Reaktancia v elektrotechnike

Známy v elektrotechnike Ohmov zákon vysvetľuje, že ak sa na konce časti obvodu aplikuje potenciálny rozdiel, potom pri jeho pôsobení potečie elektrický prúd, ktorého sila závisí od odporu média.

Zdroje striedavého napätia vytvárajú v obvode, ktorý je k nim pripojený, prúd, ktorý môže sledovať tvar sínusovej vlny zdroja alebo byť od nej posunutý dopredu alebo dozadu o uhol.

Ak elektrický obvod nemení smer toku prúdu a jeho fázový vektor sa úplne zhoduje s aplikovaným napätím, potom má takýto úsek čisto aktívny odpor. Keď existuje rozdiel v rotácii vektorov, hovoria o reaktívnej povahe odporu.

Rôzne elektrické prvky majú rôznu schopnosť vychyľovať prúd, ktorý nimi prechádza, a meniť jeho veľkosť.

Reaktancia cievky

Vezmite stabilizovaný zdroj striedavého napätia a kúsok dlhého izolovaného drôtu. Najprv pripojíme generátor k celému priamemu drôtu a potom k nemu, ale navinutým v krúžkoch magnetický obvod, ktorý sa používa na zlepšenie prechodu magnetických tokov.

Presným meraním prúdu v oboch prípadoch je možné vidieť, že v druhom experimente bude pozorovaný výrazný pokles jeho hodnoty a fázový posun pod určitým uhlom.

Je to spôsobené objavením sa opačných indukčných síl, ktoré sa prejavujú pôsobením Lenzovho zákona.

Na obrázku je prechod primárneho prúdu znázornený červenými šípkami a ním generované magnetické pole je znázornené modrou farbou. Smer jeho pohybu určuje pravidlo pravej ruky. Tiež pretína všetky susedné závity vo vnútri cievky a indukuje v nich prúd, znázornený zelenými šípkami, ktorý zoslabuje hodnotu aplikovaného primárneho prúdu a zároveň posúva jeho smer vzhľadom na aplikovaný EMF.

Čím viac závitov navinutých na cievke, tým väčšia indukčná reaktancia X. Znižuje primárny prúd.

Jeho hodnota závisí od frekvencie f, indukčnosti L, vypočítanej podľa vzorca:

xL= 2πfL = ωL

Prekonaním indukčných síl prúd cievky zaostáva za napätím o 90 stupňov.

Odolnosť transformátora

Toto zariadenie má dve alebo viac cievok na spoločnom magnetickom obvode. Jeden z nich prijíma elektrinu z externého zdroja a do ostatných sa prenáša podľa princípu transformácie.

Primárny prúd prechádzajúci napájacou cievkou indukuje magnetický tok v magnetickom obvode a okolo neho, ktorý pretína závity sekundárnej cievky a vytvára v nej sekundárny prúd.

Pretože je ideálny na tvorenie dizajn transformátora je nemožné, potom sa časť magnetického toku rozptýli do okolia a vytvorí straty.Tieto sa nazývajú únikový tok a ovplyvňujú veľkosť únikovej reaktancie.

K nim sa pridáva aktívna zložka odporu každej cievky. Celková získaná hodnota sa nazýva elektrická impedancia transformátora alebo jeho komplexný odpor Z, čo vytvára pokles napätia vo všetkých vinutiach.

Pre matematické vyjadrenie spojov vo vnútri transformátora je aktívny odpor vinutí (zvyčajne vyrobených z medi) označený indexmi "R1" a "R2" a indukčný "X1" a "X2".

Impedancia každej cievky je:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

V tomto výraze dolný index «j» označuje imaginárnu jednotku umiestnenú na vertikálnej osi komplexnej roviny.

Najkritickejší režim z hľadiska indukčného odporu a výskytu zložky jalového výkonu vzniká pri paralelnom zapojení transformátorov.

Odpor kondenzátora

Štrukturálne zahŕňa dve alebo viac vodivých dosiek oddelených vrstvou materiálu s dielektrickými vlastnosťami. Kvôli tomuto oddeleniu nemôže cez kondenzátor prechádzať jednosmerný prúd, ale striedavý prúd môže, ale s odchýlkou ​​od pôvodnej hodnoty.

Jeho zmena sa vysvetľuje princípom pôsobenia reaktívneho - kapacitného odporu.

Pri pôsobení aplikovaného striedavého napätia, ktoré sa mení v sínusovom tvare, dochádza k skoku na platniach, akumulácii nábojov elektrickej energie s opačnými znamienkami. Ich celkový počet je limitovaný veľkosťou zariadenia a vyznačuje sa kapacitou. Čím je väčší, tým dlhšie trvá nabíjanie.

Počas ďalšej polovice cyklu oscilácie sa polarita napätia na doskách kondenzátora obráti.Pod jeho vplyvom dochádza k zmene potenciálov, k dobitiu vzniknutých nábojov na platniach. Týmto spôsobom sa vytvára tok primárneho prúdu a vytvára sa opozícia voči jeho prechodu, keď sa zmenšuje veľkosť a pohybuje sa pozdĺž uhla.

Elektrikári majú o tom srandu. Jednosmerný prúd na grafe je znázornený priamkou a keď prechádza pozdĺž drôtu, elektrický náboj, ktorý dosiahne dosku kondenzátora, spočíva na dielektriku a dostane sa do slepej uličky. Táto prekážka mu bráni prejsť.

Sínusová harmonická prechádza cez prekážky a náboj, ktorý sa voľne valí po lakovaných platniach, stráca malý zlomok energie, ktorá je na platniach zachytená.

Tento vtip má skrytý význam: keď sa na dosky medzi doskami aplikuje konštantné alebo usmernené pulzujúce napätie, v dôsledku akumulácie elektrických nábojov z nich sa vytvorí striktne konštantný potenciálny rozdiel, ktorý vyhladí všetky skoky v napájacom zdroji. obvod. Táto vlastnosť kondenzátora so zvýšenou kapacitou sa využíva v stabilizátoroch konštantného napätia.

Vo všeobecnosti kapacitný odpor Xc alebo odpor k prechodu striedavého prúdu cez neho závisí od konštrukcie kondenzátora, ktorý určuje kapacitu «C», a je vyjadrený vzorcom:

Xc = 1/2πfC = 1/co°C

V dôsledku dobíjania dosiek prúd cez kondenzátor zvyšuje napätie o 90 stupňov.

Reaktivita elektrického vedenia

Každé elektrické vedenie je určené na prenos elektrickej energie. Je zvykom reprezentovať ho ako ekvivalentné úseky obvodu s rozloženými parametrami činný r, jalový (indukčný) x odpor a vodivosť g, na jednotku dĺžky, zvyčajne jeden kilometer.

Ak zanedbáme vplyv kapacity a vodivosti, potom môžeme použiť zjednodušený náhradný obvod pre vedenie s paralelnými parametrami.

Nadzemné elektrické vedenie

Prenos elektriny cez nechránené holé drôty si vyžaduje značnú vzdialenosť medzi nimi a od zeme.

V tomto prípade môže byť indukčný odpor jedného kilometra trojfázového vodiča vyjadrený výrazom X0. Závisí:

• priemerná vzdialenosť osí drôtov medzi sebou asr;

• vonkajší priemer fázových vodičov d;

• relatívna magnetická permeabilita materiálu µ;

• vonkajší indukčný odpor vedenia X0 ';

• vnútorný indukčný odpor vedenia X0 «.

Pre informáciu: indukčný odpor 1 km nadzemného vedenia vyrobeného z neželezných kovov je približne 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Káblové prenosové vedenie

Elektrické vedenie využívajúce vysokonapäťový kábel sa konštrukčne líši od nadzemného vedenia. Jeho vzdialenosť medzi fázami drôtov je výrazne znížená a je určená hrúbkou vnútornej izolačnej vrstvy.

Takýto trojvodičový kábel môže byť reprezentovaný ako kondenzátor s tromi plášťami drôtov natiahnutých na veľkú vzdialenosť. Keď sa jeho dĺžka zvyšuje, kapacita sa zvyšuje, kapacitný odpor klesá a kapacitný prúd, ktorý sa uzatvára pozdĺž kábla, sa zvyšuje.

Jednofázové zemné poruchy sa najčastejšie vyskytujú v káblových vedeniach pod vplyvom kapacitných prúdov. Na ich kompenzáciu v sieťach 6 ÷ 35 kV sa používajú reaktory na potlačenie oblúka (DGR), ktoré sú pripojené cez uzemnený neutrál siete. Ich parametre sa vyberajú sofistikovanými metódami teoretických výpočtov.

Staré NDR nefungovali vždy efektívne kvôli zlej kvalite ladenia a nedokonalostiam dizajnu. Sú navrhnuté pre priemerné menovité poruchové prúdy, ktoré sa často líšia od skutočných hodnôt.

V súčasnosti sa zavádza nový vývoj GDR, ktorý je schopný automaticky monitorovať havarijné situácie, rýchlo merať ich hlavné parametre a prispôsobovať sa na spoľahlivé hasenie zemných poruchových prúdov s presnosťou 2%. Vďaka tomu sa efektivita prevádzky NDR okamžite zvyšuje o 50 %.

Princíp kompenzácie jalovej zložky výkonu z kondenzátorových jednotiek

Elektrické siete prenášajú vysokonapäťovú elektrinu na veľké vzdialenosti. Väčšinu jeho používateľov tvoria elektromotory s indukčným odporom a odporovými prvkami. Celkový výkon odosielaný spotrebiteľom pozostáva z aktívnej zložky P, ktorá sa používa na užitočnú prácu, a jalovej zložky Q, ktorá spôsobuje zahrievanie vinutí transformátorov a elektromotorov.

Reaktívna zložka Q vznikajúca v dôsledku indukčných reaktancií znižuje kvalitu elektrickej energie. Na elimináciu jeho škodlivých účinkov sa v osemdesiatych rokoch minulého storočia v elektrizačnej sústave ZSSR používala kompenzačná schéma spájaním kondenzátorových bánk s kapacitným odporom, čo znižovalo kosínus uhla φ.

Boli inštalované na rozvodniach, ktoré priamo napájajú problémových spotrebiteľov. To zabezpečuje miestnu reguláciu kvality elektrickej energie.

Týmto spôsobom je možné výrazne znížiť zaťaženie zariadenia znížením jalovej zložky pri prenose rovnakého činného výkonu.Táto metóda sa považuje za najefektívnejšiu metódu úspory energie nielen v priemyselných podnikoch, ale aj v bytových a komunálnych službách. Jeho kompetentné použitie môže výrazne zlepšiť spoľahlivosť energetických systémov.