Energia bierna odgrywa kluczową rolę w prawidłowym funkcjonowaniu urządzeń i sieci elektrycznych. Choć często pomijana, to zrozumienie jej natury i związku z mocą bierną pozwala efektywniej projektować i eksploatować instalacje elektryczne.
Czym jest energia bierna?
Energia bierna to ta część energii elektrycznej, która zostaje zużyta na wytworzenie pola magnetycznego wokół przewodnika. Nie wykonuje więc bezpośrednio pracy, ale jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania urządzeń takich jak transformatory, silniki czy dławiki. Powstaje w wyniku przesunięcia fazowego między napięciem a natężeniem prądu.
W odróżnieniu od niej, energia czynna służy do wykonywania pracy i zamiany na inne formy energii - świetlną, cieplną, mechaniczną itd. Stąd często energię bierną określa się jako "energię bezużyteczną", choć tak naprawdę pełni istotną rolę.
Dlaczego energia bierna jest ważna?
Choć sama w sobie nie wykonuje pracy, to jednak:
- Zapewnia prawidłowe działanie urządzeń z cewkami i transformatorami
- Poprawia współczynnik mocy, stabilizując napięcie w sieci
- Zapobiega stratom mocy i przegrzewaniu przewodów
- Umożliwia przesyłanie większej mocy czynnej przez te same linie
Dlatego energię bierną należy odpowiednio uwzględniać i kompensować w instalacjach, by zminimalizować jej negatywny wpływ.
Jaka jest różnica między energią czynną i bierną?
Podstawowe różnice między energią czynną i bierną to:
- Energia czynna wykonuje pracę i ulega konwersji na inne rodzaje energii
- Energia bierna zostaje zużyta na pole magnetyczne i nie wykonuje pracy
- Energia czynna mierzona jest w W, a bierna w var
- Współczynnik mocy cosφ zależy od stosunku energii czynnej do biernej
Zrozumienie różnic między nimi pozwala lepiej gospodarować energią elektryczną.
Jak obliczyć energię bierną w obwodzie?
Energię bierną w obwodzie można obliczyć na kilka sposobów:
- Z pomiaru napięcia, natężenia prądu i przesunięcia fazowego
- Na podstawie wartości skutecznych napięcia, prądu i tangensa kąta przesunięcia fazowego
- Przez pomiar mocy biernej i czasu
Najprostszy wzór to Eb = U*I*sinφ*t, gdzie Eb - energia bierna w varh, U - napięcie (V), I - natężenie prądu (A), cosφ - tangens przesunięcia fazowego, t - czas (h).
Co to jest moc bierna i jak ją obliczyć?
Moc bierna to ilość energii biernej zużywanej lub wytwarzanej przez urządzenie w jednostce czasu. Jednostką mocy biernej jest volt-amper reaktywny (var).
Moc bierną obliczamy ze wzoru: Q = U * I * sin(φ), gdzie:
- Q - moc bierna [var]
- U - napięcie [V]
- I - natężenie prądu [A]
- sin(φ) - sinus kąta przesunięcia fazowego
Duża moc bierna oznacza zły współczynnik mocy i większe straty energii.
Skąd bierze się moc bierna w prądnicy?
W prądnicy synchronicznej moc bierna pochodzi głównie z dwóch źródeł:
- Z magnesowania wirnika - prądy wirowe indukują dodatkowe pole magnetyczne
- Z obciążenia - odbiorniki indukcyjne pobierają moc bierną z sieci
Aby zmniejszyć moc bierną generatora stosuje się dodatkowe uzwojenia kompensacyjne lub baterie kondensatorów.
Jakie są rodzaje energii biernej?
Ze względu na charakter odbiorników, wyróżniamy dwa rodzaje energii biernej:
- Pojemnościową - występuje w kondensatorach, powoduje wyprzedzenie prądu względem napięcia
- Indukcyjną - występuje w cewkach, powoduje opóźnienie prądu względem napięcia
Od rodzaju zależy sposób kompensacji energii biernej w instalacji.
Jaki wpływ ma moc bierna na sieć elektryczną?
Duża moc bierna ma negatywny wpływ na pracę sieci elektroenergetycznej, powodując:
- Spadek napięcia
- Zwiększone straty mocy i przegrzewanie linii
- Obniżenie przepustowości sieci
- Zakłócenia pracy odbiorników
Dlatego ważna jest kompensacja mocy biernej do odpowiedniego poziomu bliskiego zeru, by zminimalizować te skutki.
Podsumowanie
Energia bierna jest niezbędnym elementem prawidłowo działających urządzeń i sieci elektroenergetycznych. Chociaż sama w sobie nie wykonuje pracy, to odgrywa kluczową rolę w przesyle i wykorzystaniu energii elektrycznej. Dlatego tak istotne jest zrozumienie jej natury, źródeł powstawania oraz umiejętne zarządzanie nią poprzez kompensację do optymalnych poziomów.
Tagi
Udostępnij
