Moc bierna teoria

W celu lepszego poznania problemu kompensacji mocy biernej, pragniemy przedstawić Państwu krótki opis tego zagadnienia wraz z prezentacją podstawowych zasad doboru baterii kondensatorów.

Urządzenia elektryczne zasilane napięciem przemiennym poza energią czynną mogą pobierać ("generować") również energię bierną. Energia ta potrzebna jest do wytworzenia pola magnetycznego (energia bierna indukcyjna) w silnikach, dławikach, transformatorach lub pola elektrycznego w kondensatorach i innych pojemnościach, np. w kablach.
Energię bierną mogą pobierać również odbiorniki nieliniowe, np. świetlówki kompaktowe, których prąd przesunięty jest w czasie względem napięcia zasilającego lub nie jest sinusoidą. Z fizycznego punktu widzenia energia bierna nie jest zamieniana na pracę, jest ona jednak często niezbędna do jej wykonania i urządzenia muszą ją pobierać.

Dlaczego dostawcy energii elektrycznej wymagają ograniczania poboru mocy biernej?

Ponieważ dostawcy energii zarabiają na dostarczonej do odbiorcy energii czynnej zależy im, aby mogli przesyłać jak największą ilość tej energii, przy jednocześnie jak najmniejszych jej stratach i zachowaniu wymaganych parametrów.

Natomiast moc bierna jest związana z przepływem prądów raz do odbiornika, raz z odbiornika z powrotem do sieci. Prądy te płyną przez przewody doprowadzające energię elektryczną do naszego licznika. Jeżeli takie przewódy posiadają rezystancję, to w miarę przepływu prądu wydziela się na nich ciepło. Zatem odbiornik pobierający energię bierną, powoduje "cyrkulację" tej energii, skutkującą wydzielaniem się ciepła na przewodach doprowadzających energię elektryczną. Za straty te płaci już dostawca energii lub w przypadku opomiarowania mocy biernej - KLIENT.

Dla zrozumienia istoty mocy biernej potrzebne jest wyjaśnienie pojęć związanych z tzw. trójkątem mocy.
Poniższy rysunek przedstawia właśnie wspomniany trójkąt mocy będący sumą geometryczną mocy czynnej i mocy biernej.

Moc pozorna S (przeciwprostokątna trójkąta mocy) jest sumą geometryczną mocy czynnej P i mocy biernej Q.

Optymalną sytuacją byłaby taka, w której moc pozorna S byłaby równa mocy czynnej P, a więc taka w której moc bierna Q ma wartość 0. Kąt przesunięcia fazowego (φ), równy byłby wtedy 0 (cos(φ) = 1, tg(φ)=0). Aby w warunkach rezczywistych osiągnąć takie wartości stosuje się kompensację mocy biernej, polegającą na zrównoważeniu pobieranej przez odbiorniki mocy biernej, mocą bierną o tej samej lub zbliżonej wartości lecz przeciwnym zwrocie (pojemnością baterii kondensatorów). Na rysunku poniżej pokazano graficzną ilustrację kompensacji mocy biernej:

W efekcie kompensacji, wypadkowa moc bierna pobierana z sieci jest o wiele niższa niż bez zastosowania kompensacji. W praktyce, nie ma konieczności kompensacji wartości mocy biernej do zera, gdyż przy małej wartości kąta przesunięcia fazowego (φ) wzrost prądu jest niewielki w stosunku do sytuacji, gdy pobierana byłaby tylko moc czynna, a co za tym idzie straty mocy w liniach rosną nieznacznie. Wraz ze wzrostem kąta prąd narasta jednak coraz szybciej, dlatego przyjęto umowną granicę, przy której straty są jeszcze akceptowalne i określono ją tangensem kąta przesunięcia fazowego (φ) na wartość 0,4.