Reaktivna snaga (energija) za početnike

Cilj ovog članka je da se industrijskim korisnicima, koji nisu inženjeri, plastično objasni pojam „reaktivna snaga“ tj. „reaktivna energija“. Ukazaćemo kako reaktivna nastaje, čemu koristi i kako je kontrolisati. Ovo neće biti akademski članak, već praktično objašnjenje za one koje interesuju osnovni pojmovi o reaktivnoj snazi. Obećavamo, neće biti dijagrama ni komplikovanih formula. Za inženjere imamo članak: reaktivna snaga za napredne korisnike. Za one koji žele da saznaju više o kompenzaciji reaktivne snage takođe imamo poseban članak.

Dok je pojam aktivne snage jednostavno objasniti, reaktivna snaga je već teži zadatak. Čak i u ovom trenutku, u akademskom svetu se lome koplja oko precizne definicije reaktivne snage. Ovde ćemo što jednostavnijim jezikom objasniti praktičan pojam i prirodu reaktivne snage, bez ulaženja u detalje. O akademskim detaljima definicije reaktivne snage možda u nekom drugom članku, za relativno mali broj odabranih inženjera koje to zaista interesuje :-).

Šta je to reaktivna snaga i čemu služi

I aktivna i reaktivna snaga su deo ukupne električne snage jednog potrošača.

Aktivna snaga je onaj deo ukupne električne snage koja se troši na obavljanje korisnog rada: podizanje tereta, okretanje rotora pumpe, toplota koja se unosi u peć, itd … I gubici u procesu pretvaranja energije u rad, takođe predstavljaju aktivnu energiju.

Sa druge strane reaktivna snaga je preostali deo ukupne snage, koja se ne pretvara u rad niti u gubitke vezane za pretvaranje energije u rad. Ovakva definicija je na prvi pogled nepravedna, jer bi neobavešteni čitalac olako zaključio da je reaktivna snaga beskorisna ili da se takođe radi o nekoj vrsti gubitka.

Reaktivna snaga je apsolutno NEOPHODNA za funkcionisanje električnih mašina i bez nje ne bi bilo ni prenosa električne energije, a ni pretvaranja električne energije u rad. Reaktivna snaga se koristi za formiranje i održanje elektromagnetskog polja u transformatorima i obrtnim mašinama, kao i na održanje stabilnog nivoa napona u dalekovodima i kablovima. Drugim rečima, da bi smo proizveli, preneli i isporučili aktivnu snagu korisnicima, moramo obezbediti i određenu količinu reaktivne snage.

Koji to potrošači troše reaktivnu energiju

Ograničićemo se na industrijsku praksu. Evo nekoliko tipičnih potrošača koji u vašem pogonu troše reaktivnu, a jednostavni su za objašnjenje potrošnje reaktivne.

Transformatori

Reaktivna energija je potrebna za magnećenje transformatora. Troši se za ustpostavljanje i održanje elektromagnetskog polja. Elektromagnetsko polje je neophodno da bi se na sekundaru održavao stabilan napon i da bi transformator mogao preneti aktivnu snagu sa primara na sekundar.

Često ćete čuti pojam struja magnećenja transformatora ili kompenzacija struje praznog hoda. Radi se upravo o potrošnji transformatora za održanje polja i prenos energije sa višeg na niži naponski nivo. Ova potrošnja je potpuno reaktivna po svojoj prirodi i malo se menja sa opterećenjem transformatora. Znači, slabo opterećen transformator je prilično neefikasan. U ovom slučaju potrošnja reaktivne može biti srazmerna aktivnoj ili činiti značajan deo ukupne snage.

Elektromotori

U asinhronim elektro-motorima se reaktivna snaga troši da uspostavi i održi elektromagnetsko polje u međugvožđu između statora i rotora. Na taj način je omogućen prenos snage sa statora na rotor i pokretanje osovine motora. Bez reaktivne snage ne bi bilo ni okretanja rotora motora!

I motori jednosmerne struje su potrošači reaktivne. U ovom slučaju potrošač su ispravljači koji napajaju DC motore jednosmernim naponom.

Indukcione peći

U indukcionim pećima reaktivna snaga se troši da se uspostavi elektromagnetsko polje u vazdušnom prostoru između induktora i lonca, kako bi se aktivna snaga što efikasnije prenela sa induktora u šaržu. Zbog relativno velikog prostora između induktora i lonca, potrošnja reaktivne energije u indukcionim pećima je značajna.

Drugi tip peći – elektrolučna peć, je takođe veliki potrošač reaktivne energije. Ovde nema velikog vazdušnog zazora, već je električni luk taj koji troši reaktivnu da bi se održao.

Fluo cevi

Fluo cevi ili bilo koji drugi izvor svetla koji koristi električno pražnjenje proizvode značajnu reaktivnu snagu. U velikim halama ili podzemnim parkinzima osvetljenje može biti dominantan potrošač reaktivne snage. Fluo cevi kao izvor svetla koriste električni luk, a električni luk ima izrazito induktivnu prirodu. Drugim rečima za njegovo održanje potrebna je značajna količina reaktivne snage.

Navedeni primeru su najčešći slučajevi u praksi i relativno jednostavni za objašnjenje. Postoje i drugi potrošači koji koriste reaktivnu snagu, ali ih ovde nećemo obraditi jer je objašnjenje kompleksnije: npr. frekventni regulatori, elektrolučne peći, LED svetiljke itd… Kao zaključak dovoljno je reći da se reaktivna snaga nalazi u apsolutno svim procesima u kojima se električna energija prenosi i pretvara u koristan rad.

Faktor snage

Iako je na počektku teksta obećano, sada ipak moramo minimalno ući u tehniku i prikazati jednu formulu. Neće biti komplikovano. Faktor snage je važan pojam i često se spominje. On govori o udelu aktivne snage, tj. snage koja će se pretvoriti u rad, u ukupno preuzetoj snazi iz mreže. To se označava formulom:

Prividna snaga

Ukupna snaga koju jedan potrošač preuzima iz mreže naziva se još i prividna snaga – S. Prividna, zato što je to snaga koja se realno opterećuje generator i provodnike, ali će samo njen deo biti pretvoren u aktivan rad. Prividna snaga, sasvim stvarno i očigledno opterećuje i izvor i provodnike, te se ceo prenosni put mora dimenzionisati upravo prema prividnoj snazi.

Ovaj odnos možemo sagledati i sa druge strane. Prividna snaga jednaka je maksimalnoj aktivnoj snazi koja bi se mogla isporučiti jednom potrošaču uz nepromenjene gubitke u prenosu, tj. uz nepromenjenu vrednost struje u provodniku. Znači, kada bi potrošač bio idealni otpornik (reaktivna snaga jednaka nuli) njegova prividna snaga bila bi jednaka aktivnoj snazi. I to je maksimalna aktivna snaga koja se može isporučiti potrošaču za datu vrednost struje. Svako dalje povećanje aktivne snage bi napravilo veće gubitke, tj. veću struju.

Uzmimo primer transformatora. Prividna snaga transformatora je veća od aktivne snage zbog prisustva reaktivne snage potrošača. Kada se izvrši potpuna kompenzacija reaktivne snage, aktivna snaga transformatora se može povećati do nivoa prividne snage pre kompenzacije a da struja (i gubici) ostanu jednaki struji (gubicima) pre kompenzacije.

Stoga se u praksi uvek teži minimizaciji reaktivne komponente snage, tj. faktoru snage koji je jednak jedinici.

Aktivna snaga

Aktivna snaga – P, je deo prividne snage koji se ulaže u mašine i koji će u procesu pretvaranja energije otići u  koristan rad i u gubitke . Odatle i gornja formula za faktor snage, koja govori koji deo prividne snage čini aktivna snaga. Očigledno aktivna snaga je onaj parametar koji je bitan za definisanje i dimenzionisanje opreme i mašina u proizvodnji.

Obratite pažnju da aktivna snaga P obuhvata i koristan rad i gubitke u procesu pretvaranja energije. Ti gubici su tipčno: grejanje mašina i provodnika, trenje, neefikasna regulacija, loš koeficijent korisnog dejstva, itd…. Potrošnja aktivne snage može se smanjiti ulaganjem u efikasnije mašine ili smanjenjem gubitaka na neki drugi način. Znači gubici radnih mašina po svojoj prirodi ne pripadaju reaktivnoj snazi! Stvari se malo menjaju kod nelinearnih potrošača i struja viših harmonika.

Reaktivna snaga

Preostali deo prividne snage, koji se ne troši na rad, je reaktivna snaga – R, i ona se troši na održanje elektromagnetnog polja i prenos energije. Ako ćemo pojednostaviti do kraja, reaktivna snaga je porez koji se plaća da bi se aktivna snaga uopšte proizvela i prenela od rotora generatora, preko prenosne mreže, a onda kod krajnjeg potrošača pretvorila u koristan rad. Na šta se porez troši je predmet posebne i ne baš uvek jasne priče, kao i u stvarnom životu :-).

Potrošnju reaktivne energije moguće je smanjiti, pa čak i u potpunosti eliminisati ako se pravilno izvrši kompenzacija reaktivne snage. Ako je kompenzacija potpuna, tada se reaktivna snaga ne preuzima iz mreže, tj. ukupna snaga koja se preuzima iz mreže je jednaka aktivnoj snazi. Tada je faktor snage jednak jedinici, tj. PF=1 tj. S=P. To je idelani slučaj koji maksimalno rasterećuje proizvodnju i prenos el.energije. Prilikom projektovanja postrojenja kompenzacije reaktivne snage ciljani faktor snage treba biti 1.

Prekomerna reaktivna energija

Na računima za utrošenu električnu energiju videćete stavke reaktivna i prekomerna reaktivna energija. O ovoj temi imamo poseban članak.

Kako smanjiti potrošnju reaktivne energije

Postupkom kompenzacije reaktivne snage postiže se smanjenje preuzete reaktivne energije iz mreže, a samim tim i računa za struju. Tim postupkom se reaktivna energija generiše lokalno iz kondenzatorskih baterija, tj. iz postrojenja za kompenzaciju reaktivne snage. Fizika pretvaranja električne energije u mehanički rad u mašinama u pogonu ostaje nepromenjena, iste nastavljaju normalno da rade i troše reaktivnu energiju za svoje magnećenje. Jedina razlika je u tome što se smanjuje količina reaktivne energije koja se preuzima iz sistema, a sa time i računi za struju.

Detaljnije o kompenzaciji u posebnom članku.

Avalon RpoweR

Kvalitetnu i efikasnu kompenzaciju reaktivne snage možete obezbediti ugradnjom postrojenja Avalon RpoweR. Ova postrojenja pouzdano eliminišu reaktivnu energiju sa računa, bez obzira kakav tip pogona je u pitanju: teška industrija, prerađivačka industrija, poslovna zgrada ili mali poslovni prostor. Postrojenja za kompenzaciju reaktivne snage Avalon RpoweR se mogu prilagoditi svakoj dinamici i intenzitetu potrošnje reaktivne snage. Ono što uvek ističemo je da postrojenja RpoweR imaju izuzetnu pouzdanost u radu zahvaljujući inovativnim rešenjima za povećanje bezbedonosti i dugotrajnosti.

Dodatna prednost je što se postrojenja RpoweR mogu koristiti za merenje potrošnje električne energije u realnom vremenu. Sa vašeg računara možete pratiti efikasnost rada ne samo postrojenja kompenzacije, već i čitave fabrike, i na taj način dodatno povećati svoju energetsku efikasnost.

Prilikom realizacije projekta kompenzacije reaktivne snage, imamo posvećen i detaljan pristup koji smo nazvali prema našoj vodećoj liniji proizvoda.  Naš Avalon RpoweR TOTAL pristup garantuje uspešnu kompenzaciju i filtriranje viših harmonika. Avalon RpoweR Total pristup obuhvata: profesionalno merenje i analizu reaktivnog opterećenja i kvaliteta napona, izradu tehničkog rešenja koje je potpuno prilagođeno vašem pogonu i mašinama, proizvodnju, isporuku, ugradnju i puštanje u rad postrojenja za kompenzaciju reaktivne snage Avalon RpoweR. Pozovite nas da rešimo i vaš problem!

Izdvojeni članci

• Postrojenja kompenzacije na niskom naponu
• Postrojenja kompenzacije na srednjem naponu
• Komponente postrojenja kompenzacije
• Funkcije modernih regulatora reaktivne snage

Pogledajte članke iz kategorije Reaktivna energija:

• Šta je to reaktivna energija
• Reaktivna energija za napredne korisnike
• Šta je to prekomerna reaktivna energija
• Kako kompenzacija smanjuje račun za struju
• Praktični efekti kompenzacije – struja transformatora

Pogledajte članke iz kategorije Kvalitet napona:

• Šta su to viši harmonici
• Posledice prisustva viših harmonika

Pogledajte i naše studije slučaja.