Moc elektryczna jest kluczowym parametrem w systemach elektroenergetycznych. Wyróżniamy kilka rodzajów mocy, które opisują różne aspekty przepływu energii w obwodach elektrycznych. W niniejszym artykule wyjaśnimy czym jest moc czynna i bierna oraz jednostka mocy biernej, a także opiszemy różnice między nimi.
Czym jest moc czynna i bierna?
Moc czynna to ta część mocy, która wykonuje pracę, czyli przetwarza energię elektryczną na inne formy energii. Na przykład zamienia ją na światło w żarówce, ciepło w grzałce czy mechaniczny ruch w silniku. Moc czynna jest mierzona w watach [W] i oznaczana symbolem P.
Moc bierna nie wykonuje pracy, ale jest konieczna do wytworzenia pól magnetycznych w urządzeniach takich jak transformatory, silniki czy dławiki. Powoduje przesunięcie fazowe napięcia i prądu, co skutkuje dodatkowymi stratami energii. Moc bierną mierzy się w warach biernych [var] i oznacza symbolem Q.
Jak działa jednostka mocy biernej?
Podstawową jednostką mocy biernej jest war bierny (var). 1 var oznacza moc bierną przy napięciu 1 V i prądzie 1 A przesuniętych względem siebie o 90 stopni. Innymi słowy jest to moc pozorna bez części czynnej.
Moc bierną można też wyrazić w woltoamperach pozornych (VA), gdzie 1 var = 1 VA. Jednostki te są stosowane wymiennie w obliczeniach mocy biernej.
W układach trójfazowych moc bierną liczy się zazwyczaj dla całej instalacji i podaje w kilowarach biernych (kvar) lub megawarach (Mvar).
Na czym polega różnica między mocą czynną a bierną?
Kluczowa różnica między mocą czynną i bierną polega na tym, że:
- Moc czynna P wykonuje pracę, czyli przetwarza energię na inne formy.
- Moc bierna Q nie wykonuje pracy, tylko przesuwa fazę napięcia i prądu.
Ponadto:
- Moc czynna P mierzona jest w watach [W].
- Moc bierna Q mierzona jest w warach [var].
Obie mocy występują jednocześnie w obwodach elektrycznych i tworzą moc pozorną S, która jest ich geometyczną sumą.
Jak obliczyć moc pozorną obwodu elektrycznego?
Moc pozorną S obwodu elektrycznego można obliczyć ze wzoru:
S = √(P2 + Q2)
gdzie:
- S - moc pozorna [VA]
- P - moc czynna [W]
- Q - moc bierna [var]
Można to też zapisać w postaci trójkąta mocy, gdzie moc pozorna S jest przeciwprostokątną zbudowaną na bokach wyznaczonych przez P i Q. Daje to czytelny obraz zależności między trzema mocami.
Dlaczego moc bierna jest ważna w elektrotechnice?
Moc bierna jest istotna, ponieważ:
- Powoduje dodatkowe straty mocy w sieci przesyłowej i instalacjach.
- Obniża współczynnik mocy (cosφ), co pogarsza sprawność przesyłu.
- Wymusza przepływ większego prądu przy tej samej mocy czynnej.
- Zwiększa koszty zakupu energii elektrycznej.
Dlatego dąży się do redukcji mocy biernej i poprawy współczynnika mocy na poziomie bliskim 1.
Gdzie występuje moc pozorna i bierna?
Moc pozorna i bierna występuje we wszystkich urządzeniach wykorzystujących pole magnetyczne, takich jak:
- Silniki indukcyjne
- Transformatory
- Dławiki
- Zasilacze impulsowe
- Oświetlenie ze świetlówkami i diodami LED
- Urządzenia z elektroniką mocy
Są to urządzenia indukcyjne i pojemnościowe, które ze swojej natury przesuwają fazę napięcia względem prądu, dając efekt mocy biernej.
Jakie są przyczyny mocy biernej w sieci?
Do głównych przyczyn występowania mocy biernej w sieci elektroenergetycznej zalicza się:
- Obciążenia indukcyjne - transformatory, silniki, dławiki
- Nieliniowe obciążenia - zasilacze, prostowniki
- Odbiorniki z elektroniką mocy - oświetlenie LED, zasilacze impulsowe
- Moc bierna magnetyzowania - transformatorowe stacje SN/nn
- Niekorzystny współczynnik mocy odbiorników
Wszystkie te czynniki powodują konieczność dodatkowej transmisji mocy biernej w systemie elektroenergetycznym.
W jaki sposób ograniczyć moc bierną?
Aby zmniejszyć moc bierną można:
- Stosować kompensację mocy biernej, czyli baterie kondensatorów.
- Stosować transformatory o mniejszych stratach jałowych.
- Stosować energooszczędne silniki o lepszym współczynniku mocy.
- Poprawić współczynnik mocy urządzeń pobierających prąd.
- Stosować automatykę w sterowaniu mocą bierną.
Pozwala to zminimalizować straty i koszty związane z poborem mocy biernej z sieci elektroenergetycznej.
Podsumowanie
Moc czynna i bierna są kluczowymi parametrami obwodów elektrycznych. Moc czynna wykonuje pracę, natomiast bierna służy do wytworzenia pól magnetycznych w urządzeniach. Chociaż moc bierna jest niezbędna, to jednak powoduje dodatkowe straty energii, dlatego dąży się do jej minimalizacji. Prawidłowe zrozumienie zagadnień związanych z mocą pozwala na optymalizację systemów elektroenergetycznych.
