ما هو THDi وكيف يحدث؟

في عالمنا اليوم الذي يتزايد فيه الاعتماد على التقنيات الرقمية وإلكترونيات الطاقة، يُعد فهم معايير جودة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية، لا سيما للمهندسين والفنيين ومديري المرافق. ومن هذه المقاييس المهمة التشوه التوافقي الكلي للتيار (THDi). ولكن ما هو التشوه التوافقي الكلي للتيار (THDi) تحديدًا، وكيف يحدث في الأنظمة الكهربائية؟

ما هو THDi؟

THDi هو اختصار لـ "التشوه التوافقي الكلي للتيار"، ويقيس مدى انحراف موجة التيار عن شكلها الجيبي النقي بسبب التوافقيات. التوافقيات هي مكونات الجهد أو التيار عند ترددات تساوي مضاعفات التردد الأساسي (عادةً 50 أو 60 هرتز). ببساطة، تُشوّه التوافقيات شكل الموجة الكهربائية، ويقيس THDi هذا التشويه في التيار.

يُعبَّر عادةً عن THDi كنسبة مئوية. تشير قيمة THDi المنخفضة (مثلاً، أقل من 5%) إلى أن شكل الموجة الحالية قريب من موجة جيبية مثالية، بينما تشير قيمة THDi المرتفعة (مثلاً، أعلى من 20%) إلى أن شكل الموجة مشوه للغاية.

يمكن أن يؤدي هذا التشوه إلى مشاكل مختلفة في النظام الكهربائي، بما في ذلك ارتفاع درجة الحرارة، وانخفاض الكفاءة، وخلل في عمل المعدات، والتداخل مع الأجهزة الإلكترونية الحساسة.

كيف يحدث THDi؟

السبب الرئيسي لارتفاع THDi في الأنظمة الكهربائية هو استخدام الأحمال غير الخطية. فعلى عكس الأحمال الخطية (مثل السخانات المقاومة أو المصابيح المتوهجة) التي تسحب تيارًا جيبيًا، تسحب الأحمال غير الخطية التيار على شكل نبضات مفاجئة بدلًا من موجات سلسة، مما يُنتج توافقيات في هذه العملية.

تشمل المصادر الشائعة للأحمال غير الخطية ما يلي:
- محركات التردد المتغير (VFDs)
- أنظمة الإضاءة LED
- أجهزة الكمبيوتر والمعدات المكتبية
- أنظمة UPS
- مصادر الطاقة في وضع التبديل
- شواحن البطاريات

تُحوّل هذه الأجهزة التيار المتردد إلى تيار مستمر، أو تُنظّمه عبر تحويل عالي السرعة. يُشوّه هذا التحويل شكل الموجة ويُولّد تيارات توافقية.

تأثيرات ارتفاع THDi

يمكن أن يكون لارتفاع THDi العديد من العواقب السلبية، بما في ذلك:

1. ارتفاع درجة حرارة الكابلات والمحولات: تسبب التيارات التوافقية ارتفاعًا إضافيًا في درجة حرارة الموصلات والمحولات، مما يؤدي إلى إجهاد حراري وتقليل عمر المعدات.

2. انخفاض معامل القدرة: يمكن للتوافقيات أن تشوه شكل الموجة الحالية، مما يؤدي إلى خفض معامل القدرة الحقيقي وزيادة القدرة الظاهرية، مما قد يؤدي إلى ارتفاع فواتير الخدمات.

3. عطل في المعدات: يمكن أن تتعرض الأجهزة الإلكترونية الحساسة مثل أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وأجهزة الاستشعار وأجهزة الاتصالات لأخطاء في البيانات أو أخطاء في التشغيل في بيئات ذات THDi عالية.

4. التداخل مع أجهزة الحماية: قد لا تعمل قواطع الدائرة والصمامات بشكل صحيح إذا كان شكل الموجة مشوهًا بشكل كبير.

5. مشاكل الرنين: في بعض الحالات، يمكن أن تتردد التيارات التوافقية مع سعة النظام أو المحاثة، مما يتسبب في تضخيم الجهد وتلف المعدات المحتمل.

كيفية تقليل THDi

يتضمن تقليل THDi مزيجًا من تحسينات التصميم وتقنيات التخفيف التوافقي:

1. استخدام المرشحات السلبية: يتم ضبط المرشحات التوافقية السلبية لحجب الترددات التوافقية المحددة ومنع انتشارها.

2. مرشحات التوافقيات النشطة (AHFs): تقوم هذه الأجهزة بحقن تيارات مضادة للتوافقيات بشكل ديناميكي لإلغاء التشوه في الوقت الفعلي.

3. المحولات ذات التصنيف K: محولات خاصة مصممة للتعامل مع الأحمال التوافقية دون ارتفاع درجة الحرارة.

4. مفاعلات الخط والمخنقات: تساعد هذه المكونات على تخفيف ارتفاعات التيار وتقليل التوافقيات عند المصدر.

5. موازنة الحمل المناسبة: التأكد من توزيع الأحمال بالتساوي عبر المراحل يمكن أن يقلل من التيارات المحايدة والتوافقيات المرتبطة بها.

6. اختيار معدات ذات معدل تشوه توافقي منخفض: تم تصميم العديد من الأجهزة الحديثة الآن لتتوافق مع معايير الانبعاثات التوافقية مثل IEEE 519 أو IEC 61000-3-2.

خاتمة

يُعد فهم THDi أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة وكفاءة وموثوقية الأنظمة الكهربائية. مع استمرار اعتماد الصناعات على المزيد من الأجهزة الإلكترونية والرقمية، يتزايد وجود الأحمال غير الخطية، وبالتالي التشوه التوافقي. من خلال تحديد مصادر التوافقيات وتطبيق تقنيات التخفيف المناسبة، يمكن لمديري المنشآت والمهندسين تقليل THDi، وخفض تكاليف الطاقة، وإطالة عمر المعدات.

قد تكون التوافقيات غير مرئية، لكن آثارها على أنظمة الطاقة حقيقية وقابلة للقياس. لم يعد رصد وإدارة التوافقيات التوافقية أمرًا اختياريًا، بل هو خطوة ضرورية نحو بنى تحتية كهربائية أذكى وأنظف وأكثر مرونة.

لمزيد من المعلومات حول كيفية مساعدة أجهزة AHF وSVGs الخاصة بنا في إدارة التوافقيات وتحسين جودة الطاقة: اتصل بنا على sales@yt-electric.com .