Energia elektryczna odgrywa kluczową rolę we współczesnym świecie. Bez niej trudno wyobrazić sobie funkcjonowanie nowoczesnych gospodarstw domowych, przemysłu czy usług. Wśród różnych rodzajów energii elektrycznej wyróżnia się energię czynną i bierną. Czym jednak dokładnie są te dwie formy energii i jak się od siebie różnią?
Czym jest energia bierna pojemnościowa?
Energia bierna pojemnościowa związana jest z obecnością w obwodzie elementów pojemnościowych, czyli kondensatorów. Kondensatory magazynują energię w polu elektrycznym i uwalniają ją z powrotem do obwodu. Nie wykonują jednak żadnej tzw. pracy, czyli nie przetwarzają energii na inną postać.
Energia zmagazynowana w kondensatorach tworzy tzw. prądy przesunięcia, które nie przyczyniają się do przepływu mocy czynnej. Moc bierną pojemnościową określa się jako iloczyn napięcia i prądu przesunięcia. Im większa pojemność kondensatorów w obwodzie, tym większa energia bierna pojemnościowa.
Jak powstaje energia bierna pojemnościowa?
Do powstawania energii biernej pojemnościowej dochodzi w momencie, gdy w obwodzie elektrycznym występują elementy pojemnościowe, czyli kondensatory. Kondensator rozładowany zaczyna gromadzić ładunek elektryczny po podłączeniu do źródła napięcia.
Następuje wówczas przepływ prądu elektrycznego, który powoduje magazynowanie energii w polu elektrycznym kondensatora. Im większa pojemność kondensatora, tym więcej energii może on zgromadzić.
Energia ta jest energią bierną, ponieważ nie wykonuje żadnej pracy, a jedynie jest magazynowana i zwalniana z powrotem do obwodu. Źródłami tej energii są więc wszelkie elementy pojemnościowe występujące w instalacjach elektrycznych.
Dlaczego energia bierna pojemnościowa jest ważna?
Chociaż energia bierna pojemnościowa sama w sobie nie wykonuje pracy, to jej obecność ma istotny wpływ na pracę całego systemu elektroenergetycznego. Duża ilość energii biernej pojemnościowej powoduje m.in.:
- Spadek napięcia w sieci przesyłowej i dystrybucyjnej
- Zwiększenie strat mocy czynnej
- Przeciążenie elementów systemu elektroenergetycznego
Dlatego bardzo istotne jest kontrolowanie poziomu energii biernej i stosowanie kompensacji poprzez np. baterie kondensatorów. Pozwala to zminimalizować negatywny wpływ tej energii na pracę systemu elektroenergetycznego.
Na czym polega różnica między energią bierną a czynną?
Kluczowa różnica między energią bierną a czynną polega na tym, że energia czynna wykonuje pracę, natomiast bierna nie. Energia czynna wykorzystywana jest np. do zasilania odbiorników energii i przetwarzania na pracę mechaniczną, ciepło, światło.
Natomiast energia bierna służy do magazynowania ładunku w polach elektrycznych lub magnetycznych elementów w obwodzie. Nie jest ona konwertowana na inną formę energii. Stąd podział na te dwie formy - czynną wykonującą pracę oraz bierną związaną z magazynowaniem.
Czym charakteryzuje się energia bierna indukcyjna?
Oprócz energii biernej pojemnościowej, wyróżnia się też energię bierną indukcyjną. Jest ona związana z obecnością w obwodzie elektrycznym elementów indukcyjnych, czyli cewek i transformatorów.
W przeciwieństwie do pojemnościowej, energia bierna indukcyjna jest związana z polem magnetycznym. Cewki i transformatory magazynują energię w polu magnetycznym, która jest następnie zwalniana z powrotem do obwodu. Podobnie jak pojemnościowa, indukcyjna nie wykonuje pracy.
Jakie są źródła energii biernej indukcyjnej?
Źródłami energii biernej indukcyjnej w systemie elektroenergetycznym są przede wszystkim:
- Transformatory
- Silniki indukcyjne
- Długie linie przesyłowe
- Reaktory
- Uzwojenia stojana generatorów
Im więcej tego typu elementów indukcyjnych występuje w obwodzie, tym większa jest energia bierna indukcyjna. Podobnie jak pojemnościowa, powoduje ona straty mocy i obniżenie parametrów pracy sieci elektroenergetycznej.
Jakie problemy powoduje nadmiar energii biernej?
Nadmiar energii biernej, zarówno pojemnościowej i indukcyjnej, jest niekorzystny dla systemu elektroenergetycznego. Do głównych problemów wywoływanych przez nadmiar tej energii należą:
- Spadek napięcia
- Zwiększenie strat mocy czynnej
- Przeciążenie linii przesyłowych i transformatorów
- Pogorszenie jakości energii elektrycznej
- Zakłócenia pracy odbiorników energii
Dlatego bardzo ważne jest kontrolowanie poziomu energii biernej i stosowanie kompensacji poprzez np. baterie kondensatorów lub dławiki. Pozwala to zminimalizować straty i ustabilizować pracę sieci elektroenergetycznej.
Jak poprawnie rozliczać energię bierną?
Energia bierna podlega rozliczeniom między dostawcą energii a odbiorcą. Kluczowe zasady poprawnego rozliczania tej energii to:
- Rozliczenia w czterokwadrantowych licznikach energii biernej
- Stosowanie taryf zawierających stawki za energię bierną
- Określanie w umowach dopuszczalnych poziomów energii biernej
- Zastosowanie kompensacji energii biernej przez odbiorcę
- Monitoring poziomu energii biernej
Prawidłowe rozliczanie pozwala zmotywować odbiorców do ograniczania poboru i kompensacji energii biernej, co korzystnie wpływa na parametry sieci elektroenergetycznej.
Podsumowanie
Energia bierna jest nieodłącznym elementem systemów elektroenergetycznych. Chociaż sama w sobie nie wykonuje pracy, jej nadmiar negatywnie wpływa na parametry pracy sieci i powoduje straty. Dlatego tak ważne jest kontrolowanie poziomu i kompensacja energii biernej. Zarówno odbiorcy, jak i operatorzy systemów dystrybucyjnych muszą mieć świadomość tego, jak istotne jest prawidłowe gospodarowanie energią bierną i jej rozliczanie.
