Reaktivna energija
2. Aktivna i reaktivna snaga (energija) u mreži naizmjenične struje
3. Pregled problema vezanih za prenos reaktivne snage
4. Sredstva za proizvodnju/apsorpciju reaktivne snage
U oblasti potrošnje električne energije, osim potrošnje aktivne energije postoje potrošači koji za svoj normalan rad koriste i reaktivnu energiju. Najpoznatiji potrošači reaktivne energije su elektromotori i transformatori. Sa druge strane postoje i uređaji koji koriste reaktivnu energiju suprotnog smjera koji poništavaju (kompenzuju) prethodno pomenutu rekativnu energiju. Najpoznatiji uređaji takvih osobina su kondenzatorske baterije koje se instaliraju lokalno (na mjestu potrošača), tako da se potrošači snabdjevaju potrebnom reaktivnom energijom za rad npr. motora, ali se ona i kompenzuje kondenzatorom tako da reaktivna energija ne ide dalje od potrošača tj. ne prolazi kroz brojilo električne energije.
Zašto je korisno (potrebno) izvršiti kompenzaciju reaktivne energije?
- Dobit potrošača
Glavno što potrošač električne energije
, koji u svom računu ima stavku za reaktivnu energiju, dobija je finansijska dobit, jer se nakon izvršene kompenzacije reaktivne energije iz ukupnog računa eliminiše stavka koja se odnosi na reaktivnu energiju (RVT= 0 KM)
-Dobit za elektroenergetski sistem
Kao što je poznato reaktivna energija (reaktivna snaga tj. njena struja) izaziva na prenosnom sistemu gubitke aktivne snage (energije) na isti način kao i sama aktivna energija (aktivna snaga tj. njena struja). Eliminacijom nepotrebnog transporta velikih količina reaktivne energije od proizvodnje do samog potrošača preko prenosnih kapaciteta, dobijamo smanjenje tehničkih gubitaka aktivne energije u čitavom elektroenergetskom sistemu.
Vrh stranice
Aktivna i reaktivna snaga (energija) u mreži naizmjenične struje
Zadatak električne mreže u okviru elektroenergetskog sistema (EES) je prenos i distribucija električne energije od izvora do potrošača, uz zadovoljenje kriterijuma koji se tiču propisanog kvaliteta isporučene električne energije, sigurnosti pogona i pouzdanosti napajanja potrošača.
Međutim, u svakom električnom sistemu naizmjenične struje, energija se pojavljuje u dvije forme - riječ, je naravno o dobro poznatom fenomenu aktivne i reaktivne energije. Aktivna energija predstavlja onaj korisni dio električne energije koji je moguće transformisati u razne druge vidove, kao što su, na primjer, mehanička, toplotna, svjetlosna energija, itd. Dakle, ona se može smatrati korisnom u punom smislu riječi. Za razliku od ove prve, reaktivna komponenta energije služi za formiranje kako obavezno prisutnog električnog, tako i magnetnog polja raznih elektroenergestkih uređaja (transformatora, motora), kao i nekih aparata (npr. fluoroscentni izvori svjetlosti), dok se prilikom reverzibilnog procesa (tj. njihove razgradnje), ona se vraća sistemu iz kojeg je uzeta, pri čemu je njena srednja vrijednost (za vrijeme jedne periode sa trajanjem T) jednaka nuli. Prema tome, ovo fluktuiranje reaktivne energije između mjesta proizvodnje i mjesta potrošnje nije praćeno pružanjem doprinosa korisnom radu (snazi), mada je očigledno da je njeno postojanje u elektroenergetskom sistemu neophodno.
Za ilustraciju naprijed rečenog, može da posluži analiza izraza za trenutnu snagu potrošača, koji je priključen na naizmjenični sinusidalni napon, dat obrascem:
unosi fazni pomjeraj struje, odnosno njeno kašnjenje za zaostajanje za naponom za ugao j (ovdje je riječ o pretežno induktivnom, dok se za slučaj prednjačenja struje koristi termin kapacitivno opterećenje), tako da je:
U gornjim relacijama, sa
u(t) i i(t) su označene trenutne vrijednosti, a sa Um i Im amplitude napona i struje retrospektivno, dok w predstavlja faznu brzinu, odnosno kružnu učestalost prostoperiodičnih veličina.
Po definiciji, trenutna snaga je ekvivalent vrijednosti rada A izvršenog u jedinici vremena, tako da važi:
Ako se izvrši dalji račun, dobijamo:
Pored već pomenutih, uvedene su i neke nove oznake:
U,I-efektivne vrijednosti napona i struje respektivno;
pa, pr(t)-konstantna i naizmjenična komponenta (dvostruke učestanosti) trenutne vrijednosti snage potrošača.
Iz opšte teorije naizmjeničnih struja poznato je da je aktivna snaga
P (odnosno, aktivna energija u jedinici vremena) jednaka srednjoj vrijednosti snage Psr u toku jedne periode, odnosno:
što potvrđuje odsustvo učešća reaktivne komponente snage (energije) u korisnom radu (snazi).
Da bi efekti postojanja reaktivne energije u elektroenergetskom sistemu bili potpuno jasni, dobro je evidentirati i činjenicu da aktivnoj i reaktivnoj snazi odgovara po jedna komponenta tzv. "prividne" struje I, koja bez obzira na svoj naziv, zapravo predstavlja stvarnu struju koja protiče kroz elemente elektroenergetskog sistema i opterećuje ih. To su:
-
aktivna (
Ia) u fazi sa
naponom mreže U;
-
reaktivna (
Iр)
komponenta struje, koja zaostaje za naponom mreže za 90°
u slučaju induktivnog, odnosno fazno prednjači naponu za 90°,
kada se radi o dominantno kapacitivnom opterećenju.
Kako je za sinusoidalne veličine iste učestanosti dopušteno prikazivati strujne i naponske veličine kao fazore, fazorski dijagram struja (u slučaju pretežno induktivnog potrošača) za dva različita ugla φ je dat slikom.
Slika 1 .-Fazorski dijagram struja potrošača Slika 2.-Fazorski dijagram snaga potrošača
Dakle, pri nepromjenjenoj potrošnji aktivne snage, vrijednost faktora snage, kao osnovnog stepena iskorišćenja posmatrane električne instalacije je obrnuto proporcionalna potrebi za reaktivnom snagom.
U vezi sa tim, interesantna je konvencija o predznaku vrijednosti reaktivne snage kod izvora i potrošača u elektroenergetskom sistemu. Kod potrošača važi pravilo da potrošač troši reaktivnu energiju ako je ona pozitivna, a da je vraća nazad u mrežu, tj. ponaša se kao generator pri njenoj negativnoj vrijednosti. Međutim, (Q>0) kod nadpobuđene sinhrone mašine ukazuje na proizvodnju reaktivne snage, dok u suprotnom slučaju (Q<0) izvor prelazi u režim podpobude, apsorbuje reaktivnu snagu iz sistema i igra ulogu otočnog reaktora.
Pregled problema vezanih za prenos reaktivne snage, sa akceptom na specifičnosti u domenu distributivnih sistema
Posljedice egzistiranja reaktivne komponente električne energije (snage) u prenosnim i distributivnim mrežama, ni u kom slučaju nisu beznačajne. Naprotiv, proizvodnja i tranzit reaktivne snage kroz mrežu mogu imati veliki uticaj na osnovne tehničko-ekonomske pokazatelje rada sistema (ovdje se prije svega misli na napon u čvorištima sistema).
U prvom redu, dolazi do smanjenja prenosnog kapaciteta aktivnih snaga elemenata elektroenergetskog sistema, kao i do povećanja gubitaka prenosa i padova napona. Drugačije rečeno, reaktivna snaga opterećuje čitav lanac elemenata preko kojih se transportuje. Dimenzionisanje transformatora, vodova i generatora se vrši prema prividnoj snazi koju treba prenijeti, što znači da su uz manji faktor snage potrebne veće investicije.
Reaktivnu energiju u samom elektroenergetskom sistemu može da proizvede i sam sinhroni generator. No on ima ograničenu tehničku mogućnost za proizvodnju većih količina reaktivne snage. Takođe, vodovi visokog naponskog nivoa imaju veliki odnos reaktivnog i aktivnog otpora, tako da bi se u slučaju prenosa većih vrijednosti reaktivne snage mogli pojaviti tehnički nedozvoljeni padovi napona. Za to je potrebno da se planira uvođenje dodatnih izvora reaktivne snage, da bi se, kako se to obično kaže u praksi, reaktivna snaga kompenzovala, po mogućnosti, na mjestu potrošnje (ili što je moguće bliže njemu).
Posljedice egzistiranja reaktivne komponente električne energije (snage) u prenosnim i distributivnim mrežama, ni u kom slučaju nisu beznačajne. Naprotiv, proizvodnja i tranzit reaktivne snage kroz mrežu mogu imati veliki uticaj na osnovne tehničko-ekonomske pokazatelje rada sistema (ovdje se prije svega misli na napon u čvorištima sistema).
U prvom redu, dolazi do smanjenja prenosnog kapaciteta aktivnih snaga elemenata elektroenergetskog sistema, kao i do povećanja gubitaka prenosa i padova napona. Drugačije rečeno, reaktivna snaga opterećuje čitav lanac elemenata preko kojih se transportuje. Dimenzionisanje transformatora, vodova i generatora se vrši prema prividnoj snazi koju treba preneti, što znači da su uz manji faktor snage potrebne veće investicije.
Reaktivnu energiju u samom elektroenergetskom sistemu može da proizvode i sam sinhroni generator. No on ima ograničenu tehničku mogućnost za proizvodnju većih količina reaktivne snage. Takođe, vodovi visokog naponskog nivoa imaju veliki odnos reaktivnog i aktivnog otpora, tako da bi se u slučaju prenosa većih vrijednosti reaktivne snage mogli pojaviti tehnički nedozvoljeni padovi napona. Za to je potrebno da se planira uvođenje dodatnih izvora reaktivne snage, da bi se, kako se to obično kaže u praksi, reaktivna snaga kompenzovala, po mogućnosti, na mestu potrošnje (ili što je moguće bliže njemu).
Sa ekonomske strane gledano, problem planiranja ugradnje kompenzacijskih sredstava je uglavnom baziran na investicionim troškovima i valorizovanim uštedama zbog smanjenja gubitaka aktivne snage i energije.
Sredstva za proizvodnju/apsorpciju reaktivne snage u elektroenergetskom sistemu
U savremenim elektroenergetskim sistemima, izvori koji se koriste za podmirenje potreba za reaktivnom snagom su uglavnom poznati. Prema jednoj od klasifikacija, moguće ih je podijeliti na:
-rotacione (sinhrone mašine: generatori, sinhroni motori i kompenzatori);
-statičke (baterije kondenzatora, otočni reaktori, statički uređaji za kompenzaciju reaktivne snage, vodovi visokog napona, kablovi).
Vodovi i kablovi
Elementi mreže (vodovi i kablovi) mogu da apsorbuju ili generišu reaktivnu snagu, u zavisnosti od stepena opterećenja , odnosno veličine prividne snage koja se njima transportuje, kao i njene relativne vrijednosti prema prividnoj snazi (Pnat) voda.
Kao što je poznato, pri prenosu snage koja je jednaka prirodnoj, vod sam sebe kompenzuje, pošto su gubici reaktivne snage usljed rasipanja ekvivalentni proizvodnji reaktivne snage na kapacitetima voda prema zemlji. Kad je vod opterećen snagom većom od prirodne, gubici reaktivne snage na njemu postaju veći od proizvodnje reaktivne snage od strane kapaciteta voda, tako da vod u cjelini troši reaktivnu snagu iz elektroenergetskog sistema. U suprotnom slučaju, odnosno pri prenosu kroz vod snage manje od prirodne, proizvodnja nadmašuje gubitke reaktivne snage (induktivne) na reaktansi voda, tako da vod odaje sistemu reaktivnu snagu, a njena vrijednost zavisi od napona, dužine prenosne linije i naravno, od opterećenja.
Kapacitivne mogućnosti mreže u pogledu proizvodnje reaktivne snage se moraju uzeti u obzir pri proračunima i analizi prilika u mreži, jer dolaze do izražaja naročito u periodima niskih opterećenja, kada su praćeni pojavom povišenih napona u sistemu.
Što se tiče kablovskih vodova, čije je prisustvo naročito značajno u distributivnoj mreži, može se generalno smatrati da imaju podužni kapacitet više desetina puta veći, ali im je dužina desetak puta manja od nadzemnih vodova istog napona. Ovim je znatno smanjen njihov uticaj u mreži kao potencijalnih izvora reaktivne snage, bez obzira na izvanredno visoke vrijednosti reaktivnih induktivnih snaga po jedinici dužine koje kablovi generišu u praznom hodu, kao i mnogo veće vrijednosti prirodnih snaga u poređenju sa nadzemnim vodovima istog napona. Ipak, njihov kapacitivni efekat se može smatrati vrlo značajnim pri transportu velikih iznosa snage, zato što oni predstavljaju raspodjeljeni izvor kompenzacije za gubitke reaktivne snage na njihovim induktivnostima.
Reaktivna energija se po trenutno važećem Tarifnom sistemu za prodaju električne energije fakturiše tzv. kategoriji "ostala potrošnja" tj. domaćinstva ne plaćaju prekomjerno preuzetu reaktivnu električnu energiju. Na osnovu Tarifnog sistema za prodaju električne energije u Republici Srpskoj od decembra 2004. godine članom 13 definisano je kako se vrši obračun reaktivne energije.
"Prekomjerna preuzeta reaktivna energija je pozitivna razlika između stvarno preuzete reaktivne energije (kVArh) i reaktivne energije koja odgovara faktoru snage cosφ >0,95, odnosno to je reaktivna energija koja prelazi 33% preuzete aktivne energije u vrijeme primjene veće tarife.
Reaktivna energija utvrđuje se mjerenjem na električnom brojilu ili povremenim mjerenjem na način propisan ovim Tarifnim sistemom."
Cjenovnik za obračun prekomjerno preuzete reaktivne energije nalazi se na našem sajtu, na linku "Tarifni sistem za prodaju električne energije".
Glavno što potrošač električne energije, koji u svom računu ima stavku za reaktivnu energiju, dobija ugradnjom kondenzatorskih baterija je finansijska dobit, jer se nakon izvršene kompenzacije reaktivne energije iz ukupnog računa eliminiše stavka koja se odnosi na reaktivnu energiju (RVT=0KM).
Prema podacima iz literature, otplata uloženih sredstava u uređaje za kompenzaciju reaktivne energije se vraća u periodu od 8 mjeseci do 2 godine.
Ovim putem pozivamo sve potrošače električne energije koji u svom računu imaju obračunatu stavku za reaktivnu energiju da se obrate svojim distributivnim preduzećima radi davanja korisnih informacija kako bismo ostvarili obostranu korist kroz kompenzaciju reaktivne energije.