اختيار مكثفات بنك تصحيح معامل القدرة لتحمل الحرارة والغبار في أجواء الخليج

تنتشر بنوك المكثفات (Capacitor Banks) في المنشآت الصناعية الخليجية لتعويض الطاقة غير الفعالة في شبكات الجهد المنخفض، والغرض الأساسي منها خفض تيارات الخط، وتحسين استقرار الجهد، وتقليل الخسائر النحاسية وتكاليف الطاقة التفاعلية. لكن بنك المكثفات في منطقة الخليج ليس مجرد عنصر سعوي بسيط؛ فهو يعمل قرب الأفران والمبادلات الحرارية حيث تلامس الحرارة المحيطة قيماً مرتفعة، أما على الساحل فيتعرض لرطوبة عالية وترسبات غبار دقيق تسد فتحات التهوية وتضعف تبريد العناصر.

الإجهاد الكهربائي والحراري على المكثف

لفهم سبب تقدّم أعطال بنوك المكثفات في المواسم الحارة، يجب النظر إلى ثلاثة إجهادات متزامنة تعمل على العنصر السعوي في آن واحد:

• الإجهاد الجهدي: جهد الشبكة الاسمي 400 فولت قد يرتفع تشغيلياً إلى ما يقارب 415 فولت، وتضيف إليه التوافقيات المتولدة من محولات التردد (VFD) قمماً إضافية تصل إلى 10% من القيمة الاسمية؛ لذلك يجب اختيار مكثف بجهد مقنن أعلى من جهد التشغيل المستمر.
• الإجهاد التياري: يمر في المكثف تيار تموج (Ripple Current) يجمع المركبة الأساسية عند 50 هرتز مع التوافقيات من الرتب 5 و7 و11؛ وإذا تجاوز مجموع هذه التيارات قيمة التيار المقنن، تولّد خسائر العزل حرارة داخلية تتراكم في قلب اللف وتُقصّر عمر العازل.
• الإجهاد الحراري: الحرارة المحيطة التي تبلغ 55 درجة مئوية في المواقع المكشوفة ترفع حرارة البقعة الساخنة إلى نطاق 65-70 درجة مئوية، وهو مستوى يسرّع شيخوخة غشاء البولي بروبيلين المعدني ويقلص العمر التشغيلي للمكثف.

وينضاف إلى ذلك إجهاد نبضي يظهر في كل مرة يُربط فيها البنك بالشبكة؛ إذ يتشكل تيار اندفاع لحظي قد يتجاوز مئة ضعف التيار المقنن عند التبديل بالكونتاكتور، مما يضعف نقاط اللحام الداخلية ويسبب اهتزازاً ميكانيكياً في الوصلات الطرفية.

المواصفات المطلوبة في العنصر السعوي

بناءً على هذه الإجهادات، يجب أن تشتمل شروط توريد مكثفات بنك التعويض على المتطلبات الآتية:

1. جهد مقنن بفارق لا يقل عن 10% فوق جهد الشبكة الاسمي؛ ففي شبكة 400 فولت يُفضَّل استخدام 440 فولت للشبكات النظيفة و480 فولت للشبكات ذات التوافقيات العالية.
2. فئة درجة حرارة تمتد من -25 إلى +55 درجة مئوية على الأقل، وفئة -40 إلى +60 درجة مئوية للخزائن المكشوفة خارج المباني.
3. عزل من البولي بروبيلين المعدني Mineal Polypropyleneبخاصية الشفاء الذاتي وخسائر عازل منخفضة بحيث لا تتجاوز قيمة tan δ مقدار 0.002 عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.
4. مقاومة تسلسلية مكافئة (ESR) منخفضة بما يكفي لخفض التسخين الذاتي المتراكم في قلب اللف.
5. حماية داخلية بفاصل ضغط (Overpressure Disconnector) يعزل العنصر فعلياً عند نهاية العمر دون انفجار العلبة.
6. وحدة تفريغ مدمجة تعيد الجهد المتبقي على الأطراف إلى أقل من 75 فولت خلال 3 دقائق من فصل القدرة.

جدول القيم الإرشادية للاختيار والفحص

التركيب والفحص في الموقع

قبل تشغيل البنك يجب قياس قيمة السعة لكل طور ومقارنتها بالقيمة الاسمية، مع اشتراط ألا يزيد الانحراف بين أي طورين عن 5%. كما يُفحص مظهر المكثفات، ويُستبعد فوراً أي غلاف منتفخ أو مشوه؛ فانتفاخ الغلاف يسبق عادة تفعيل فاصل الضغط الداخلي.

أثناء التشغيل، تؤخذ قراءة التيار في كل طور باستخدام مشبك تيار من النوع True RMS، ويُقبل فرق بنسبة أقل من 10% بين الأطوار. وتُقاس درجة حرارة هيكل المكثف بعد نوبة تشغيل كاملة؛ فإذا تجاوزت الزيادة 10-15 درجة مئوية فوق الحرارة المحيطة، فغالباً تكون التهوية غير كافية أو أن نسبة التوافقيات تتجاوز الحدود المتفق عليها مع المورد.

أما إجراءات الصيانة الوقائية في البيئة الخليجية فتشمل:

• تنظيف فتحات التهوية والمراوح من الغبار المتراكم بشكل شهري في المواقع القريبة من عمليات الحفر والكسارات.
• إحكام ربط القضبان والأطراف الطرفية بعد أول دورة حرارية كاملة (بعد نحو 50 ساعة تشغيل).
• ترك مسافة لا تقل عن 10 سنتيمترات بين سطح المكثف والسقف العلوي للخزانة لضمان حركة الهواء.
• استخدام مرشح هواء خشن وفاصل غبار في الخزانات غير المزوّدة بتبريد قسري.

عمر المكثف الكهربائي يتناقص تقريباً إلى النصف عند كل ارتفاع قدره 10 درجات مئوية في حرارة البقعة الساخنة؛ لذلك فإن تخفيض التحميل (Derating) باختيار جهد أعلى وفئة حرارة أوسع يعد وسيلة هندسية أكثر جدوى من زيادة عدد وحدات البنك.

وأخيراً، سجّل قراءات السعة ودرجة الحرارة في دفتر صيانة دوري وحدد مواعيد فحص سنوية؛ فبنك تصحيح معامل القدرة في الأجواء الخليجية يتأثر بالتوافقيات والغبار بقدر تأثير التقادم الزمني، والفحص المنتظم هو الوسيلة العملية لمنع التوقف المفاجئ والفواتير التفاعلية المرتفعة.