المرشحات الفعالة (Active Harmonic Filters) هي أجهزة إلكترونية متقدمة تُستخدم لمعالجة التوافقيات في الشبكات الكهربائية. تعتمد هذه المرشحات على استخدام تقنيات إلكترونية ذكية لتحديد التوافقيات الموجودة في النظام ثم توليد إشارات معاكسة لها بحيث يتم القضاء عليها أو تقليل تأثيرها بشكل كبير. هذه التقنية تعتبر حلاً فعالاً لتحسين جودة الطاقة وتقليل الأضرار الناتجة عن التوافقيات التي تؤثر على تشغيل الأجهزة الكهربائية.
مبدأ عمل المرشحات الفعالة:
- تحليل التوافقيات:
- يقوم المرشح الفعال بمراقبة شبكة الكهرباء باستخدام أجهزة قياس متطورة أو محولات قياس.
- يتم تحديد الترددات والسعات الخاصة بالتوافقيات (Harmonics) التي تسبب مشاكل في الشبكة.
- توليد توافقيات معاكسة:
- بعد اكتشاف التوافقيات، يقوم المرشح الفعال بتوليد تيارات بترددات وسعات معاكسة تمامًا للتوافقيات المكتشفة.
- حقن هذه الإشارات المعاكسة في الشبكة بشكل دقيق يعمل على إلغاء أو تقليص التوافقيات الأصلية. هذا يحدث بسبب الظاهرة الفيزيائية للتداخل المدمر (Destructive Interference)، حيث يتفاعل التيار المعاكس مع التوافقيات بحيث يتم إلغاء بعضها البعض أو تقليص تأثيراتها.
- المحصلة النهائية:
- الهدف من استخدام المرشح الفعال هو أن تصبح المحصلة النهائية لتوافقيات الشبكة صفرًا أو قريبًا من الصفر. هذا يساهم في تحسين جودة الطاقة وحماية الأجهزة الكهربائية من التأثيرات السلبية للتوافقيات.
مزايا المرشحات الفعالة:
- القدرة على معالجة التوافقيات بشكل ديناميكي: المرشحات الفعالة قادرة على التعامل مع التوافقيات المتغيرة التي يمكن أن تتغير بمرور الوقت حسب الحمل أو التغيرات في النظام الكهربائي.
- المرونة في العمل: يمكن للمرشح الفعال التعامل مع مجموعة واسعة من الترددات المختلفة، سواء كانت توافقيات من الدرجة الأولى أو توافقيات أعلى.
- تحسين جودة الطاقة: تقلل هذه المرشحات من تأثير التوافقيات على الأداء العام للشبكة والأجهزة الكهربائية.
- التقليل من الأعطال وتلف الأجهزة: من خلال تقليل التوافقيات، يتم تقليل الأعطال في الأجهزة الكهربائية التي يمكن أن تنجم عن التداخل الكهربائي.
- حماية الأجهزة الكهربائية من التلف: التوافقيات يمكن أن تؤدي إلى تسخين مكونات الأجهزة، مما يسبب تلفًا أو عمرًا افتراضيًا أقصر. باستخدام المرشحات الفعالة، يمكن تحسين عمر الأجهزة بشكل ملحوظ.
مثال عن استخدام المرشح الفعال:
في عام 2011، تم تركيب مرشحات فعالة في أكبر مطبعة في هولندا، وهي المطبعة الثانية الأكبر في أمستردام. يعمل في هذه المطبعة 170 شخصًا، وتنتج ست صحف يومية والعديد من الصحف والمجلات المحلية، حيث يتم طباعة ما يصل إلى مليون ورقة يوميًا دون توقف تقريبا.
التحدي الذي واجهته المطبعة كان مرتبطًا بـ رداءة جودة الطاقة التي أثرت على العديد من الأجهزة، بما في ذلك أنظمة الإضاءة وأجهزة الطباعة. بسبب التوافقيات العالية في الشبكة، كان عمر أجهزة الإضاءة ينخفض بشكل كبير من 5 سنوات إلى 6 أشهر، مما دفع الشركة إلى تخصيص موظف واحد للعمل 2-3 أيام في الأسبوع لصيانة هذه الأجهزة.
إضافة إلى ذلك، كانت أجهزة الطباعة تعاني من أعطال متكررة أدت إلى خسائر تقدر بـ 300 ألف يورو نتيجة توقف الإنتاج.
الحل باستخدام المرشحات الفعالة:
بعد إجراء دراسة شاملة باستخدام محللات قدرة متطورة، تبين أن السبب الرئيسي للمشاكل هو ارتفاع نسبة التوافقيات في الشبكة. بناءً على هذا، تم تركيب ستة مرشحات فعالة بتيار إجمالي قدره 1800 أمبير لتحسين جودة التغذية الكهربائية وتقليل التوافقيات.
بعد تركيب هذه المرشحات الفعالة، اختفت جميع المشاكل السابقة، بما في ذلك أعطال الأجهزة وتحسين عمرها الافتراضي، مما أدى إلى تحسين الكفاءة التشغيلية للمطبعة.
الاستنتاج:
المرشحات الفعالة تعد حلاً ممتازًا في معالجة التوافقيات وتحسين جودة الطاقة في الشبكات الكهربائية. من خلال توليد إشارات معاكسة للتوافقيات، يمكن تقليل تأثيرها بشكل كبير وحماية الأجهزة الكهربائية من الأضرار المحتملة. المثال المذكور عن المطبعة الهولندية يُظهر بوضوح كيف يمكن لهذه التقنية أن تؤدي إلى تحسين كفاءة الإنتاج وتقليل الخسائر الاقتصادية الناجمة عن الأعطال الكهربائية، مما يساهم في تحقيق توفير كبير في التكاليف.
