Reactanța în inginerie electrică

Faimos în inginerie electrică Legea lui Ohm explică că, dacă se aplică o diferență de potențial la capetele unei secțiuni a circuitului, atunci sub acțiunea sa va curge un curent electric, a cărui putere depinde de rezistența mediului.

Sursele de tensiune AC creează un curent în circuitul conectat la ele, care poate urma forma undei sinusoidale a sursei sau poate fi deplasat înainte sau înapoi cu un unghi față de aceasta.

Dacă circuitul electric nu schimbă direcția fluxului de curent și vectorul său de fază coincide complet cu tensiunea aplicată, atunci o astfel de secțiune are o rezistență pur activă. Când există o diferență de rotație a vectorilor, ei vorbesc despre natura reactivă a rezistenței.

Diferitele elemente electrice au capacitate diferită de a devia curentul care curge prin ele și de a-i schimba magnitudinea.

Reactanța bobinei

Luați o sursă de tensiune AC stabilizată și o bucată de fir lung izolat. În primul rând, conectăm generatorul la întregul fir drept și apoi la acesta, dar înfășurat în inele circuit magnetic, care este folosit pentru a îmbunătăți trecerea fluxurilor magnetice.

Măsurând cu precizie curentul în ambele cazuri, se poate observa că în al doilea experiment se va observa o scădere semnificativă a valorii acestuia și un decalaj de fază la un anumit unghi.

Acest lucru se datorează apariției forțelor opuse de inducție manifestate sub acțiunea legii lui Lenz.

În figură, trecerea curentului primar este arătată cu săgeți roșii, iar câmpul magnetic generat de acesta este prezentat cu albastru. Direcția mișcării sale este determinată de regula mâinii drepte. De asemenea, traversează toate spirele adiacente din interiorul bobinei și induce un curent în ele, indicat de săgețile verzi, care slăbește valoarea curentului primar aplicat în timp ce își schimbă direcția față de EMF aplicat.

Cu cât bobină se înfășoară mai multe, cu atât reactanța inductivă X. Lreduce curentul primar.

Valoarea sa depinde de frecvența f, inductanța L, calculată prin formula:

xL= 2πfL = ωL

Prin depășirea forțelor de inductanță, curentul bobinei întârzie tensiunea cu 90 de grade.

Rezistența transformatorului

Acest dispozitiv are două sau mai multe bobine pe un circuit magnetic comun. Unul dintre ei primește energie electrică de la o sursă externă, iar aceasta este transmisă celorlalți conform principiului transformării.

Curentul primar care trece prin bobina de putere induce un flux magnetic în și în jurul circuitului magnetic, care traversează spirele bobinei secundare și formează un curent secundar în acesta.

Pentru că este perfect pentru a crea proiectarea transformatorului este imposibil, atunci o parte din fluxul magnetic se va disipa în mediu și va crea pierderi.Acestea se numesc flux de scurgere și afectează cantitatea de reactanță de scurgere.

La acestea se adaugă componenta activă a rezistenței fiecărei bobine. Valoarea totală obținută se numește impedanța electrică a transformatorului sau a acestuia rezistență complexă Z, creând o cădere de tensiune pe toate înfășurările.

Pentru exprimarea matematică a conexiunilor din interiorul transformatorului, rezistența activă a înfășurărilor (de obicei din cupru) este indicată prin indicii „R1” și „R2”, iar cea inductivă prin „X1” și „X2”.

Impedanța în fiecare bobină este:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

În această expresie, indicele «j» desemnează o unitate imaginară situată pe axa verticală a planului complex.

Cel mai critic regim în ceea ce privește rezistența inductivă și apariția unei componente de putere reactivă se creează atunci când transformatoarele sunt conectate în paralel.

Rezistența condensatorului

Din punct de vedere structural, include două sau mai multe plăci conductoare separate de un strat de material cu proprietăți dielectrice. Din cauza acestei separări, curentul continuu nu poate trece prin condensator, dar curentul alternativ poate, dar cu o abatere de la valoarea sa inițială.

Schimbarea sa se explică prin principiul de acțiune al rezistenței reactiv - capacitive.

Sub acțiunea unei tensiuni alternative aplicate, schimbându-se într-o formă sinusoidală, are loc un salt pe plăci, o acumulare de sarcini de energie electrică cu semne opuse. Numărul lor total este limitat de dimensiunea dispozitivului și se caracterizează prin capacitate. Cu cât este mai mare, cu atât este nevoie de mai mult pentru încărcare.

În timpul următorului semiciclu de oscilație, polaritatea tensiunii peste plăcile condensatorului este inversată.Sub influența sa, are loc o modificare a potențialelor, o reîncărcare a sarcinilor formate pe plăci. În acest fel, se creează fluxul curentului primar și se creează opoziția față de trecerea acestuia pe măsură ce acesta scade în magnitudine și se mișcă de-a lungul unghiului.

Electricienii au o glumă despre asta. Curentul continuu pe grafic este reprezentat de o linie dreaptă, iar când trece de-a lungul firului, sarcina electrică, ajungând la placa condensatorului, se sprijină pe dielectric, ajungând într-o fundătură. Acest obstacol îl împiedică să treacă.

Armonica sinusoidală trece prin obstacole și încărcarea, rostogolindu-se liber pe plăcile vopsite, pierde o mică parte din energia care este captată pe plăci.

Această glumă are o semnificație ascunsă: atunci când plăcilor dintre plăci se aplică o tensiune pulsatorie constantă sau rectificată, din cauza acumulării de sarcini electrice din ele, se creează o diferență de potențial strict constantă, care netezește toate salturile în sursa de alimentare. circuit. Această proprietate a unui condensator cu capacitate crescută este utilizată în stabilizatorii de tensiune constantă.

În general, rezistența capacitivă Xc, sau opoziția la trecerea curentului alternativ prin ea, depinde de proiectarea condensatorului, care determină capacitatea «C» și este exprimată prin formula:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Datorită reîncărcării plăcilor, curentul prin condensator crește tensiunea cu 90 de grade.

Reactivitatea liniei electrice

Fiecare linie electrică este proiectată pentru a transmite energie electrică. Se obișnuiește să se reprezinte ca secțiuni de circuit echivalente cu parametrii distribuiți de r activ, rezistență reactivă (inductivă) x și conductanță g, pe unitatea de lungime, de obicei un kilometru.

Dacă neglijăm influența capacității și conductanței, atunci putem folosi un circuit echivalent simplificat pentru o linie cu parametri paraleli.

Linie electrică aeriană

Transmiterea energiei electrice prin firele goale expuse necesită o distanță semnificativă între ele și față de sol.

În acest caz, rezistența inductivă a unui kilometru de conductor trifazat poate fi reprezentată prin expresia X0. Depinde:

• distanța medie a axelor firelor între ele asr;

• diametrul exterior al firelor de fază d;

• permeabilitatea magnetică relativă a materialului µ;

• rezistența inductivă externă a liniei X0 ';

• rezistența inductivă internă a liniei X0 «.

Pentru referință: rezistența inductivă a 1 km a unei linii aeriene din metale neferoase este de aproximativ 0,33 ÷ 0,42 Ohm/km.

Linie de transmisie prin cablu

O linie electrică care utilizează un cablu de înaltă tensiune este diferită din punct de vedere structural de o linie aeriană. Distanța sa dintre fazele firelor este redusă semnificativ și este determinată de grosimea stratului izolator intern.

Un astfel de cablu cu trei fire poate fi reprezentat ca un condensator cu trei mantale de fire întinse pe o distanță lungă. Pe măsură ce lungimea sa crește, capacitatea crește, rezistența capacitivă scade și curentul capacitiv care se închide de-a lungul cablului crește.

Defecțiunile la pământ monofazate apar cel mai adesea în liniile de cablu sub influența curenților capacitivi. Pentru compensarea lor în rețele de 6 ÷ 35 kV se folosesc reactoare de suprimare a arcului electric (DGR), care sunt conectate prin neutrul împământat al rețelei. Parametrii lor sunt selectați prin metode sofisticate de calcule teoretice.

GDR-urile vechi nu au funcționat întotdeauna eficient din cauza calității slabe a reglajului și a imperfecțiunilor de design. Acestea sunt proiectate pentru curenții nominali medii de defect, care diferă adesea de valorile reale.

În prezent, sunt introduse noi dezvoltări ale GDR-urilor, capabile să monitorizeze automat situațiile de urgență, să măsoare rapid principalii parametri ai acestora și să ajusteze pentru stingerea fiabilă a curenților de defect la pământ cu o precizie de 2%. Datorită acestui fapt, eficiența operațiunii GDR crește imediat cu 50%.

Principiul compensării componentei reactive a puterii din unitățile condensatoare

Rețelele electrice transmit energie electrică de înaltă tensiune pe distanțe lungi. Majoritatea utilizatorilor săi sunt motoare electrice cu rezistență inductivă și elemente rezistive. Puterea totală transmisă consumatorilor este formată din componenta activă P, folosită pentru a efectua lucrări utile și componenta reactivă Q, care provoacă încălzirea înfășurărilor transformatoarelor și motoarelor electrice.

Componenta reactivă Q care rezultă din reactanțe inductive reduce calitatea puterii. Pentru a elimina efectele sale dăunătoare în anii optzeci ai secolului trecut, în sistemul de alimentare al URSS a fost utilizată o schemă de compensare prin conectarea băncilor de condensatoare cu rezistență capacitivă, care a redus cosinusul unui unghi φ.

Au fost instalate la substații care alimentează direct consumatorii problematici. Acest lucru asigură reglementarea locală a calității energiei.

În acest fel, este posibil să se reducă semnificativ sarcina asupra echipamentului prin reducerea componentei reactive în timp ce se transmite aceeași putere activă.Această metodă este considerată cea mai eficientă metodă de economisire a energiei nu numai în întreprinderile industriale, ci și în serviciile rezidențiale și comunale. Utilizarea sa competentă poate îmbunătăți semnificativ fiabilitatea sistemelor de alimentare.