¿Por qué la potencia reactiva afecta el voltaje?

¿Por qué la potencia reactiva influye en el voltaje? Supongamos que tiene un sistema de energía (débil) con una carga reactiva grande. Si desconecta repentinamente la carga, experimentará un pico en el voltaje.

Primero, necesitamos definir qué se está preguntando exactamente. Ahora que ha declarado que esto se refiere a un sistema de energía a escala de servicios públicos, no a la salida de un operador o algo así, sabemos qué significa "potencia reactiva". Este es un atajo utilizado en la industria de la energía eléctrica. Idealmente, la carga en el sistema sería resistiva, pero en realidad es parcialmente inductiva. Separan esta carga en los componentes resistivos puros y los componentes inductivos puros y se refieren a lo que se entrega a la resistencia como "potencia real" y lo que se entrega a la inductancia como "potencia reactiva".

Esto da lugar a algunas cosas interesantes, como que un condensador a través de una línea de transmisión es un generador de energía riveive. Sí, eso suena gracioso, pero si sigues la definición de poder reactivo anterior, todo esto es consistente y no se viola ninguna física. De hecho, los condensadores a veces se usan para "generar" potencia reactiva.

La corriente real que sale de un generador está retrasando el voltaje en un ángulo de fase pequeño. En lugar de pensar esto como una magnitud y un ángulo de fase, se piensa que son dos componentes separados con magnitudes separadas, una en la fase 0 y la otra retrasada en la fase de 90 °. La primera es la corriente que causa el poder real y la última la potencia reactiva. Las dos formas de describir la corriente general con respecto al voltaje son matemáticamente equivalentes (cada una puede convertirse sin ambigüedad en la otra).

Entonces, la pregunta es ¿por qué la corriente del generador que está retrasando el voltaje en 90 ° hace que el voltaje disminuya? Creo que hay dos respuestas a esto.

Primero, cualquier corriente, independientemente de la fase, todavía causa una caída de voltaje a través de la resistencia inevitable en el sistema. Esta corriente cruza 0 en el pico del voltaje, por lo que podría decir que no debería afectar el pico de voltaje. Sin embargo, la corriente es negativa justo antes del pico de voltaje. Esto puede causar un pico de voltaje aparentemente un poco más alto (después de la caída de voltaje en la resistencia en serie) inmediatamente antes del pico de voltaje de circuito abierto. Dicho de otra manera, debido a la resistencia de fuente no nula, el voltaje de salida aparente tiene un pico diferente en un lugar diferente al que tiene el voltaje de circuito abierto.

Creo que la respuesta real tiene que ver con suposiciones no declaradas integradas en la pregunta, que es un sistema de control alrededor del generador. Lo que realmente está viendo la reacción al eliminar la carga reactiva no es la del generador desnudo, sino la del generador con su sistema de control que compensa el cambio en la carga. Nuevamente, la resistencia inevitable en el sistema por el tiempo de la corriente reactiva causa pérdidas reales. Tenga en cuenta que parte de esa "resistencia" puede no ser una resistencia eléctrica directa, sino problemas mecánicos proyectados al sistema eléctrico. Esas pérdidas reales se agregarán a la carga real en el generador, por lo que la eliminación de la carga reactiva todavía alivia la carga real.

Este mecanismo se vuelve más sustancial cuanto más amplio es el "sistema" que produce la potencia reactiva. Si el sistema incluye una línea de transmisión, entonces la corriente reactiva sigue causando pérdidas reales de I ² R en la línea de transmisión, lo que causa una carga real en el generador.

Tenga en cuenta que la impedancia de la fuente del sistema de potencia débil tiene un componente resistivo y reactivo (es decir, una fuente de voltaje "ideal" en serie con una combinación RL). Al igual que una carga resistiva formará un "divisor de voltaje" con la fuente, una carga reactiva hará lo mismo. Al aplicar las reglas estándar del divisor de voltaje a impedancias complejas, el motivo del resultado observado (mayor caída de voltaje con cargas inductivas que con resistividad pura) se hace evidente.

Para decirlo de otra manera, hay dos maneras de obtener más corriente de una impedancia de fuente reactiva: una es aumentar la caída de voltaje, la segunda es aumentar el cambio de fase a través del componente inductivo. Agregar una carga reactiva con el mismo "signo" de impedancia compleja reduce ese desplazamiento de fase (ya que la corriente de CA resultante en el sistema produce una tensión en la carga más en fase con la del componente "ideal" de la fuente), por lo que la caída de voltaje a través de la impedancia de la fuente debe aumentar para suministrar la misma corriente de carga.

La otra interpretación que hago de la pregunta se refiere a los transitorios, cuando se interrumpe una gran corriente que pasa a través de un inductor (todo el cableado tiene una propiedad inductiva), el campo magnético colapsado induce un aumento de voltaje en el inductor proporcional a di / dt . Esto crea un pico transitorio en la carga durante una fracción de un ciclo, sin embargo, si hay una capacitancia significativa en el sistema, puede producirse un timbre (oscilación) que extienda el transitorio a lo largo de unos pocos ciclos. Estos transitorios hacen que el cambio de cargas inductivas pesadas sea un desafío de diseño.

"Si desconecta la carga repentinamente, experimentará un pico en el voltaje". Le sugiero que busque el efecto Ferranti . Cuando eliminas la carga, esencialmente estás creando una línea ligeramente cargada.