره الكهربيه.د
3- تستهلك كميات كبـيـره من الطاقه الكهربيه .
امثلتها
المصانع و الورش الكهربيه.
وهي تقع في مكان متوسط بين كل من الاحمال المنزليه و الصناعيه من ناحية الحجم و استهلاك الطاقه الكهربيه و الانـتشار من خلال منظومة القدره الكهربيه .
1- متوسطة الحجم.
2- تستهلك كميات ليست بالصغيره من الطاقه الكهربيه.
3- تحتل مواقع عديده من منظومة القدره الكهربيه و ان كانت اقل من الاحمال الصناعيه.
امثلتها
المستشفيات - المطارات – الفنادق – مراكز التسوق...........الخ
هي حاصل ضرب الجهد في التيار (في التيار المستمر) p = V . I watt
هي حاصل ضرب الجهد في التيار في معامل القدره (في التيار المتغير)
P = V . I cos 0
حيث الجهد V التيار I معامل القدره cos 0
(فرق الجهد)
هو الشغل المبذول لنقل وحدة الشحنات الموجبه من نقطه الي اخرى
هو انسياب او تجمع الكتروني يتحرك في الموصل نتيجة مؤثر خارجي .
1- تيار مستمر DC
هو تيار الذي يمر في الموصل في اتجاه واحد بقيمه ثابته .
2- التيار المتغير
هو تيار الذي تتغير قيمته و اتجاهه مع الزمن و لا يكرر نـفسه.
4- التيار المتردد AC
هو التيار الذي تتغير قيمته مع الزمن بطر يـقه دوريه كما ان قطبيته تـتغير طبقا لتردد معين frequency
التيار المتردد افضل في النقل
1- يمكن توليد كميات كبـيره من القدره الكهر بـيه عند جهود كبـيرة القيمه .
2- صيانة المحطات الفرعيه سهله و غير مكلفه.
3- يمكن رفع قيمة الجهد و خفضه بسهوله و بكفاءه تتعدى 98% بواسطة المحولات .
1- الاعفاء من دفع غرامه لانخفاض معمال القدره.
2- تخفيض الفقد في الكابلات و الخطوط .
3- زيادة قدرة الخط عند نفس الفقد.
4- زيادة القدره المتاحه في المحولات المغزيه للشبكه.
5- تحسين جهد ةالشبكه.
بما ان الطاقه الكهربيه الي يتم توليدها و نقلها في هيئة تيار متردد
لذلك يظهر لفظ معامل القدره وهو جيب تمام الزاويه بين متجهي التيار و الجهد في دائرة التيار المتردد حيث 0 هي الزاويه بين الجهد و التيار في دائرة التيار المتردد و هذه الزاويه تختلف مع كل حمل ان كان حثيا او سعويا او ماديا .
في الاحمال الماديه يكون معامل القدره الوحده وهي بطبيعتها المقاومات Resistances
او ما يكافئها و يكون التيار التي تسحبه في توافق مرحلي مع جهد المنظومه الذي يؤخذ كمحور مرجعي عادتا .... و الذي يفترض انه ثابت القيمه و التردد و يقاس .K W
وهو الافضل حيث ان التيار الذي يسحبه الحمل من مولدات التغذيه supply generator
و بالتالي فان التيار الذي يمر في خطوط التغذيه هو اصغر تيار يكفي لتغذية هذا الحمل .
و في الاحمال الماديه نجد ان القدره الغير فعاله معدومه.
0=0 p>0 Q=0
يمكن تمثيل الدائره ذات الحمل الحثي بدائره مكونه من ملف كهربي و ترتبط كل من الجهد و التيار في الدائره بالعلاقه e= L di / dt
فاذا كان الجهد الكهربي للمصدر عباره عن موجه جيبيه فان التيار الكهربي يكون موجه جيبيه ايضاIt = Im sinWt
حيث Im هي القيمه العظمى لمنحنى التيار .
نجد ان التيار الجيـبـي المار في المـلـف الحثي ينتج عن جهد جيـبـي يسبق التيار بزاويه 90 درجه.
تسمى الكميه WL بالممانعه الحثيه inductive reactance للملف ووحدتها هي اوم و يرمز لها بالرمز XL .
في حالة التيار المستمر لا توجد ممانعه حثيه لعدم وجود تردد
نجد ان الملف يعمل على تاخير قيمة التيار بمقدار 90 درجه عن قيمة الجهد
Lagging current
ونجد ان القدره تساوي
P= V I cos 0
Q= V I sin 0
اي انه يسحب قدره غير فعاله VAR كبيره جدا ويتضح من ذلك ان التيار الكلي الذي يسحبه الحمل من المنظومه يتاثر في هذه الحاله بقيمة معمامل القدره للحمل المتاخر حيث تصغر قيمته و كلما ذادت قيمة هذا المعامل حيث يبلغ اصغر ه وافضل قيمه له بالنسبه عندما يصبح معامل القدره الواحد الصحيح وذلك افضل بالنسبه لتحميل مولدات التغذيه و خطوط التوزيع .
الاحمال السعويه هي التي تنشاء عن وجود سعه في مقومات الدائره التي يتكون منها الحمل ويطلق علي قدرة هذا النوع اسم قدره سعويه غير فعاله و تقاس بالفولت امبير الممانع var و يكون التيار متقدم عن الجهد بمقدار 90 درجه leading current
P= V I cos 0
Q= V I sin 0
كلما كانت الزاويه صغيره قريبه من الصفر يكون جيب تممامها الواحد الصحيح و اذا كبرت الزاويه حتي وصلت الى 90 درجه فان جيب تما ممها يصل الى الصفر .
تتاثر مولدات التغذيه في هذه المنظومه بالاحمال التي تسحب قدره غير فعاله و كذلك خطوط التغذيه بالتيارات الناشئه عن محصلة هذه الاحمال .
يتضح ان مركبات الاحمال الحثيه يمكن ان تتعادل مع مركبات الاحمال السعويه التى تضادها في الاتجاه بما يؤدي الى تقليل مركبة الحمل الممانع المؤثر في معامل القدره المحصله و تحسين معامل القدره تقلل قيمة تيارات التغذيه و التوزيع وهو مايعمل علي زيادة سعة الخطوط و المولدات لاستيعاب مزيد من الاحمال .
توجد معدات كهربيه تحتاج لقدره غير فعاله لتشغيلها:
1- المحركات التاثيريه : تحتاج لقدره غير فعاله للحفاظ على وجود المجال المغناطيسي الاساسي لتشغيلها و تكون القيمه المتوسطه للقدره الغير فعاله المطلوبه للمحرك غير المتزامن عباره عن كيلو فار واحد قدره غير فعاله لكل كيلو وات قدره فعاله.
2- الملفات الخانقه :و مفاتيح لمبات التفريغ حيث تحتاج 2 كيلو فار مقابل كيلو وات قدره فعاله .
3- اجهزة تقويم التيار : تحتاج 1 كيلو فار مقابل كيل وات قدره فعاله و عموما فان المحركات و الكابلات و الخطوط المحمله تحتاج لقدره غير فعاله على حسب الظروف .
نجد ان الالات و المعدات التي لها معامل قدره منخفض هي جميع انواع المحركات التاثيريه و مقومات التيار ذات القدره العليه – و محولات التوزيع و القدره – و منظمات الجهد و الملفات الخانقه – اللمبات الفلورسنت.
جميع الالات التي لها معامل قدره منخفض تستهلك قدره غير فعاله تقدر بالكيلو فار و هي عباره عن المركبه الرأسيه للقدره الظاهريه التي تقدر قيمتها بالكيلو فولت امبـير.
في الدوائر احادية الوجه p=VI COS
I = P / v cos 0
اما في ثلاثية الوجه I= P / 3 V COS 0
نجد ان الجهد و القدره الفعاله ثابتين في القيمه و ان التيار يتناسب عكسيا مع معامل القدره فكلما قل معامل القدره ذاد التيار .
1- زيادة القدره الظاهريه من المعلوم ان جميع الاجهزه الكهربيه تقنن بالقدره الظاهـر يه
نجد ان القدره الظاهريه تـتـناسب عكسيا مع معامل القدره و كلما زادت القدره الظاهريه للاله الكهربيه كلما زاد حجمها و بالتالي تزداد تكاليف انشائها او شرائها .
2- زيادة قطر الموصلات الكهربيه عند نقل و توزيع الطاقه عند قيم ثابته لكل من القدره الفعاله و الجهد نجد ان الموصلات يجب ان تحمل تيارات لها قيم تتزايد كلما قل معامل القدره و هذا يستلزم زيادة اقطار الموصلات كلما قلت قيم معاملات التيار .
3- زيادة المفاقيد النحاسيه التيارات الكبـيره عند معاملات القدره المنخفضه تسبب زيادة المفاقيد النحاسيه المعروفه بـــــــــــــــــــــ I R
في كل عناصر الدائره الكهربيه و تكون النتيجه هي ان تقل كفاءة الاله او المعده.
4-قلة تنظيم الجهد من المعروف ان التيارات الكبـيره عند معامل القدره المنخفض تسبب زيادة فقد في الجهد voltage drop المعروف بـــــــــــــــــــــــــ I R في كل الالات وهذه الزيادة في الجهد المفقود ينتج عنها ان يصبح تنظيم الجهد ضعيف voltage regulation
5- زيادة سعر الوحده المتولده من الطاقه الكهربيه عند معامل القدره المنخفض يتسبب في زيادة القدره الظاهريه المقننه و كذلك زيادة اقطار الموصلات و كذلك زيادة التكاليف الثابته و ازدياد سعر الوحده للتوليد .
1- المكثفات المتزامنه (محركات متزامنه) synchronous motors.
2- المكثفات .capacitor
ياخذ المحرك التوافقي تيار متقدم في حالة التغذيه الذائد over excision و بذلك يعمل مثل المكثف تماما . و المحرك التوافقي الذي يدور بلا حمل في حالة التغذيه الزائده تسمى
المكثف التوافقي .
عند توصيل الاله علي التوازي بالحمل الكهربي تسحب تيار متقدم الذي يعمل على تعادل المركبه الغير فعاله للتيار المتاخر للحمل و بذلك يتم تحسين معامل القدره
حيث الشكل يوضح توصيل المكثف التوافقي على التوازي مع الحمل لتحسين معامل القدره
حيث يسحب الحمل تيار متاخر شدة I L عند معامل قدره منخفض قيمته COS O L
ويسحب المكثف التوافقي تيار شدة IM ويتقدم هذا التيار على الجهد المؤثر بزاويه مقدارها o m هذه الزاويه تقترب من 90 درجه نظرا لقلة المفاقيد فى المحرك التوافقى
الذى يدور بلا حمل و يكون التيار الناتج من كل من التيارين I L - IM هو التيار I الذي يتاخر عن الجهد المؤثر بزاويه 0 و نلاحظ ان الزاويه 0 اقل من الزاويه 0l كما في الرسم الاتجاهي و بذلك يكون cos o اكبر من cos o l اي ان معامل القدره قد تم تحسينه
1- يمكن التحسين عاى خطوات نتيجة تغيير تيار التغذيه للاقطاب .
2- تخمل ملفات المحرك تيارات القصر الكبـيره .
3- يمكن اصلاح اخطاءه بسهوله .
1-تكاليف صيانته باهظه.
2- ليست ذاتية الحركه.
3- تكاليف شرائها باهظه.
4- تسبب ضوضاء في دورانها.
5- مفاقيدها كبـيره.
في الاحمال احادية الوجه يوصل المكثف بالتوازي ام في الاحمال ثلاثية الاوجه فيتم توصيل المكثفات بالتوازى أما على شكل نجمة أو دلتا
* يسحب المكثف تيار متقدم الذى يقوم بمعادلة المركبة الغير فعالة التى تؤخذ تيار الحمل مما يسبب تحسين معامل القدر
1-مفاقيدها صغيرة 2-صيانتها محدودة
3- ليس بها أجزاء دوارة 4- يمكن عزلها بسهولة
5- خفيفة الوزن
1- عمرها قصير 10:8 سنوات
2-تتعرض للتلف بسرعة أذا زاد الجهد عن القيمة المقننة
3- أصلاحها فى حالة تلفها باهظ و غير أقتصادى
يتركب المكثف capacitor من سطحين من مادة موصلة متساويتان فى المساحة يفصل بينهما مادة عازلة قد تكون الهواء و يتصل بكل من اللوحين طرف التوصيل بالدائرة عند تعرض الفراغ (المادة العازلة) لفرق جهد يسلط على المكثف بين طرفى التوصيل يؤدى لتخزين الطاقة و يعرف اللوحين فى هذه الحالة بالقطب أو الالكترود Electrode و يطلق على الفراغ الدي اليكتريكdie electric و الفراغ بين لاسطح يمكن ان يكون الهواء و كان موصل توصيل منفصل اي كهربيه وواقع غليها فرق جهد يتكون المكثف تلقائيا ويتم اختزات الطاقه كما يحدث عند مد الخطوط الهوائيه
لكن في تصنيع المكثفات تكون الماده عباره عن طبقات متعدده يكون الغرض منها منع مرور التيار الكهربي و تسمى مقدرة الماده العازله على اختزان الطاقه الكهرواستاتيكيه او ثابت العزل و ناخد في الاعتبار اجهاد العازل و يمكن حسابه بالقانون الاتي =الجهد على العزل / سمك العزل .
تحتاج المكثفات لصيانه دوريه و سهله عباره عن نظافة المكثف و احكام ربط لاطرافه علما بأن الحرارة الناتجة من عدم الربط بأحكام قد تسبب أتلاف المكثف
*يجب قبل أدخال المكثف فى الخدمة التأكد من أجراء تفريغ شحنته
ولا يتم التفريغ عن طريق عمل قصر بين طرفى المكثف حيث يتسبب هذا فى أنهيار المكثف و أنما بأستخدام مقاومة تفريغ خاصة
يجب مراعاة تفريغه من الشحنة قبل نقله لأى مكان أخر.
