O que é energia reativa e como lidar com isso

Física do processo e prática do uso de unidades de compensação de potência reativa

Para entender o conceito de energia reativa, lembramos primeiro o que é energia elétrica. Energia elétrica É uma quantidade física que caracteriza a taxa de geração, transmissão ou consumo de energia elétrica por unidade de tempo.

Quanto maior a energia, mais trabalho a instalação elétrica pode fazer por unidade de tempo. Potência medida em watts (produto Volt x Ampere). A energia instantânea é o produto dos valores instantâneos de tensão e força da corrente em alguma parte do circuito elétrico.

Física do processo

Nos circuitos de corrente contínua, os valores de potência instantânea e média por um certo período de tempo coincidem, mas o conceito de potência reativa está ausente. Nos circuitos CA, isso só acontece se a carga estiver puramente ativa. Este é, por exemplo, um aquecedor elétrico ou uma lâmpada incandescente. Com essa carga no circuito CA, a fase de tensão e a fase atual coincidem e toda a energia é transferida para a carga.

Se a carga for indutiva (transformadores, motores elétricos), a corrente fica na fase da tensão, se a carga for capacitiva (vários dispositivos eletrônicos), a corrente na fase ultrapassa a tensão. Como a corrente e a tensão não coincidem na fase (carga reativa), apenas parte da energia (potência total) é transferida para a carga (consumidor), que pode ser transferida para a carga se a mudança de fase for zero (carga ativa).

Potência ativa e reativa

A parte da energia total transferida para a carga durante o período de corrente alternada é denominada poder ativo. É igual ao produto valores atuais de tensão e corrente no cosseno do ângulo de fase entre eles (cos φ).

A energia que não foi transferida para a carga, mas levou a perdas de aquecimento e radiação, é chamada poder reativo. É igual ao produto dos valores atuais de corrente e tensão pelo seno do ângulo de fase entre eles (sin φ).

Desta maneira potência reativa é um valor que caracteriza a carga. É medido em amperes reativos em volt (var, var). Na prática, a noção de cosseno phi é mais frequentemente encontrada como uma quantidade que caracteriza a qualidade de uma instalação elétrica em termos de economia de energia.

De fato, quanto maior o cos φ, mais energia fornecida pela fonte entra na carga. Então você pode usar uma fonte menos potente e menos energia é desperdiçada.

Poder reativo dos consumidores domésticos

Portanto, os consumidores de CA têm um parâmetro como o fator de potência cosφ.

No gráfico, a corrente é deslocada 90 ° (para maior clareza), ou seja, um quarto do período. Por exemplo, o equipamento elétrico possui cosφ = 0,8, o que corresponde a um ângulo de arco de 0,8 × 36,8 °. Essa mudança se deve à presença de componentes não lineares no consumidor de eletricidade - capacitores e indutores (por exemplo, enrolamentos de motores elétricos, transformadores e eletroímãs).

Para entender melhor o que está acontecendo, é necessário levar em conta o fato de que, quanto maior o fator de potência (máximo 1), mais eficiente o consumidor utiliza a eletricidade recebida da rede (ou seja, mais energia é convertida em trabalho útil) - essa carga é denominada resistiva.

Com uma carga resistiva, a corrente no circuito coincide com a tensão. E com um baixo fator de potência, a carga é chamada reativa, ou seja, parte do consumo de energia não faz um trabalho útil.

A tabela abaixo mostra a classificação dos consumidores por fator de potência.

Classificação do Consumidor AC

A tabela a seguir mostra o fator de potência dos consumidores domésticos de eletricidade.

Fator de potência dos eletrodomésticos

Eletricista de humor

O que é potência reativa? Tudo é muito simples!

Métodos de compensação de potência reativa

Resulta do exposto acima que, se a carga for indutiva, ela deve ser compensada com a ajuda de capacitores (capacitores) e vice-versa, a carga capacitiva é compensada com a ajuda de indutores (bloqueadores e reatores). Isso ajuda a aumentar o cosseno phi (cos φ) para valores aceitáveis ​​de 0,7-0,9. Esse processo é chamado compensação de potência reativa.

O efeito econômico da compensação de potência reativa

O efeito econômico da introdução de instalações de compensação de energia reativa pode ser muito grande. Segundo as estatísticas, representa de 12 a 50% do pagamento de eletricidade em várias regiões da Rússia. A instalação da compensação de energia reativa compensa em não mais de um ano.

Para as instalações projetadas, a introdução de uma unidade de capacitor no estágio de desenvolvimento permite economizar no custo das linhas de cabos, reduzindo sua seção transversal. Uma instalação automática de capacitor, por exemplo, pode aumentar cos φ de 0,6 para 0,97.

Conclusões

Assim, as usinas de compensação de energia reativa trazem benefícios financeiros tangíveis. Eles também permitem manter o equipamento em condições de trabalho por mais tempo.

Aqui estão algumas razões pelas quais isso acontece.

1. Reduzir a carga nos transformadores de potência, aumentando em relação a isso sua vida útil.

2. Reduzindo a carga em fios e cabos, a capacidade de usar cabos de seção transversal menor.

3. Melhorar a qualidade da eletricidade dos consumidores de energia.

4. Eliminação da possibilidade de multas pela redução de cos φ.

5. Reduzir o nível de harmônicos mais altos na rede.

6. Diminuição do nível de consumo de eletricidade.

Comments

[#1 Konstantin]

O fator de potência é a razão entre a potência ativa (watts, quilowatts) e a potência aparente (volt-ampère, kilovolt-ampère). O fator de potência no caso geral é sempre menor que a unidade. Somente com uma carga puramente ativa (iluminação, dispositivos de aquecimento) é igual à unidade. O valor do fator de potência determina a fração da potência aparente (total) do gerador ou transformador que eles podem fornecer ao receptor elétrico na forma de energia ativa.

[#2]

Muito obrigado, informações realmente compreensíveis.

[#3 Andrey]

Esse é apenas o artigo que se esqueceu de acrescentar que a maior parte da energia reativa é devolvida ao sistema elétrico! Se você explicar pelos dedos, a corrente flui através do fio nos dois lados ao mesmo tempo, se houver divergências - do gerador para a carga e da carga (ela retorna energia) para o gerador. E, naturalmente, isso só é possível com AC. E o consumidor PAGA por energia que ele realmente não usou! Portanto, algumas coisas (como diminuir o nível de consumo) ocorrem apenas virtualmente por causa do princípio idiota de que o medidor considera a energia que passa e ONDE ele toca o tambor. É claro que a compensação é uma coisa necessária, mas na maioria das vezes para as empresas de energia. Bem, se você pensar logicamente - como a introdução de um elemento ADICIONAL com perdas no circuito pode aumentar sua eficiência ???? Mas, como método de lidar com harmônicos e subsidência (excessos) de tensão na linha, é eficaz, porque concorda gerador e carga. Naturalmente, fios mais finos podem ser usados ​​(para teórico cos = 0, a corrente no fio dobrará, porquefluirá através do fio nas duas direções da mesma maneira SIMULTANEAMENTE). A carga nos dispositivos de controle e distribuição também diminuirá devido ao mesmo. E geradores com transformadores de corrente reversa não gostam. E esses processos ocorrem durante QUALQUER mudança de carga (se não estiver puramente ativo, o que geralmente não acontece, mesmo uma lâmpada comum tem uma indutância desprezível). Nos anos 70, nos Estados Unidos, devido à DESCONEXÃO, a planta imediatamente abaixo da linha trouxe menos de cem transformadores de distribuição em vários estados ...

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Andrey, medidores domésticos são "medidores de energia ativa". Com tudo o que se seguiu. Eles não levam em consideração a energia reativa.

[#5 MaksimovM]

AndreyEm primeiro lugar, a planta é sempre alimentada por várias linhas de energia. E mesmo que a usina seja completamente desenergizada, o que é impossível em princípio, uma vez que sempre existem várias fontes independentes de suprimento de energia, isso não pode servir como motivo para desenergizar subestações de distribuição. A planta está operando - a carga está nas subestações, a planta foi encerrada - a carga diminuiu em algum valor. Este não é um modo de emergência para o sistema de energia. Pode apenas o contrário - a usina é desenergizada como resultado da desenergização de várias subestações.

O cosseno phi (fator de potência) é a razão entre a potência ativa e o consumo total de energia. Em princípio, não pode ser igual a zero. Todos os transformadores localizados em subestações projetadas para uma determinada potência, e essa potência está cheia, ou seja, levando em consideração o componente ativo e reativo. A energia elétrica consumida, embora ativa, até reativa, sempre segue em uma direção. A energia pode ter uma direção diferente nas linhas de trânsito das subestações, neste caso, dependendo do estado de uma seção específica do sistema de energia, a energia ativa e reativa pode ter uma direção diferente (consumo ou retorno de energia elétrica).

[#6 WWA]

Caros amigos (o autor do artigo e os comentários), eu não concordo com você em tudo, mas não discutirei isso. Quero declarar minha visão da física do processo. Em geral, na natureza, um tipo de energia (poder) como "Reativo", é claro, não existe. Mas existe um conceito: energia reativa (poder). Este conceito caracteriza o fenômeno que ocorre em circuitos elétricos de corrente alternada. A essência do fenômeno é simples. Elementos indutivos e capacitivos criam (surgem) campos magnéticos e elétricos. Nos circuitos de corrente alternada, esses campos também são naturalmente variáveis. A energia é gasta na criação desses campos. Por exemplo, quando uma corrente flui em uma indutância, um campo magnético surge. Além disso, quando a corrente aumenta, a energia da rede elétrica (isto é, do gerador) é consumida para criar esse campo e, quando a corrente diminui, a energia armazenada na indutância é retornada à rede. Obviamente, para cada período, o campo magnético dobra de zero a um máximo e diminui duas vezes na direção oposta. Um fenômeno semelhante ocorre no tanque. Somente na capacitância os campos elétricos oscilam e isso ocorre de forma síncrona com uma mudança de tensão. As fases de oscilação dos campos elétricos em uma capacitância e os campos magnéticos em uma indutância estão sempre na fase antifásica. Fenômenos semelhantes ocorrem em sistemas mecânicos: por exemplo, quando uma mola é comprimida, a energia é gasta e, quando desapertada, a energia potencial armazenada é liberada (por que não a capacidade?) Ou, por exemplo, para acelerar a água a uma velocidade constante em um sistema fechado de abastecimento de água, leva algum tempo para a bomba funcionar, se depois a bomba desligar, a circulação da água continuará por algum tempo por inércia devido à energia cinética armazenada (este é um análogo da indutância).

Conclusão: A energia reativa não é um tipo especial de energia, é a energia elétrica que é periodicamente consumida e fornecida aos elementos reativos em circuitos de corrente alternada.

PS. - A energia reativa (potência) pode ser medida, o que significa que ela existe.

[#7]

A única coisa que concordo com o autor é que existem muitas lendas em torno do conceito de "energia reativa" ... Aparentemente, o autor apresentou sua própria vingança também ... Confuso ... contraditório ... todos os tipos de abundância: " vem, a energia vai ... "O resultado foi geralmente chocante, a verdade virou de cabeça para baixo:" Conclusão - a corrente reativa faz com que os fios aqueçam sem fazer nenhum trabalho útil "Senhor, querido! o aquecimento já está funcionando !!! Na minha opinião, pessoas com formação técnica sem um diagrama vetorial de um gerador síncrono sob carga não conseguem juntar a descrição do processo corretamente e, para os interessados, posso oferecer uma opção simples, sem nenhuma fantasia.

Então, sobre energia reativa. 99% da eletricidade com uma voltagem de 220 volts ou mais é gerada por geradores síncronos. Usamos aparelhos elétricos diferentes na vida cotidiana e no trabalho, a maioria deles "aquece o ar", exala calor em um grau ou outro ... Sinta a TV, o monitor do computador, eu nem falo sobre o forno elétrico da cozinha, onde quer que esteja quente. Todos são consumidores de energia ativa na fonte de alimentação de um gerador síncrono. A potência ativa do gerador é a perda irrecuperável de energia gerada pelo calor nos fios e dispositivos. Para um gerador síncrono, a transferência de energia ativa é acompanhada de resistência mecânica no eixo de acionamento. Se você, caro leitor, girasse o gerador manualmente, sentiria imediatamente maior resistência a seus esforços e isso significaria que alguém incluiu um número adicional de aquecedores em sua rede, ou seja, a carga ativa aumentou. Se você possui diesel como acionador de gerador, verifique se o consumo de combustível aumenta na velocidade da luz, porque é a carga ativa que consome seu combustível. Com energia reativa, é diferente ... vou dizer, é incrível, mas alguns consumidores de eletricidade são fontes de eletricidade, embora por um momento muito curto, mas são. E se levarmos em conta que a corrente alternada de frequência industrial muda de direção 50 vezes por segundo, esses consumidores (reativos) transferem sua energia para a rede 50 vezes por segundo. Você sabe como na vida, se alguém acrescenta algo ao original sem consequências, ele não permanece. Então, aqui, desde que haja muitos consumidores reativos, ou eles sejam poderosos o suficiente, o gerador síncrono está animado. Voltando à nossa analogia anterior, em que você usava sua força muscular como unidade, notará que, apesar de não ter alterado o ritmo girando o gerador ou não ter sentido uma onda de resistência no eixo, as luzes da sua rede apagaram-se repentinamente. Paradoxalmente, gastamos combustível, giramos o gerador com uma frequência nominal, mas não há tensão na rede ... Prezado leitor, desligue os consumidores reativos nessa rede e tudo será restaurado. Sem entrar em teoria, a excitação ocorre quando os campos magnéticos dentro do gerador, o campo do sistema de excitação que gira junto com o eixo e o campo do enrolamento estacionário conectado à rede giram na direção oposta, enfraquecendo-se mutuamente. A geração de eletricidade diminui com a diminuição do campo magnético dentro do gerador. A tecnologia avançou muito e os geradores modernos são equipados com reguladores de excitação automáticos e, quando os consumidores reativos "falham" na tensão da rede, o regulador aumenta imediatamente a corrente de excitação do gerador, o fluxo magnético volta ao normal e a tensão da rede restaura. componente ativo, adicione combustível no diesel.De qualquer forma, a carga reativa afeta negativamente a operação da rede elétrica, principalmente quando o consumidor reativo está conectado à rede, por exemplo, um motor elétrico assíncrono ... Com uma potência significativa deste último, tudo pode terminar mal por acidente. Concluindo, posso acrescentar a um oponente curioso e avançado que também existem consumidores reativos com propriedades úteis. São todos aqueles com capacidade elétrica ... Conecte esses dispositivos à rede e a empresa elétrica já lhe deve)). Na forma pura, esses são capacitores. Eles também emitem eletricidade 50 vezes por segundo, mas, ao mesmo tempo, o fluxo magnético do gerador aumenta, pelo contrário, para que o regulador possa reduzir ainda mais a corrente de excitação, economizando custos. Por que não fizemos uma reserva sobre isso antes ... por que ... Caro leitor, passeie pela sua casa e procure um consumidor de jato capacitivo ... você não encontrará ... A menos que desmonte uma TV ou uma máquina de lavar ... mas não será útil .... <

[#8]

Bem, como se 50 Hz fosse uma mudança na direção das atuais 100 vezes por segundo, demorou mais 1 ano ... Então, todos são alfabetizados.

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Eugene, no primeiro ano do seminário ou no Instituto de Educação Física? Não seria desonrado! Aquele que tem cérebro aprendeu, mesmo em uma classe dessa maneira, nos dias 7 e 8, que hertz é um período completo de oscilação por segundo! I.e. com uma forma de onda senoidal com uma frequência de 50 Hz, o sinal muda para o oposto 50 vezes por segundo, mas a meia onda já será 100! Você lê aqui, o inferno é necessário: a engenharia elétrica agora se tornou como uma fé pagã: todo obscurantismo e heresia ...

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Amigos, diminuindo a reatividade, você está reduzindo o ativo, é um fato! O contador também mostrará isso!

Lembre-se de física elementar!

Para descobrir o indicador de potência ativa, é necessário conhecer a potência total, para o seu cálculo é utilizada a seguinte fórmula: S = U \ I, onde U é a tensão da rede e I é a força atual da rede.

O cálculo da potência ativa leva em consideração o ângulo ou coeficiente de fase (cos), então: S = U * I * cos

Então pegue carrapatos, meça o reagente, se for menor que 0,9, coloque Conders com a classificação apropriada e você será feliz!

[#11 Anatoly]

Tudo isso está correto, mas se colocarmos uma ponte de diodos no circuito com um capacitor (todas as perdas de potência ativa para aquecer a ponte de diodos e o capacitor, é claro, serão levadas em consideração pelo contador como potência ativa) e, depois de conectar a ponte de diodos, conecte o capacitor eletrolítico e, em seguida, carregará ao máximo tensão de rede, após o que, como não há como descarregá-la, ela começará a permanecer carregada na tensão máxima de rede. O tempo de carga pode ser arbitrariamente longo, mas o capacitor consumiu apenas corrente da rede através da ponte de diodos, acumulando gradualmente sua carga e aumentando a tensão em suas placas para a tensão máxima da rede, e o capacitor consumiu apenas a corrente, 90 graus à frente da tensão de fase, ou seja, corrente reativa da rede. Sim, o capacitor não retornou sua carga para a rede elétrica no próximo trimestre do período, como deveria ter feito se estivesse conectado à rede elétrica sem uma ponte de diodos. E então a potência do capacitor sem levar em conta as perdas ativas devido ao aquecimento de suas placas seria considerada uma potência puramente reativa. Mas o capacitor foi carregado com corrente de uma fonte de corrente na forma de uma ponte de diodos, e essa corrente era uma corrente reativa em relação à rede elétrica, uma vez que existe outro capacitor no circuito para a ponte de diodos. Ou seja, o medidor não levou em conta essa energia elétrica, porque era uma potência reativa e a corrente estava à frente da tensão em quase um ângulo de 90 graus elétricos, e o medidor como potência ativa leva em conta apenas a energia que coincide em fase com a corrente. Nesse caso, o capacitor eletrolítico conectado após a ponte de diodo não pode mais ser descarregado na rede; após carregar na tensão máxima da rede, ele permanecerá em um estado carregado.Ou seja, parte da energia elétrica não levada em consideração pelo medidor é selecionada na rede elétrica. Se o capacitor for descarregado com rapidez suficiente para alguma carga, como um resistor, a carga acumulada pelo capacitor eletrolítico é convertida em energia térmica e aquece o resistor. O capacitor será novamente carregado da rede elétrica. Se uma corrente fluir continuamente através do resistor, o capacitor suavizará as ondulações da tensão retificada, recarregando a partir da rede com corrente reativa. Mas, ao mesmo tempo, uma corrente reativa retificada fluirá através do próprio resistor. A magnitude da queda de tensão através do resistor dependerá da magnitude de sua resistência. O componente constante da corrente através do resistor não poderá afetar o ângulo elétrico entre a corrente e a tensão na parte do circuito para a ponte de diodos, uma vez que a tensão após a ponte de diodos é 1,41 vezes maior que a tensão da ponte de diodos. Obviamente, devido ao fato de a tensão de carga na ponte de diodos coincidir em fase com o dreno na corrente de ondulação e as ondulações da tensão retificada serem completamente suavizadas, o medidor não levará em conta parte da potência de carga como potência ativa na rede de corrente alternada. Para uma grande carga de carga, esse circuito é inaceitável devido ao tamanho dos capacitores e às altas correntes. Mas esse esquema é usado em esquemas de fonte de alimentação para lâmpadas LED com um capacitor de lastro. Se um resistor de lastro estiver instalado em vez de um capacitor de lastro, o consumo de energia da lâmpada LED imediatamente aumentará de 20 a 25 vezes devido a grandes perdas no aquecimento do resistor de lastro. Esse esquema pode ser usado apenas em baixas capacidades e exclusivamente para converter energia elétrica em calor, por exemplo, em energia quente na resistência interna dos LEDs com a emissão de luz.

[#12 Sergey]

Todos os comentaristas são tão inteligentes que você escreve ou copia comentários de diferentes sites ou livros. Então, diga-me, pelo que vivemos em um idiota que precisamos estudar os tipos de energia e como funciona e o que pagamos. Respeito ao autor.

[#13 hamster]

nos comentários está escrito ainda pior do que no artigo - ninguém é claro

[#14 Serge]

E que tipo de truque é esse? A energia ativa é 53435. Reativo consumido-7345, e reativo liberado-36456 e isso é de acordo com o medidor. Por que existe tanta diferença entre energias reativas e é certo que somos forçados a pagar por isso

[#15 Elena Alexandrovna]

De onde você tirou essas fórmulas ?! Potência bruta: S = raiz de (P * P + Q * Q), onde P está ativo e Q é potência reativa. Para encontrar o reativo, você precisa multiplicar o ativo (que P) por um determinado coeficiente (tg f), localizado a partir de cos f, de acordo com os dados do passaporte do receptor (se você precisar, você o encontrará facilmente). Agora você está procurando informações na internet e se depara com bobagens ... Reduzir a potência reativa de forma alguma reduz a atividade !!! Pelo contrário, todo o poder deve lutar por ativos !!!

[#16 Vvm]

"...em cos teórico = 0, a corrente no fio dobrará"m ... sim!
Bem, desenhe já, mesmo para você, este maldito círculo unitário e esteporra Cruz cartesiana com flechas (uma para a direita, uma para o topo).