Energia bierna jest nieodłącznym elementem każdej instalacji elektrycznej. Choć sama w sobie nie wykonuje pracy, odgrywa kluczową rolę w prawidłowym działaniu urządzeń. Warto więc dobrze zrozumieć jej naturę, źródła powstawania oraz sposoby pomiaru i kompensacji.
Czym jest energia bierna pojemnościowa?
Energia bierna pojemnościowa powstaje w obwodach zawierających elementy pojemnościowe, takie jak kondensatory, kable elektryczne czy silniki. Jest związana z nagromadzeniem ładunku elektrycznego w polu elektrycznym tych elementów. Pole to musi być najpierw "naładowane", zanim nastąpi przepływ prądu. Z tego względu w obwodach pojemnościowych występuje przesunięcie fazowe między napięciem a prądem - napięcie wyprzedza prąd.
Energia pojemnościowa nie wykonuje pracy, ale jest magazynowana i zwracana do sieci. Dlatego określamy ją mianem energii biernej. Jej jednostką w układzie SI jest war (Var).
Jak obliczyć moc bierną pojemnościową?
Moc bierną pojemnościową obliczamy ze wzoru:
Qc = U * I * sin(φ)
gdzie:
- Qc - moc bierna pojemnościowa [Var]
- U - wartość napięcia [V]
- I - wartość prądu [A]
- φ - kąt przesunięcia fazowego między napięciem a prądem
W obwodach pojemnościowych kąt φ jest ujemny, dlatego moc bierną podajemy ze znakiem minus. Im większa pojemność obwodu, tym większa wartość mocy biernej pojemnościowej.
Co to jest energia bierna indukcyjna i jak ją obliczyć?
Energia bierna indukcyjna powstaje w obwodach zawierających cewki, transformatory, silniki indukcyjne itp. W przeciwieństwie do obwodów pojemnościowych, w obwodach indukcyjnych napięcie "opóźnia się" w stosunku do prądu. Innymi słowy, to prąd wyprzedza napięcie.
Moc bierną indukcyjną obliczamy analogicznie do mocy pojemnościowej, ale tym razem kąt φ jest dodatni:
Ql = U * I * sin(φ)
Stąd moc bierną indukcyjną podajemy ze znakiem plus. Im większa indukcyjność obwodu, tym większa jest moc bierna indukcyjna.
Jaka jest różnica między mocą bierną pojemnościową i indukcyjną?
Kluczowa różnica między mocą bierną pojemnościową i indukcyjną polega na przesunięciu fazowym między napięciem i prądem. W obwodach pojemnościowych napięcie wyprzedza prąd, natomiast w obwodach indukcyjnych prąd wyprzedza napięcie. Skutkuje to ujemnym kątem φ w obwodach pojemnościowych i dodatnim kątem φ w obwodach indukcyjnych.
Ponadto, źródłem energii biernej pojemnościowej są elementy pojemnościowe takie jak kondensatory, natomiast źródłem energii biernej indukcyjnej są elementy indukcyjne jak cewki czy transformatory.
Jakie są źródła energii biernej pojemnościowej?
Do typowych źródeł energii biernej pojemnościowej zaliczamy:
- Kondensatory
- Kable i przewody elektryczne
- Silniki asynchroniczne
- Oświetlenie energooszczędne i LED
- Zasilacze impulsowe
- Falowniki
Im większa pojemność tych urządzeń i instalacji, tym większa generowana moc bierna pojemnościowa.
Dlaczego warto zmniejszać moc bierną w instalacji?
Duża moc bierna w instalacji powoduje szereg negatywnych skutków:
- Zwiększone straty energii czynnej w przewodach
- Spadek napięcia
- Przeciążenie linii zasilających
- Zwiększone rachunki za energię elektryczną
Dlatego kompensacja mocy biernej poprzez zastosowanie baterii kondensatorów lub dławików pozwala zminimalizować te problemy.
Jakie są metody kompensacji mocy biernej?
Stosujemy dwie podstawowe metody kompensacji mocy biernej:
- Kompensacja grupowa - jeden kompensator dla całej instalacji
- Kompensacja indywidualna - kompensatory dedykowane dla poszczególnych odbiorników
Wybór metody zależy od charakteru instalacji. Kompensacja indywidualna jest droższa, ale pozwala precyzyjnie dobierać kompensatory.
Jak mierzymy i rozliczamy energię bierną?
Energię bierną mierzymy w kilowarogodzinach (kvarh) i rozliczamy na podstawie wskazań licznika energii biernej. Większość nowoczesnych liczników energii aktywnej mierzy dodatkowo energię bierną. Za jej pobór pobierane są dodatkowe opłaty.
Nadmierny pobór energii biernej może skutkować karami ze strony dostawcy prądu. Dlatego kompensacja tej energii przynosi wymierne korzyści finansowe.
Podsumowanie
Energia bierna jest nieodłącznym elementem instalacji elektrycznych, choć sama w sobie nie wykonuje pracy. Jej źródłem w obwodach pojemnościowych są kondensatory i kable, natomiast w obwodach indukcyjnych cewki i transformatory. Nadmiar energii biernej powoduje szereg problemów, dlatego warto ją kompensować za pomocą baterii kondensatorów lub dławików. Pozwoli to zminimalizować straty i koszty związane z poborem energii elektrycznej.
Tagi
Udostępnij artykuł
