ما هو المفاعل الحثي Shunt Reactor؟

المفاعل الحثي هو عنصر أساسي في أنظمة الطاقة الكهربائية، يُستخدم لتنظيم الجهد واستقرار الشبكة عبر التحكم في القدرة غير الفعالة Reactive Power. يتكون المفاعل الحثي من ملفات نحاسية تُلف حول قلب مغناطيسي، مصمم لتحمل الجهود العالية والتعامل مع تيارات كبيرة دون تشبع.

أهمية المفاعل الحثي في الشبكات الكهربائية:

في خطوط النقل الطويلة، تحدث ظاهرة زيادة الجهد بسبب السعة الكهربائية التي تخزن الشحنة وتزيد من تيار الشحن Charging Current. عند انخفاض الأحمال أو غيابها، يتسبب ذلك في ارتفاع الجهد فوق المستويات الطبيعية، مما يهدد سلامة المعدات، حيث تعرف هذه الظاهرة باسم تأثير فيرانتي (وقد ناقشناها في مقال سابق عبر الرابط التالي: اكتشف ظاهرة فيرانتي المخيفة: الخطر الذي يهدد المنظومة الكهربائية. هنا يأتي دور المفاعل الحثي الذي يُنتج تيارًا حثيًا يعوض التيار السعوي ويثبت الجهد.

مكونات المفاعل الحثي:

1. الملفات الحثية Inductive Windings: تُصنع عادةً من النحاس عالي الجودة لتقليل المفاقيد.
2. القلب المغناطيسي Magnetic Core: يوفر المسار المغناطيسي لتدفق الفيض الكهرومغناطيسي.
3. العزل الكهربائي: يحمي المكونات الداخلية من الانهيار الكهربائي.
4. نظام التبريد: يستخدم لتبريد المفاعل، سواءً بالهواء أو بالزيت أو غاز SF6.

أنواع المفاعلات الحثية (Shunt Reactors):

1. المفاعل الحثي المعزول بالهواء (Air-Core Reactor):
   يعتمد على الهواء كوسط عازل، ويتميز ببساطة تصميمه وعدم احتوائه على مواد قابلة للتلف مثل الزيت. يُستخدم عادة في تطبيقات الجهود المتوسطة والمنخفضة.
2. المفاعل الحثي المعزول بالزيت (Oil-Immersed Reactor):
   يعتمد على الزيت كعازل ومبرد، مما يساعد في تحسين الأداء الحراري وتقليل التآكل. يُستخدم في شبكات الجهود العالية والمتوسطة.
3. المفاعل الحثي المعزول بالغاز (Gas-Insulated Reactor):
   يعتمد على غاز مثل SF6 كعازل، مما يتيح تصاميم مدمجة وأداء عالي في البيئات القاسية. مثالي للتطبيقات التي تتطلب كفاءة المساحة.

تطبيقات المفاعل الحثي:

1. تنظيم الجهد في شبكات النقل: يساعد على منع ارتفاع الجهد في الخطوط ذات الجهد العالي HV والجهد الفائق EHV.
2. دعم استقرار الشبكة: يُستخدم في محطات التوليد والمحطات الفرعية للتعامل مع تغيرات الأحمال.
3. تقليل مفاقيد الطاقة: يقلل من تأثيرات القدرة غير الفعالة، مما يرفع من كفاءة النظام الكهربائي.

مقارنة المفاعل الحثي مع مكثفات الشحن:

بينما تعمل المكثفات على تعويض القدرة غير الفعالة الناتجة عن الأحمال الحثية Inductive Loads، يقوم المفاعل الحثي بدور معاكس، حيث يعوض القدرة غير الفعالة الناتجة عن الأحمال السعوية Capacitive Loads. استخدامهما معًا في الشبكة يعزز من توازن القدرة ويحسن استقرار الجهد، حيث يتم تركيبهما معًا بالإضافة إلى معدات أخرى في ما يعرف بمحطات معوضات القدرة غير الفعالة الثابتة Static VAR Compensators (SVC).

محطات Static VAR Compensator (SVC):

هي أنظمة تُستخدم في شبكات الطاقة الكهربائية لتحسين استقرار الجهد وتدفق القدرة. تعمل على تعويض القدرة غير الفعالة Reactive Power باستخدام أجهزة إلكترونية ثابتة مثل الثايرستورات.

تُستخدم هذه المحطات لضبط الجهد في الشبكة بشكل سريع ودقيق، وتقليل التذبذبات الناتجة عن الأحمال المتغيرة. تُعتبر حلاً فعّالًا لتحسين كفاءة الشبكة وتقليل الفاقد في الطاقة، خاصة في المحطات الفرعية وخطوط النقل عالية الجهد.

فوائد إضافية:

• زيادة العمر الافتراضي للمعدات: يحمي المحولات والخطوط من تلف الجهد الزائد.
• المرونة التشغيلية: يمكن استخدامه في أوقات مختلفة من اليوم حسب تغييرات الحمل.
• الاقتصادية: يقلل من تكاليف الصيانة على المدى الطويل عبر تقليل الإجهاد على الشبكة.

المراجع

• IEC 60076-6: “Power Transformers – Reactors”
• ABB Shunt Reactors Technical Guide
• CIGRÉ Brochure No. 323: “Technical Analysis of Shunt Reactors in Power Systems”