تعد القدرة الكهربائية العنصر الأساسي الذي يشغل جميع الأجهزة الكهربائية، حيث تمثل الطاقة التي يتم استهلاكها أو تحويلها في الأنظمة الكهربائية. ومن بين أنواع القدرة المختلفة، تُعد القدرة الفعالة واحدة من أهم المفاهيم الأساسية في علم الكهرباء. فهي تمثل الطاقة التي يتم استخدامها فعليًا من قبل الأجهزة الكهربائية، سواء للإنارة أو تدوير المحركات أو لتسخين الفرن. فعلى عكس الأنواع الأخرى من القدرة الكهربائية، فإن القدرة الفعالة هي وحدها التي تؤدي عملاً حقيقياً، وهي أيضًا التي تُحتسب في فواتير الكهرباء.
وقبل الخوض في تفاصيل القدرة الفعالة فإنه من المفيد التذكير بمفهوم النظام الكهربائي ثلاثي الطور.
ما هو النظام الكهربائي ثلاثي الطور؟
يستخدم النظام ثلاثي الطور على نطاق واسع في توزيع الطاقة الكهربائية وخاصةً للمعدات الكبيرة ذات الاستهلاك العالي للطاقة مثل المصانع والمضخات. وهو يتكوّن من ثلاث توترات (جهود كهربائية) متناوبة، لها نفس التردد والقيمة ولكنها متأخرة عن بعضها البعض بزاوية 120 درجة.
لمزيد من التفاصيل، يمكنك قراءة مقالنا الشامل عن النظام الكهربائي ثلاثي الطور.
أنواع توصيلات النظام ثلاثي الطور.
- التوصيل نجمي (Y): يتكون هذا التوصيل من تلات فازات إضافة إلى سلك محايد وهذا ما يجعله مناسبا جدا للتطبيقات والمنشئات الكهربائية التي تحتاج إلى جهدين مختلفين (مثل 380V و220V). لذلك فهو شائع الاستخدام في المباني التجارية والمستشفيات.
- التوصيل مثلث (Δ): يتكون فقط من ثلاث فازات بدون محايد، لذلك فهو يُستخدم غالبًا لتشغيل المحركات الكبيرة والأحمال ذات الجهد العالي كأنظمة الضواغط الصناعية.
ما هي القدرة الفعالة؟
تستهلك المعدات الكهربائية التي تشتغل بالتيار المتناوب ثلاث أنواع من القدرة الكهربائية وهي:
- القدرة الفعالة ويرمز لها ب (P) وهي كمية الطاقة التي يتم استهلاكها وتحويلها واستخدامها فعليًا في الأجهزة الكهربائية. وتُقاس ب الواط (W). وبمعنى آخر، فهي الطاقة التي تُنتج لنا الحركة والحرارة والضوء إلى غير ذلك ... أي أنها تقوم بعمل مفيد.
- القدرة التفاعلية ويرمز لها ب (Q): هي قدرة غير فعالة حيث لا تتحول إلى عمل فعلي، ولكن ضرورية لخلق الحقول المغناطيسية في المحركات والمحولات الكهربائية وتقاس ب فولت أمبير تفاعلي (VAR).
- القدرة الظاهرة (S): مجموع القدرة الفعالة وغير الفعالة، وتُقاس ب الفولت أمبير (VA)
لمزيد من التفاصيل، يمكنك الاطلاع على مقالنا المفصل حول كيفية حساب القدرة الكهربائية في النظام ثلاثي الطور.
العلاقة بين القدرات P و Q و S.
تترابط القدرات الثلاث في نظام التوتر المتناوب بعلاقة يتم تعريفها في مثلث هندسي بسيط يسمى مثلث القوة كما هو موضح في الشكل التالي :
 |
| مثلث القدرة - القدرة الفعالة |
- العلاقة هي: S² = P² + Q²
- P: هي القدرة الفعالة (W)
- Q: هي القدرة التفاعلية (VAR)
- S: هي القدرة الظاهرة (VA)
كيفية حساب القدرة الفعالة.
- لحساب القدرة الفعالة في نظام ثلاثي الطور متوازن نستخدم صيغة الحساب التالية:
- P: القدرة الفعالة (W)
- U: التوتر بين الأطوار (V)
- I: شدة التيار (A)
- cos(φ): معامل القدرة (بين 0 و 1)
- لحساب القدرة الفعالة في نظام أحادي الطور نستخدم صيغة أبسط للحساب:
- P: القدرة الفعالة (W)
- U: التوتر بين الأطوار (V)
- I: شدة التيار (A)
- cos(φ): معامل القدرة (بين 0 و 1)
إذا كان U = 400V و I = 5A وcos(φ) = 0.8.
فإن P = 400 × 5 × 0.8 أي P ≈ 1600W
معامل القدرة Cos φ.
يمثل معامل القدرة Cos φ زاوية الانحراف الموجودة بين الجهد وشدة التيار المتناوب. ويتم حسابه على النحو التالي:
Cos φ = P/U.I = P/S
- P: هي القدرة الفعالة (W)
- U: هي الجهد (فولت)
- I: هي شدة التيار (أمبير)
- φ: هي زاوية الانحراف بالدرجات (°)
- S: القدرة الظاهرة ب الفولت أمبير (VA)
- إذا كان قريب من أو يساوي 1 فإن النظام فعال جدا، ويس هناك ضياع للطاقة.
- أما إذا كان منخفضا (أقل من 1 بكثير) فإن النظام غير فعال ويعاني من ضياع كبير للطاقة.
الخاتمة.
القدرة الفعالة هي المؤشر الحقيقي لاستهلاك الطاقة داخل أي نظام كهربائي، سواء كان أحادي الطور أو ثلاثي الطور.