Energie reactiva

Energie reactiva

O masina sau dispozitiv inductiv (adica electromagnetic), alimentat in curent alternativ, transforma energia electrica de la sistemul de alimentare in lucru mecanic si caldura.

Aceasta energie este denumita energie activa si este masurata cu contorul in kWh.

Pentru a realiza conversia de mai sus (energie activa energie mecanica, termica) se produc campuri magnetice, carora se asociaza o alta forma de energie preluata din sistemul de alimentare, numita energie reactiva.

Dispozitivele inductive absorb ciclic energie reactiva de la sistemul de alimentare (in timpul creerii campului magnetic) si reinjecteaza aceasta energie in sistem (in timpul anularii campului magnetic) de doua ori in fiecare perioada a curentului alternativ de alimentare.

Efectul asupra rotorului generatorului: incetinirea lui pe durata unei parti a perioadei si accelerarea lui pe durata celeilalte parti. Acest cuplu pulsant este strict valabil numai pentru alternatoarele monofazate.

La alternatoarele trifazate, efectul este anulat mutual in cele trei faze, deoarece, la orice moment energia reactiva de alimentare in una sau doua faze este egala cu energia reactiva returnata in celelalte doua (una) faze, in cazul unui sistem echilibrat.

Rezultatul este o sarcina medie nula asupra generatorului, adica componenta reactiva a curentului nu absoarbe putere de la retea.

Elementele capacitive inmagazineaza energia electrostatica. Incarcarea si descarcarea ciclica a capacitatilor actioneaza asupra generatorului din sistem in acelasi mod in care a fost descris anterior, dar curentul catre si de la capacitati este in opozitie de faza fata de cel din cazul unei inductante.

Practic, in sistemele de alimentare componentele reactive ale curentilor de sarcina au caracter pur inductiv, iar impedantele sistemelor de transport si distributie sunt predominant inductive.

Efect: curent inductiv trecand prin reactanta inductiva produce cele mai neplacute conditii de cadere de tensiune.

Din cauza:

pierderilor de putere la transportul energiei electrice

caderilor de tensiune.

Se impune: reducerea curentului inductiv pe cat posibil.

Curentul capacitiv are efect invers asupra nivelului de tensiune, adica produce o crestere de tensiune in sistemul de alimentare.

P - puterea activa [kW], asociata cu energia 'activa'

Q - puterea reactiva [kvar], conventional:

puterea reactiva inductiva    +Q

puterea reactiva capacitiva    -Q

S - puterea aparenta [kVA] - suma vectoriala a puterilor activa si reactiva

2. Elemente ale instalatiei care necesita energie reactiva (consumatori de energie reactiva)

Orice masina sau aparat de curent alternativ, care include dispozitive electromagnetice sau contine infasurari cuplate magnetic, absoarbe curent reactiv pentru crearea fluxului magnetic. De exemplu:

transformatorul

bobina de reactanta

masini electrice

balastul lampilor cu descarcare.

Raportul Q/P, in conditii de sarcina nominala este

65 - 75% pentru motoare asincrone

5 - 10% pentru transformatoare

Factorul de putere al motorului sincron poate fi modificat prin reglarea excitatiei. Aceste masini pot functiona:

subexcitate (cu defazaj negativ: curentul este in urma tensiunii)

supraexcitate (cu defazaj pozitiv) T condensator sincron

au fost utilizate in trecut la compensarea puterii reactive in sistemele de transport al energiei electrice pentru a asigura performante optime in conditii de sarcina variabila

Factorul de putere

Factorul de putere al unei sarcini (format din unul sau mai multi consumatori) este in fiecare moment

Cu cat cosj are valoarea mai apropiata de 1, cu atat situatia este mai favorabila atat pentru consumator, cat si pentru producator.

j - unghiul dintre vectorul putere activa si vectorul putere aparenta

cosj - factor de putere, cand efectul armonicilor din sistem se neglijeaza

Factor de putere (cosj) apropiat de 1 inseamna energie reactiva mica in comparatie cu energia activa.

Curentul absorbit, puterea reactiva si aparenta ca valori instantanee sunt dependente de dublul frecventei si nu pot fi reprezentate intr-o diagrama vectoriala simpla.

Diagrama vectorilor de putere (fig. 2), poate fi obtinuta cu ajutorul diagramei vectoriale a curentului si tensiunii pe faza (fig. 1).

Tensiunile sistemului sunt luate ca marimi de referinta, iar in cazul sistemului trifazic cu sarcina echilibrata, din motive de simetrie ne vom referi doar la o faza.

Tensiunea de referinta U_f are modulul U_f si directia orizontala. Curentul acestei faze I este practic intarziat fata de tensiunea cu unghiul j, pentru orice sarcina.

Componenta activa I_a a curentului I este in faza cu U_f si are valoarea I_a = Icosj, iar puterea activa este P = U_fIcosj[W].

Componenta reactiva I_r a curentului I defazata cu 90^o in urma tensiunii U_f, are valoarea I_r= Isinj, iar puterea reactiva este Q = U_fsinj[var]. I multiplicat cu U_f duce la puterea aparenta S = U_fI[VA].

Valorile de mai sus, exprimate in kW, kvar, kVA asociate unei faze multiplicate cu 3, reprezinta puterile activa, reactiva, aparenta, precum si factorul de putere pentru un sistem trifazat (vezi fig. 1).

Diagrama vectorilor de putere

Putere activa P (in kW)

monofazic (o faza si neutru) P = U_fIcosj

monofazic (intre doua faze) P = UIcosj U - tensiunea intre

doua faze

trifazic (trei faze sau trei faze si neutru) P =UIcosj

Puterea reactiva Q (in kvar)

monofazic (o faza si neutru) Q = U_fIsinj

monofazic (intre doua faze) Q = UIsinj

trifazic (trei faze sau trei faze si neutru) Q =UIsinj sarcina echilibrata

Putere aparenta S (in kVA)

monofazic (o faza si neutru) S = U_fI

monofazic (intre doua faze) S = UI

trifazic (trei faze sau trei faze si neutru) S =UI S =

1.4. tg j

Unele tarife electrice sunt partial bazate pe acest factor, care arata cantitatea de putere reactiva asociata unui kW.

tgj mic cosj mare factura favorabila consumatorului

1.5. Masurarea factorului de putere

q            prin citirea directa a valorilor instantanee cu un cosj - metru

q            folosind un var - metru cu inregistrare, care permite inregistrarea intr-un interval de timp a curentului, tensiunii si factorului de putere. Citirile permit estimarea valorii medii a factorului de putere pentru un circuit.

1.5. Valori practice pentru factorul de putere

Exemplu de calcul al puterilor activa si reactiva

Diagrama puterilor

Exemple de valori medii ale factorului de putere pentru masini,

echipamente si utilaje electrice