Por que a energia reativa afeta a tensão?

Por que a energia reativa influencia a tensão? Suponha que você tenha um sistema de energia (fraco) com uma grande carga reativa. Se você desconectar repentinamente a carga, sentiria um pico na tensão.

Existe uma boa explicação para isso acontecer?

Para os interessados ​​em saber por que o nível de tensão e a potência reativa estão intimamente relacionados a uma fonte confiável, aqui está o documento original que descreve o algoritmo de fluxo de carga desacoplado rápido (você precisa acessar o IEEE):

"Stott e O. Alsac," Fluxo de carga desacoplado rápido "IEEE Trans. On PAS, vol. 93, no. 3, pp. 859-869, maio / junho de 1974"

Veja também a página 79 deste livro de Wood / Wollenberg em books.google .

Uma citação de Roger C Dugan, autor deste livro sobre Sistemas de Energia Elétrica:

A energia reativa (vars) é necessária para manter a tensão para fornecer energia ativa (watts) através das linhas de transmissão. Cargas de motor e outras cargas requerem energia reativa para converter o fluxo de elétrons em trabalho útil. Quando não há energia reativa suficiente, a tensão diminui e não é possível empurrar a energia demandada pelas cargas através das linhas.

_{Acredito que o histórico de edições possa ser interessante para quem quer saber o que é a edição e todos os comentários.}

Por que a energia reativa influencia a tensão? Suponha que você tenha um sistema de energia (fraco) com uma grande carga reativa. Se você desconectar repentinamente a carga, sentiria um pico na tensão.

Primeiro, precisamos definir o que exatamente está sendo perguntado. Agora que você declarou que isso se refere a um sistema de energia em escala de utilidade, não à saída de um opamp ou algo assim, sabemos o que "energia reativa" significa. Este é um atalho usado no setor de energia elétrica. Idealmente, a carga no sistema seria resistiva, mas, na realidade, é parcialmente indutiva. Eles separam essa carga nos componentes puramente resistivos e indutivos puros e se referem ao que é entregue à resistência como "potência real" e ao que é entregue à indutância como "potência reativa".

Isso gera algumas coisas interessantes, como o fato de um capacitor em uma linha de transmissão ser um gerador de energia reativo. Sim, isso parece engraçado, mas se você seguir a definição de potência reativa acima, tudo isso é consistente e nenhuma física é violada. De fato, os capacitores são às vezes usados ​​para "gerar" energia reativa.

A corrente real que sai de um gerador está atrasando a tensão por um pequeno ângulo de fase. Em vez de pensar nisso como uma magnitude e um ângulo de fase, ele é considerado como dois componentes separados com magnitudes separadas, um na fase 0 e o outro na fase de 90 °. A primeira é a corrente que causa potência real e a segunda, reativa. As duas maneiras de descrever a corrente global em relação à tensão são matematicamente equivalentes (cada uma pode ser inequivocamente convertida na outra).

Portanto, a questão se resume a por que a corrente do gerador que está atrasando a tensão em 90 ° faz com que a tensão diminua? Eu acho que existem duas respostas para isso.

Primeiro, qualquer corrente, independentemente da fase, ainda causa uma queda de tensão através da inevitável resistência no sistema. Essa corrente cruza 0 no pico da tensão; portanto, você pode dizer que não deve afetar o pico de tensão. No entanto, a corrente é negativa logo antes do pico de tensão. Na verdade, isso pode causar um pico de tensão aparente um pouco maior (após a queda de tensão na resistência em série) imediatamente antes do pico de tensão em circuito aberto. Em outras palavras, devido à resistência da fonte diferente de zero, a tensão de saída aparente tem um pico diferente em um local diferente do que a tensão de circuito aberto.

Eu acho que a resposta real tem a ver com suposições não declaradas embutidas na pergunta, que é um sistema de controle em torno do gerador. O que você realmente vê a reação ao remover a carga reativa não é a do gerador desencapado, mas a do gerador com seu sistema de controle compensando a alteração na carga. Novamente, a inevitável resistência no sistema vezes a corrente reativa causa perdas reais. Observe que parte dessa "resistência" pode não ser resistência elétrica direta, mas problemas mecânicos projetados no sistema elétrico. Essas perdas reais serão adicionadas à carga real no gerador, portanto, remover a carga reativa ainda alivia uma carga real.

Esse mecanismo se torna mais substancial quanto maior o "sistema" que está produzindo a energia reativa. Se o sistema incluir uma linha de transmissão, a corrente reativa ainda está causando perdas reais de I ² R na linha de transmissão, o que causa uma carga real no gerador.

Considere que a impedância da fonte do sistema de energia fraca possui um componente resistivo e reativo (isto é, uma fonte de tensão "ideal" em série com uma combinação RL). Assim como uma carga resistiva formará um "divisor de tensão" com a fonte, uma carga reativa fará o mesmo. Ao aplicar as regras padrão do divisor de tensão a impedâncias complexas, fica clara a razão do resultado observado (maior queda de tensão com cargas indutivas do que com puramente resistiva).

Em outras palavras, existem duas maneiras de obter mais corrente de uma impedância de fonte reativa - uma é aumentar a queda de tensão, a segunda é aumentar a mudança de fase no componente indutivo. A adição de uma carga reativa com o mesmo "sinal" de impedância complexa reduz essa mudança de fase (como a corrente CA resultante no sistema produz uma tensão na carga mais em fase com a do componente "ideal" da fonte), portanto a queda de tensão através da impedância da fonte deve aumentar para fornecer a mesma corrente de carga.

A outra interpretação que faço da pergunta diz respeito a transientes, quando uma grande corrente que passa por um indutor (toda a fiação tem uma propriedade indutiva) é interrompida, o campo magnético em colapso induz um aumento de tensão no indutor proporcional a di / dt. Isso cria um pico transitório na carga por uma fração de ciclo, no entanto, se houver capacitância significativa no sistema, pode ocorrer toque (oscilação) que espalha o transiente por alguns ciclos. Esses transientes tornam a troca de cargas indutivas pesadas um desafio para o projeto.

"Se você repentinamente desconectar a carga, sentirá um pico na tensão". Eu sugiro que você procure o efeito Ferranti . Quando você remove a carga, está essencialmente criando uma linha levemente carregada.