Reaktans i elektroteknik

Berømt inden for elektroteknik Ohms lov forklarer, at hvis en potentialforskel påføres enderne af en sektion af kredsløbet, vil en elektrisk strøm flyde under dens virkning, hvis styrke afhænger af mediets modstand.

Vekselspændingskilder skaber en strøm i kredsløbet, der er forbundet til dem, som kan følge formen af ​​kildens sinusbølge eller blive forskudt frem eller tilbage i en vinkel fra den.

Hvis det elektriske kredsløb ikke ændrer retningen af ​​strømstrømmen, og dens fasevektor falder fuldstændig sammen med den påførte spænding, så har en sådan sektion en rent aktiv modstand. Når der er forskel i rotationen af ​​vektorerne, taler de om modstandens reaktive natur.

Forskellige elektriske elementer har forskellig evne til at afbøje strømmen, der flyder gennem dem, og ændre dens størrelse.

Reaktans af spolen

Tag en stabiliseret AC-spændingskilde og et stykke lang isoleret ledning. Først forbinder vi generatoren til hele den lige ledning og derefter til den, men viklet i ringe rundt magnetisk kredsløb, som bruges til at forbedre passagen af ​​magnetiske fluxer.

Ved nøjagtigt at måle strømmen i begge tilfælde kan det ses, at der i det andet eksperiment vil blive observeret et signifikant fald i dens værdi og en faseforsinkelse i en bestemt vinkel.

Dette skyldes tilsynekomsten af ​​modsatte induktionskræfter manifesteret under virkningen af ​​Lenz' lov.

På figuren er passagen af ​​den primære strøm vist med røde pile, og det magnetiske felt, der genereres af det, er vist med blåt. Retningen af ​​dens bevægelse bestemmes af højrehåndsreglen. Den krydser også alle tilstødende vindinger inde i spolen og inducerer en strøm i dem, vist med de grønne pile, hvilket svækker værdien af ​​den påførte primære strøm, mens den skifter retning i forhold til den påførte EMF.

Jo flere vindinger viklet på spolen, jo mere induktiv reaktans X. Reducerer primærstrømmen.

Dens værdi afhænger af frekvensen f, induktansen L, beregnet ved formlen:

xL= 2πfL = ωL

Ved at overvinde induktanskræfter forsinker spolestrømmen spændingen med 90 grader.

Transformer modstand

Denne enhed har to eller flere spoler på et fælles magnetisk kredsløb. En af dem modtager elektricitet fra en ekstern kilde, og den overføres til de andre efter transformationsprincippet.

Den primære strøm, der passerer gennem strømspolen, inducerer en magnetisk flux i og omkring det magnetiske kredsløb, som krydser sekundærspolens vindinger og danner en sekundær strøm i den.

Fordi den er perfekt til at skabe transformer design er umuligt, så vil noget af den magnetiske flux spredes ud i miljøet og skabe tab.Disse kaldes lækageflux og påvirker mængden af ​​lækagereaktans.

Til disse tilføjes den aktive komponent af modstanden af ​​hver spole. Den samlede opnåede værdi kaldes transformatorens eller dens elektriske impedans kompleks modstand Z, hvilket skaber et spændingsfald over alle viklinger.

Til det matematiske udtryk for forbindelserne inde i transformeren er den aktive modstand af viklingerne (normalt lavet af kobber) angivet med indekserne "R1" og "R2", og den induktive med "X1" og "X2".

Impedansen i hver spole er:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

I dette udtryk betegner underskriften «j» en imaginær enhed placeret på den lodrette akse af det komplekse plan.

Det mest kritiske regime med hensyn til induktiv modstand og forekomsten af ​​en reaktiv effektkomponent skabes, når transformatorerne er forbundet i parallel drift.

Kondensator modstand

Strukturelt omfatter det to eller flere ledende plader adskilt af et lag af materiale med dielektriske egenskaber. På grund af denne adskillelse kan jævnstrøm ikke passere gennem kondensatoren, men vekselstrøm kan, men med en afvigelse fra dens oprindelige værdi.

Dens ændring forklares af princippet om virkning af reaktiv - kapacitiv modstand.

Under påvirkning af en påført vekselspænding, der ændrer sig i en sinusformet form, sker der et spring på pladerne, en ophobning af ladninger af elektrisk energi med modsatte fortegn. Deres samlede antal er begrænset af enhedens størrelse og er kendetegnet ved kapacitet. Jo større det er, jo længere tid tager det at oplade.

I løbet af den næste halv-cyklus af oscillation vendes polariteten af ​​spændingen over kondensatorpladerne.Under dens indflydelse sker der en ændring i potentialerne, en genopladning af de dannede ladninger på pladerne. På denne måde skabes strømmen af ​​den primære strøm, og oppositionen til dens passage skabes, når den aftager i størrelse og bevæger sig langs vinklen.

Elektrikere har en joke om dette. Jævnstrøm på grafen er repræsenteret af en lige linje, og når den passerer langs ledningen, hviler den elektriske ladning, der når kondensatorpladen, på dielektrikumet og kommer ind i en blindgyde. Denne forhindring forhindrer ham i at passere.

Den sinusformede harmoniske passerer gennem forhindringer, og ladningen, der ruller frit på de malede plader, mister en lille brøkdel af den energi, der fanges på pladerne.

Denne vittighed har en skjult betydning: når en konstant eller ensrettet pulserende spænding påføres pladerne mellem pladerne, på grund af akkumulering af elektriske ladninger fra dem, skabes en strengt konstant potentialforskel, som udjævner alle spring i strømforsyningen kredsløb. Denne egenskab af en kondensator med øget kapacitans bruges i konstantspændingsstabilisatorer.

Generelt afhænger den kapacitive modstand Xc, eller oppositionen til passagen af ​​vekselstrøm gennem den, af kondensatorens design, som bestemmer kapacitansen «C» og udtrykkes med formlen:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

På grund af genopladningen af ​​pladerne hæver strømmen gennem kondensatoren spændingen med 90 grader.

Reaktivitet af kraftledningen

Hver kraftledning er designet til at overføre elektrisk energi. Det er sædvanligt at repræsentere det som ækvivalente kredsløbssektioner med fordelte parametre for aktiv r, reaktiv (induktiv) x modstand og konduktans g, pr. længdeenhed, normalt en kilometer.

Hvis vi forsømmer indflydelsen af ​​kapacitans og konduktans, kan vi bruge et forenklet ækvivalent kredsløb til en linje med parallelle parametre.

Luftledning

Transmission af elektricitet over udsatte bare ledninger kræver en betydelig afstand mellem dem og fra jorden.

I dette tilfælde kan den induktive modstand af en kilometer trefaset leder repræsenteres af udtrykket X0. Afhænger af:

• gennemsnitlig afstand af ledningernes akser mellem hinanden asr;

• ydre diameter af fasetråde d;

• relativ magnetisk permeabilitet af materialet µ;

• ekstern induktiv modstand af ledningen X0 ';

• intern induktiv modstand af ledningen X0 «.

Til reference: den induktive modstand på 1 km af en luftledning lavet af ikke-jernholdige metaller er omkring 0,33 ÷ 0,42 Ohm/km.

Kabel transmissionslinje

En elledning, der bruger et højspændingskabel, er strukturelt forskellig fra en luftledning. Dens afstand mellem ledningernes faser reduceres betydeligt og bestemmes af tykkelsen af ​​det indre isoleringslag.

Et sådant tre-leder kabel kan repræsenteres som en kondensator med tre hylstre af ledninger strakt over en lang afstand. Efterhånden som dens længde øges, øges kapacitansen, den kapacitive modstand falder, og den kapacitive strøm, der lukker langs kablet, øges.

Enfasede jordfejl forekommer oftest i kabelledninger under påvirkning af kapacitive strømme. Til deres kompensation i 6 ÷ 35 kV-netværk anvendes bueundertrykkelsesreaktorer (DGR), som er forbundet gennem netværkets jordede neutrale. Deres parametre er valgt af sofistikerede metoder til teoretiske beregninger.

Gamle GDR'er fungerede ikke altid effektivt på grund af dårlig tuningkvalitet og designfejl. De er designet til de gennemsnitlige nominelle fejlstrømme, som ofte afviger fra de faktiske værdier.

I dag introduceres nye udviklinger af GDR'er, der er i stand til automatisk at overvåge nødsituationer, hurtigt måle deres hovedparametre og justere for pålidelig slukning af jordfejlstrømme med en nøjagtighed på 2%. Takket være dette øges effektiviteten af ​​DDR-driften straks med 50%.

Princippet om kompensation af den reaktive effektkomponent fra kondensatorenheder

Elnet transmitterer højspændingselektricitet over lange afstande. De fleste af dens brugere er elektriske motorer med induktiv modstand og resistive elementer. Den samlede effekt, der sendes til forbrugerne, består af den aktive komponent P, der bruges til at udføre nyttigt arbejde, og den reaktive komponent Q, som forårsager opvarmning af viklingerne af transformere og elektriske motorer.

Den reaktive komponent Q, der stammer fra induktive reaktanser, reducerer strømkvaliteten. For at eliminere dens skadelige virkninger i firserne af det sidste århundrede blev en kompensationsordning brugt i USSR's strømsystem ved at forbinde kondensatorbanker med kapacitiv modstand, hvilket reducerede cosinus af en vinkel φ.

De blev installeret på transformerstationer, der direkte fodrer problemforbrugerne. Dette sikrer lokal regulering af strømkvaliteten.

På denne måde er det muligt at reducere belastningen på udstyret betydeligt ved at reducere den reaktive komponent og samtidig overføre den samme aktive effekt.Denne metode betragtes som den mest effektive metode til at spare energi ikke kun i industrielle virksomheder, men også i boliger og kommunale tjenester. Dens kompetente brug kan betydeligt forbedre pålideligheden af ​​strømsystemer.