ما مقدار استهلاك الطاقة بالكيلوواط الذي يمكن أن يتحمله محول كهربائي بقدرة 1000 كيلو فولت أمبير؟

يتضمن هذا السؤال أولاً مفهومًا، وهو العلاقة والفرق بين KVA و KW.

الكيلوفولت أمبير (KVA) وحدة لقياس القدرة الظاهرية، والكيلوواط (KW) وحدة لقياس القدرة الفعالة. بالإضافة إلى القدرة الظاهرية والفعالة، توجد القدرة التفاعلية، ووحدتها هي الكيلوفار (Kvar).

ما الفرق بين القدرة الفعالة والقدرة التفاعلية والقدرة الظاهرية؟

الطاقة الفعالة هي الطاقة التي تستهلكها الأجهزة الكهربائية فعلياً، أي أن الطاقة الكهربائية يتم تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة.

على سبيل المثال، فواتير الكهرباء اليومية التي يدفعها الجميع هي كهرباء فعالة؛

تعني القدرة التفاعلية أن بعض الأجهزة لا تستهلك الكهرباء فعلياً، بل هي مجرد جزء من الطاقة التي تخزن الكهرباء مؤقتاً.

على سبيل المثال، إذا كان هناك مكثف/ملف في جهاز كهربائي، فعند تشغيل الجهاز، يكون المكثف/الملف دائمًا في حالة شحن وتفريغ. ولأن المكثف/الملف قد شُحن وفُرّغ، فإنه لا يستهلك الكهرباء فعليًا، ولذلك يُطلق على هذا الجزء من الطاقة اسم الطاقة التفاعلية.

تشير القدرة الظاهرية إلى إجمالي القدرة التي يوفرها مصدر الطاقة.

إضافةً إلى تزويد المعدات الكهربائية بالطاقة الفعالة، يحتاج مصدر الطاقة (ويُقصد به عادةً المحول أو المولد) إلى توفير الطاقة غير الفعالة أيضًا. والسبب بسيط للغاية، فمع أن المكثف في المعدات الكهربائية لا يستهلك الطاقة، إلا أنه يشحن ويفرغ باستمرار، لذا فهو يشغل جزءًا من سعة مصدر الطاقة.

بعد توضيح هذه النقاط، دعونا ننظر إلى العلاقة بينها، والتي ستتناول مفهومًا آخر هو عامل القدرة. يعتمد مقدار الطاقة الفعالة التي يمكن أن يوفرها مصدر الطاقة على عامل القدرة.

【عامل القدرة】

يشير عامل القدرة إلى نسبة القدرة الفعالة إلى القدرة الظاهرية، ويعبر عنه عمومًا بـ cosφ.

على سبيل المثال، يمكن لمحول 1000 كيلو فولت أمبير أن ينتج 600 كيلو واط من الطاقة الفعالة عندما يكون عامل القدرة cosφ=0.6؛ ولكن عندما يكون عامل القدرة cosφ=0.9، فإنه يمكن أن ينتج 900 كيلو واط من الطاقة الفعالة.

إذا كان سعر كيلوواط/ساعة من الكهرباء يوانًا واحدًا، فعندما يكون معامل القدرة 0.6، يمكن للمحول أن يحقق عائدًا اقتصاديًا قدره 600 يوان/ساعة؛ وعندما يصل معامل القدرة إلى 0.9، يمكن للمحول أن يحقق عائدًا اقتصاديًا قدره 900 يوان/ساعة. في الواقع، إن دور توفير معامل القدرة يتجاوز هذه البساطة بكثير، فهناك جوانب أخرى عديدة، لذا لن أتطرق إليها هنا.

【تحليل هذا الموضوع】

مع الأسس المذكورة أعلاه، يصبح من السهل شرح هذا الموضوع.

وحدة قياس سعة المحول هي كيلو فولت أمبير (KVA)، ووحدة قياس قدرة المعدات الكهربائية هي كيلو واط (KW). لا يمكن تحميل خرج طاقة 1000 كيلو واط بكامل طاقته إلا عندما يكون معامل القدرة 1، وهو أمر شبه مستحيل في التطبيقات العملية.

عند تصميم المحولات، من الضروري ترك هامش أمان، يُحسب عادةً بناءً على نسبة امتثال تبلغ 90%، وهي نسبة أكثر اقتصادية ومنطقية، أي 1000 × 0.9 = 900 كيلو فولت أمبير. إذا قمنا بتعويض معامل القدرة إلى 0.95 أو أعلى من خلال تعويض القدرة، فإن المحول سيُخرج قدرة فعالة تبلغ 900 × 0.95 = 855 كيلو واط.

ملاحظة: تشترط شركة الكهرباء أن يكون معامل القدرة أعلى من 0.9، وإلا ستكون هناك غرامات؛ ولكن لا يمكن أن يتجاوز معامل القدرة 1، وإلا سيزداد جهد النظام ويؤثر على التشغيل الطبيعي للنظام.

يشير العنوان إلى أن محولًا كهربائيًا بقدرة 1000 كيلو فولت أمبير كان يزود في الأصل معدات كهربائية بقدرة 200 كيلو واط بالطاقة، ثم أُضيفت إليه معدات كهربائية أخرى بقدرة 600 كيلو واط. وبذلك، بلغت القدرة الفعالة الإجمالية للمعدات الكهربائية 800 كيلو واط، وهي لا تزال ضمن النطاق المحسوب.

لذلك، كان محول الطاقة ذو قدرة 1000 كيلو فولت أمبير يزود في الأصل المعدات الكهربائية بقدرة 200 كيلو واط بالطاقة، والآن تمت إضافة معدات كهربائية بقدرة 600 كيلو واط. وطالما استطعنا رفع معامل القدرة إلى القيمة المطلوبة، فسيعمل المحول بأمان لفترة طويلة.