Реактивна енергија
2. Активна и реактивна снага (енергија) у мрежи наизмјеничне струје
3. Преглед проблема везаних за пренос реактивне снаге
4. Средства за производњу/апсорпцију реактивне снаге
У области потрошње електричне енергије, осим потрошње активне енергије постоје потрошачи који за свој нормалан рад користе и реактивну енергију. Најпознатији потрошачи реактивне енергије су електромотори и трансформатори. Са друге стране постоје и уређаји који користе реактивну енергију супротног смјера који поништавају (компензују) претходно поменуту рекативну енергију. Најпознатији уређаји таквих особина су кондензаторске батерије које се инсталирају локално (на мјесту потрошача), тако да се потрошачи снабдјевају потребном реактивном енергијом за рад нпр. мотора, али се она и компензује кондензатором тако да реактивна енергија не иде даље од потрошача тј. не пролази кроз бројило електричне енергије.
Зашто је корисно
(потребно) извршити компензацију реактивне енергије?
-Добит потрошача
Главно што потрошач електричне енергије, који у свом рачуну има ставку за реактивну енергију, добија је финансијска добит, јер се након извршене компензације реактивне енергије из укупног рачуна елиминише ставка која се односи на реактивну енергију (RVT = 0 KM).
-Добит за електроенергетски систем
Као што је познато реактивна енергија (реактивна снага тј. њена струја) изазива на преносном систему губитке активне снаге
(енергије) на исти начин као и сама активна енергија (ативна снага тј. њена струја). Елиминацијом непотребног транспорта великих количина реактивне енергије од производње до самог потрошача преко преносних капацитета, добијамо смањење техничких губитака активне енергије у читавом електроенергетском систему.
Активна и реактивна снага (енергија) у мрежи наизмјеничне струје
Врх странице
Задатак електричне мреже у оквиру електроенергестког система
(ЕЕС) је пренос и дистрибуција електричне енергије од извора до потрошача, уз задовољење критеријума који се тичу прописаног квалитета испоручене електричне енергије, сигурности погона и поузданости напајања потрошача.
Међутим, у сваком електричном систему наизменичне струје, енергија се појављује у две форме - ријеч, је наравно о добро познатом феномену активне и реактивне енергије. Активна енергија пресдставља онај корисни део електричне енергије који је могуће трансформисати у разне друге видове, као што су, на пример, механичка, топлотна, светлосна енергија, итд. Дакле, она се може сматрати корисном у пуном смислу речи. За разлику од ове прве, реактивна компонента енергије служи за формирање како обавезно присутног електричног, тако и магнетног поља разних електроенергестких уређаја (трансформатора, мотора), као и неких апарата (нпр. флуросцентни извори светлости), док се приликом реверзибилног процеса (тј. њихове разградње), она се враћа систему из којег је узета, при чему је њена средња вредност (за време једне периоде са трајањем Т) једнака нули. Према томе, ово флуктуирање реактивне енергије између мјеста производње и места потрошње није праћено пружањем доприноса корисном раду (снази), мада је очигледно да је њено постојање у електроенергеском систему неопходно.
За илустрацију напред реченог, може да послужи анализа израза за тренутну снагу потрошача, који је прикључен на наизменични синусидални напон, дат обрасцем:
уноси фазни померај струје, односно њено кашњење за заостајање за напоном за угао j (овде је реч о претежно индуктивном, док се за случај предњачена струје користи термин капацитивно оптерећење), тако да је:
У горњим реалицијама, са
u(t) i i(t) су означене тренутне вредности, а са Um и Im амплитуде напона и струје респективно, док w представља фазну брзину, односно кружну учестаност простопериодичних величина.
По дефиницији, тренутна снага је еквивалент вредности рада А извршеног у јединици времена, тако да важи:
Ако се изврши даљи рачун добијамо:
Поред већ поменутих, уведене су и неке нове ознаке:
U,I-ефективне вредности напона и струје респективно;
pa, pr(t)-константна и наизменична компонента (двоструке учестаности) тренутне вриједности снаге потрошача.
Из опште теорије наизменичних струја је познато да је активна снага
P (односно активна енергија у јединици времена) једнака средњој вредности снаге Psr у току једне периоде, односно:
што потврђује одсуство учешћа реактивне компоненте снаге
(енергије) у корисном раду (снази).
Да би ефекти постојања реактивне енергије у електроенергетском систему били потпуно јасни, добро је евидентирати и чињеницу са активној и реактивној снази одговара по једна компонента тзв. “привидне” струје I, која без обзира на свој назив, заправо представља стварну струју која протиче кроз елементе електроенергетског система и оптерећује их. То су:
-
активна (
Ia) у
фази са
напоном
мреже U;
-
реактивна (
Iр)
компонента
струје, која
заостаје за
напоном
мреже за 90°
у случају
индуктивног,
односно
фазно
предњачи
напону за 90°
, када се ради
о
доминантно
капацитивном
оптерећењу.
Како је за синусоидалне величине исте учестаности допуштено приказивати струјне и напонске величине као фазоре, фазорски дијаграм струја (у случају претежно индуктивног потрошача) за два различита угла j је дат сликом.
Слика 1 .-Фазoрски дијаграм струја потрошача Слика 2.-Фазорски дијаграм снага потрошача
Дакле, при непромјењеној потрошњи активне снаге, вриједност фактора снаге, као основног степена искоришћења посматране електричне инсталације је обрнуто пропорционална потреби за реактивном снагом.
У вези са тим, интересантна је конвенција о предзнаку вредности реактивне снаге код извора и потрошача у електроенергетском систему. Код потрошача важи правило да потрошач троши реактивну енергију ако је она позитивна, а да је враћа назад у мрежу, тј. понаша се као генератор при њеној негативној вредности. Међутим, (Q>0) код надпобуђене синхроне машине указује на производњу реактивне снаге, док у супротном случају (Q<0) извор прелази у режим подпобуде, апсорбује реактивну снагу из система и игра улогу оточног реактора.
Последице егзистирања реактивне компоненте електричне енергије (снаге) у преносним и дистрибутивним мрежама, ни у ком случају нису безначајне. Напротив, производња и транзит реактивне снаге кроз мрежу могу имати велики утицај на основне техничко-економске показатеље рада система (овдје се прије свега мисли на напон у чвориштима система).
У првом реду, долази до смањења преносног капацитета активних снага елемената електроенергетског система, као и до повећања губитака преноса и падова напона. Другачије речено, реактивна снага оптерећује читав ланац елемената преко којих се транспортује. Димензионисање трансформатора, водова и генератора се врши према привидној снази коју треба пренети, што значи да су уз мањи фактор снаге потребне веће инвестиције.
Реактивну енергију у самом електроенергетском систему може да производе и сам синхрони генератор. Но он има ограничену техничку могућност за производњу већих количина реактивне снаге. Такође, водови високог напонског нивоа имају велики однос реактивног и активног отпора, тако да би се у случају преноса већих вредности реактивне снаге могли појавити технички недозвољени падови напона. За то је потребно да се планира увођење додатних извора реактивне снаге, да би се, како се то обично каже у пракси, реактивна снага компензовала, по могућности, на месту потрошње (или што је могуће ближе њему).
Са економске стране гледано, проблем планирања уградње компензацијских средстава је углавном базиран на инвестиционим трошковима и валоризованим уштедама због смањења губитака активне снаге и енергије.
Средства за производњу/апсорпцију реактивне снаге у електроенергетском систему
У савременим електроенергетским системима, извори који се користе за подмирење потреба за реактивном снагом су углавном познати. Према једној од класификација, могуће их је поделити на:
-ротационе (синхроне машине: генератори, синхрони мотори и компензатори);
-статичке (батерије кондензатора, оточни реактори, статички уређаји за компензацију реактивне снаге, водови високог напона, каблови).
Водови и каблови
Елементи мреже
(водови и каблови) могу да апсорбују или генеришу реактивну снагу, у зависности од степена оптерећења , односно величине привидне снаге која се њима транспортује, као и њене релативне вредности према привидној снази (Pnat) вода.Као што је познато, при преносу снаге која је једнака природној, вод сам себе компензује, пошто су губици реактивне снаге услед расипања еквивалентни производњи реактивне снаге на капацитетима вода према земљи. Кад је вод оптерећен снагом већом од природне, губици реактивне снаге на њему постају већи од производње реактивне снаге од стране капацитета вода, тако да вод у цјелини троши реактивну снагу из електроенергетског система. У супротном случају, односно при преносу кроз вод снаге мање од природне, производња надмашује губитке реактивне снаге (индуктивне) на реактанси вода, тако да вод одаје систему реактивну снагу, а њена вредност зависи од напона, дужине преносне линије и наравно, од оптерећења.
Капацитивне могућности мреже у погледу производње реактивне снаге се морају узети у обзир при прорачунима и анализи прилика у мрежи, јер долазе до изражаја нарочито у периодима ниских оптерећења, када су праћени појавом повишених напона у систему.
Што се тиче кабловских водова, чије је присуство нарочито значајно у дистрибутивној мрежи, може се генерално сматрати да имају подужни капацитет више десетина пута већи, али им је дужина десетак пута мања од надземних водова истог напона. Овим је знатно смањен њихов утицај у мрежи као потенцијалних извора реактивне снаге, без обзира на изванредно високе вредности реактивних индуктивних снага по јединици дужине које каблови генеришу у празном ходу, као и мног веће вредности природних снага у поређењу са надземним водовима истог напона. Iпак, њихов капацитивни ефекат се може сматрати врло значајним при транспорту великих износа снаге, зато што они представљају расподељени извор компензације за губитке реактивне снаге на њиховим индуктивностима.
Реактивна енергија се по тренутно важећем тарифном систему за продају електричне енергије фактурише тзв. категорији “остала потрошња” тј. домаћинства не плаћају прекомерено преузету реактивну електричну енергију.
На основу тарифног система за продају електричне енергије у Републици Српској од децембра 2004. године чланом 13 дефинисано је како се врши обрачун реактивне енергије.
"Прекомјерна преузета реактивна енергија је позитивна разлика између стварно преузете реактивне енергије (kVArh) и реактивне енергије која одговара фактору снаге cosj >0,95, односно то је реактивна енергија која прелази 33% преузете активне енергије у вријеме примјене веће тарифе.
Реактивна енергија утврђује се мјерењем на електричном бројилу или повременим мјерењем на начин прописан овим тарифним системом.”
Цјеновник за обрачун прекомјерно преузете реактивне енергије налази се на нашем сајту, на линку “Тарифни систем за продају електричне енергије”.
Главно што потрошач електричне енергије, који у свом рачуну има ставку за реактивну енергију, добија уградњом кондензаторских батерија је финансијска добит, јер се након извршене компензације реактивне енергије из укупног рачуна елиминише ставка која се односи на реактивну енергију (RVT=0KM).
Према подацима из литературе, отплата уложених средстава у уређаје за компензацију реактивне енергије се враћа у периоду од 8 мјесеци до 2 године.
Овим путем позивамо све потрошаче електричне енергије који у свом рачуну имају обрачунату ставку за реактивну енергију да се обрате својим дистрибутивним предузећима ради давања корисних информација како би смо остварили обострану корист кроз компензацију реактивне енергије.