«شبكة كولا»
الاثنين - 03 يوليو 2023
Mon - 03 Jul 2023
كنت طالبا ذات يوم في أمريكا.. بدأ يتحدث الدكتور عن البيرة وتكوينها؛ حيث تتكون من البيرة السائلة والرغوة فوقها. لم أعرف ما فائدة الحديث عن البيرة في محاضرات هندسة كهربائية، هل يريد أن يستفزني لأني مسلم أم أن هذا الدكتور قد فقد عقله واستسلم لنزواته.
في الحقيقة لا هذا ولا ذاك، بعد أن انتهى من وصف البيرة كي يكون الجميع على علم بشكلها الخارجي، شبه هذه البيرة بشبكة الكهرباء.
قال حينها «إن الطاقة الكهربائية مكونة من جزأين: الأول يسمى الطاقة الحقيقية أو الفاعلة Active power، والثاني الطاقة غير الفاعلة أو الخيالية Reactive power.
في الحقيقة أرغب أن أجعل المثال على المشروبات الغازية؛ لأنه سيفي بنفس الغرض. المشروب الغازي مكون من المشروب السائل ومكون أيضا من الغازات فوق المشروب الغازي.
حين نسكب المشروب الغازي في كوب نصل إلى حد لا يمكننا الزيادة في السكب؛ لأن الغازات قد وصلت إلى سعة الكوب. طبعا نعرف اأن هذا الجزء الغازي لا فائدة منه وأحيانا ننتظر إلى أن يزول كي نسكب المزيد من المشروب».
حال شبكة الكهرباء مشابه فعلا؛ حيث إنه من الناحية الكهربائية، الطاقة غير الفعالة موجودة في خطوط النقل مع الطاقة الفعالة حتى نصل إلى الحد الأعلى من سعة تلك الخطوط.
إن الطاقة غير الفعالة هي بطبيعتها خاصة من حيث إنها تتدفق ذهابا وإيابا بين المصدر والحمل، وذلك ناتج عن المحثات والمكثفات التي تخزن الطاقة الكهربائية ثم تعيدها إلى النظام.
توجد المحثات في المحركات والمحولات والأجهزة الأخرى التي تستخدم المجالات المغناطيسية. عندما يتدفق التيار عبر محث فإنه يخلق مجالا مغناطيسيا، وعندما يتوقف التيار عن التدفق، ينهار المجال المغناطيسي ويخلق جهدا يتدفق في الاتجاه المعاكس.
هذا الجهد المتدفق للخلف هو طاقة غير فعالة.
توجد المكثفات في مصادر الطاقة ومصابيح الفلورسنت والأجهزة الأخرى التي تستخدم المجالات الكهربائية. عندما يتم تطبيق الجهد على مكثف فإنه يخزن شحنة كهربائية، وعند إزالة الجهد يقوم المكثف بتفريغه، مما ينتج عنه تيار يتدفق في الاتجاه المعاكس.
هذا التيار المتدفق للخلف هو طاقة غير فعالة أيضا.
كما شبهنا الطاقة غير الفعالة بالغازات في المشروبات الغازية بأنها عديمة الفائدة، فالطاقة غير الفعالة لا تقوم بأي عمل في حد ذاتها، ولكنها ضرورية للحفاظ على الجهد والتيار في نظام كهربائي.
بدون الطاقة غير الفعالة لن تتمكن المحركات من البدء والعمل بسلاسة، ولن تتمكن خطوط الطاقة من نقل الكهرباء بكفاءة.
يعتبر تشبيه القوة التفاعلية مع فقاعات المشروبات الغازية طريقة مفيدة لفهم أهميتها. لا تقوم الفقاعات بأي عمل بنفسها، لكنها ضرورية لجعل الصودا تشعر بالانتعاش.
وبالمثل، لا تقوم الطاقة غير الفعالة بأي عمل بحد ذاتها، ولكن من الضروري جعل النظام الكهربائي يشعر بالسلاسة والفعالية.
نستطيع التحكم بهذه الطاقة غير الفعالة بعدة أشكال، واحدة من أشهر وأقدم تلك الطرق هو استخدام بنوك المكثفات.
بنوك المكثفات، أو capacitor banks، تعتبر جزءا مهما من شبكات الكهرباء لعدة أسباب وتقدم عدة فوائد، بعض الفوائد الرئيسة لبنوك المكثفات في شبكة الكهرباء:
1 - تحسين عامل القدرة (Power Factor Improvement): عامل القدرة هو نسبة الطاقة الفعالة إلى الطاقة الكلية المرسلة في الشبكة، وعندما يكون عامل القدرة منخفضا، ينتج عنه فقد في الطاقة وتكبد للخسائر. باستخدام بنوك المكثفات، يمكن تعديل عامل القدرة وتحسينه إلى مستويات مقبولة، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة استخدام الطاقة وتقليل الخسائر.
2 - تقليل تيار الحمل الزائد (Load Current Reduction): بنوك المكثفات تساعد في تقليل تيار الحمل الزائد على المحولات والكابلات والمعدات الأخرى في الشبكة، عندما يكون هناك تيار حمل زائد، يمكن أن يتسبب في زيادة الخسائر وتلف المعدات. باستخدام بنوك المكثفات، يتم تعويض التيار الزائد وتقليله، مما يسهم في تحسين أداء واستقرار الشبكة.
3 - تحسين جودة الجهد (Voltage Quality Improvement): قد يحدث هبوط في الجهد أو تذبذبات في الجهد نتيجة لتغيرات في الحمل أو التشويش الكهرومغناطيسي، وبنوك المكثفات تسهم في تحسين جودة الجهد في الشبكة.
في الفترة الحالية بدأنا في إدخال تقنيات جديدة لعمل وظيفة بنوك المكثفات لكنها لا زالت ليست بتلك الجدوى الاقتصادية المطلوبة، لذلك مازال التحسين مستمر حتى نصل لدرجة تحكم أعلى وأسرع وبأعراض جانبية أقل.
HUSSAINBASSI @
في الحقيقة لا هذا ولا ذاك، بعد أن انتهى من وصف البيرة كي يكون الجميع على علم بشكلها الخارجي، شبه هذه البيرة بشبكة الكهرباء.
قال حينها «إن الطاقة الكهربائية مكونة من جزأين: الأول يسمى الطاقة الحقيقية أو الفاعلة Active power، والثاني الطاقة غير الفاعلة أو الخيالية Reactive power.
في الحقيقة أرغب أن أجعل المثال على المشروبات الغازية؛ لأنه سيفي بنفس الغرض. المشروب الغازي مكون من المشروب السائل ومكون أيضا من الغازات فوق المشروب الغازي.
حين نسكب المشروب الغازي في كوب نصل إلى حد لا يمكننا الزيادة في السكب؛ لأن الغازات قد وصلت إلى سعة الكوب. طبعا نعرف اأن هذا الجزء الغازي لا فائدة منه وأحيانا ننتظر إلى أن يزول كي نسكب المزيد من المشروب».
حال شبكة الكهرباء مشابه فعلا؛ حيث إنه من الناحية الكهربائية، الطاقة غير الفعالة موجودة في خطوط النقل مع الطاقة الفعالة حتى نصل إلى الحد الأعلى من سعة تلك الخطوط.
إن الطاقة غير الفعالة هي بطبيعتها خاصة من حيث إنها تتدفق ذهابا وإيابا بين المصدر والحمل، وذلك ناتج عن المحثات والمكثفات التي تخزن الطاقة الكهربائية ثم تعيدها إلى النظام.
توجد المحثات في المحركات والمحولات والأجهزة الأخرى التي تستخدم المجالات المغناطيسية. عندما يتدفق التيار عبر محث فإنه يخلق مجالا مغناطيسيا، وعندما يتوقف التيار عن التدفق، ينهار المجال المغناطيسي ويخلق جهدا يتدفق في الاتجاه المعاكس.
هذا الجهد المتدفق للخلف هو طاقة غير فعالة.
توجد المكثفات في مصادر الطاقة ومصابيح الفلورسنت والأجهزة الأخرى التي تستخدم المجالات الكهربائية. عندما يتم تطبيق الجهد على مكثف فإنه يخزن شحنة كهربائية، وعند إزالة الجهد يقوم المكثف بتفريغه، مما ينتج عنه تيار يتدفق في الاتجاه المعاكس.
هذا التيار المتدفق للخلف هو طاقة غير فعالة أيضا.
كما شبهنا الطاقة غير الفعالة بالغازات في المشروبات الغازية بأنها عديمة الفائدة، فالطاقة غير الفعالة لا تقوم بأي عمل في حد ذاتها، ولكنها ضرورية للحفاظ على الجهد والتيار في نظام كهربائي.
بدون الطاقة غير الفعالة لن تتمكن المحركات من البدء والعمل بسلاسة، ولن تتمكن خطوط الطاقة من نقل الكهرباء بكفاءة.
يعتبر تشبيه القوة التفاعلية مع فقاعات المشروبات الغازية طريقة مفيدة لفهم أهميتها. لا تقوم الفقاعات بأي عمل بنفسها، لكنها ضرورية لجعل الصودا تشعر بالانتعاش.
وبالمثل، لا تقوم الطاقة غير الفعالة بأي عمل بحد ذاتها، ولكن من الضروري جعل النظام الكهربائي يشعر بالسلاسة والفعالية.
نستطيع التحكم بهذه الطاقة غير الفعالة بعدة أشكال، واحدة من أشهر وأقدم تلك الطرق هو استخدام بنوك المكثفات.
بنوك المكثفات، أو capacitor banks، تعتبر جزءا مهما من شبكات الكهرباء لعدة أسباب وتقدم عدة فوائد، بعض الفوائد الرئيسة لبنوك المكثفات في شبكة الكهرباء:
1 - تحسين عامل القدرة (Power Factor Improvement): عامل القدرة هو نسبة الطاقة الفعالة إلى الطاقة الكلية المرسلة في الشبكة، وعندما يكون عامل القدرة منخفضا، ينتج عنه فقد في الطاقة وتكبد للخسائر. باستخدام بنوك المكثفات، يمكن تعديل عامل القدرة وتحسينه إلى مستويات مقبولة، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة استخدام الطاقة وتقليل الخسائر.
2 - تقليل تيار الحمل الزائد (Load Current Reduction): بنوك المكثفات تساعد في تقليل تيار الحمل الزائد على المحولات والكابلات والمعدات الأخرى في الشبكة، عندما يكون هناك تيار حمل زائد، يمكن أن يتسبب في زيادة الخسائر وتلف المعدات. باستخدام بنوك المكثفات، يتم تعويض التيار الزائد وتقليله، مما يسهم في تحسين أداء واستقرار الشبكة.
3 - تحسين جودة الجهد (Voltage Quality Improvement): قد يحدث هبوط في الجهد أو تذبذبات في الجهد نتيجة لتغيرات في الحمل أو التشويش الكهرومغناطيسي، وبنوك المكثفات تسهم في تحسين جودة الجهد في الشبكة.
في الفترة الحالية بدأنا في إدخال تقنيات جديدة لعمل وظيفة بنوك المكثفات لكنها لا زالت ليست بتلك الجدوى الاقتصادية المطلوبة، لذلك مازال التحسين مستمر حتى نصل لدرجة تحكم أعلى وأسرع وبأعراض جانبية أقل.
HUSSAINBASSI @
