توان راکتیو و اهمیت آن در شبکه برق

در شبکه برق کلیه تجهیزات AC که ساز و کار آن ها مبتنی بر میدان مغناطیسی است و به عبارت ساده تر به نحوی از سیم پیچی درون آن ها استفاده می شود برای کارکرد موثر و ایجاد میدان مغناطیسی لازم، نیاز به جریان سلفی دارند. به طور مثال موتورهای الکتریکی جهت تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی نیاز به میدان مغناطیسی دارند که ایجاد آن نیازمند جریان و به عبارت دیگر توانی است که از شبکه برق تامین شود. در حقیقت اینگونه تجهیزات بخشی از جریان الکتریکی دریافتی از شبکه را صرف ایجاد میدان مغناطیسی (جریان راکتیو) و بخشی از آن را صرف انجام کار به صورت مکانیکی، حرارتی و یا نورانی (جریان اکتیو) می کنند. بنابراین در تجهیزات AC الکترومغناطیسی، جریان دریافتی از شبکه از دو مولفه اکتیو و راکتیو تشکیل می شود. مولفه اکتیو یا متوسط بخشی از جریان است که صرف ایجاد انرژی یا کار مکانیکی، نورانی و حرارتی (و یا دیگر انواع انرژی) می شود و مولفه راکتیو بخشی از جریان است که صرف ایجاد سازوکار موردنیاز برای تبدیل انرژی یعنی همان ایجاد میدان مغناطیسی.

به زبان ریاضی جریان این تجهیزات از دو مولفه که 90 درجه با یکدیگر اختلاف فاز دارند (جریان 90 درجه از ولتاژ عقب تر یا پس فاز است) تشکیل شده است. مولفه اکتیو، با ولتاژ ورودی تجهیز همفاز است و نشان دهنده میزان بار مقاومتی است و مولفه راکتیو 90 درجه با ولتاژ اختلاف فاز دارد و نشان دهنده میزان بار سلفی (مغناطیسی) است. کل توان دریافتی از شبکه که در حقیقیت برآیند توان اکتیو و راکتیو می باشد به عنوان توان ظاهری شناخته می شود و برابر با حاصلضرب جریان در ولتاژ موثر است.

اما همان طور که تجهیزات AC الکترومغناطیسی برای کارکرد موثرشان نیازمند جریان یا توان راکتیو هستند برخی از المان های دیگر در شبکه که کارکردشان مبتنی بر میدان های الکتریکی است به جای اخذ جریان راکتیو آن را تولید یا به شبکه تزریق می کنند. خازن ها در شبکه برعکس سلف ها و سیم پیچی ها به جای مصرف توان راکتیو آن را تولید و به شبکه تحویل می دهند. زیرا جریان موردنیاز خازن ها به جای اینکه 90 درجه از ولتاژ آن ها عقب تر باشد 90 درجه جلوتر است (پیش فاز).

اما با توجه به اینکه عمده تجهیزات پرقدرت در صنعت برق  که وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی را برعهده دارند(نظیر انواع ماشین های الکتریکی) با سازوکارهای مغناطیسی کار کرده و نیازمند توان یا جریان راکتیو هستند مسئله اصلی، تامین این توان توسط شبکه برق می باشد.

اما برای فهم بیشتر ماهیت توان راکتیو توجه به این نکته کمک کننده است که وقتی صحبت از مصرف توان اکتیو یا متوسط می شود یعنی انرژی الکتریکی دریافتی از شبکه به انواع دیگر انرژی ها نظیر مکانیکی، نورانی، حرارتی و غیره جهت کاربردهای مختلف تبدیل می شود و به طور معادل تولید توان اکتیو یا متوسط به معنای تبدیل یا مصرف منابع انرژی در طبیعت اعم از سوخت های فسیلی، انرژی آب های ذخیره شده، انرژی خورشیدی، بادی و غیره و تبدیل آن ها به انرژی الکتریکی است که همه این ها رابطه مستقیم با هزینه های اقتصادی دارد. اما وقتی صحبت از مصرف توان راکتیو می شود به این معنی نیست که بخشی از منابع انرژی در حال مصرف می باشد بلکه توان راکتیو صرف ایجاد سازوکارهای تبدیل انرژی یعنی ایجاد میدان های مغناطیسی می گردد. در حقیقت توان راکتیو بین منبع انرژی و بار الکتریکی به صورت دائمی رد و بدل می شود و این تبادل اثرات جانبی نامطلوبی بر شبکه برق دارد که منجر به تحمیل هزینه های متعدد اقتصادی می گردد. از این رو برای تولید و تامین توان راکتیو تجهیزات AC نیازی به مصرف منابع انرژی در طبیعت و یا تامین آن توسط شبکه برق نمی باشد بلکه می توان از المان های جبران ساز در هر محل برای تولید این توان استفاده نمود. هر باری که ماهیت خازنی داشته باشد می تواند جریان راکتیو موردنیاز بارهای سلفی یا بارهای الکترومغناطیسی را تامین کند بدون آنکه شبکه برق در تولید و تامین آن دخالتی داشته و هزینه های ناشی از آن بر شبکه تحمیل شود.