Reaktancia az elektrotechnikában

Híres az elektrotechnikában Ohm törvénye kifejti, hogy ha az áramkör egy szakaszának végeire potenciálkülönbséget alkalmazunk, akkor hatása alatt elektromos áram folyik, amelynek erőssége a közeg ellenállásától függ.

A váltakozó áramú feszültségforrások a hozzájuk kapcsolt áramkörben áramot hoznak létre, amely követheti a forrás szinuszhullámának alakját, vagy attól egy szöggel előre-hátra tolható.

Ha az elektromos áramkör nem változtatja meg az áram irányát, és fázisvektora teljesen egybeesik az alkalmazott feszültséggel, akkor egy ilyen szakasznak tisztán aktív ellenállása van. Ha különbség van a vektorok forgásában, akkor az ellenállás reaktív természetéről beszélnek.

A különböző elektromos elemek eltérő módon képesek eltéríteni a rajtuk átfolyó áramot és megváltoztatni annak nagyságát.

A tekercs reaktanciája

Vegyünk egy stabilizált AC feszültségforrást és egy darab hosszú szigetelt vezetéket. Először csatlakoztatjuk a generátort a teljes egyenes vezetékhez, majd hozzá, de gyűrűkbe tekerjük mágneses áramkör, amelyet a mágneses fluxusok áthaladásának javítására használnak.

Mindkét esetben pontosan megmérve az áramerősséget, látható, hogy a második kísérletben ennek jelentős csökkenése és egy bizonyos szögben fáziskésés lesz megfigyelhető.

Ennek oka az ellentétes indukciós erők megjelenése, amelyek a Lenz-törvény hatására nyilvánulnak meg.

Az ábrán a primer áram áthaladását piros nyilak, az általa keltett mágneses mezőt kék színnel ábrázolják. Mozgásirányát a jobbkéz szabály határozza meg. A tekercs belsejében keresztezi az összes szomszédos fordulatot és áramot indukál bennük, amit a zöld nyilak mutatnak, ami gyengíti az alkalmazott primer áram értékét, miközben eltolja annak irányát az alkalmazott EMF-hez képest.

Minél több fordulat van feltekerve a tekercsen, annál nagyobb az induktív reaktancia X.L csökkenti a primer áramot.

Értéke az f frekvenciától, az L induktivitástól függ, a következő képlettel számítva:

xL= 2πfL = ωL

Az induktivitási erők leküzdésével a tekercsáram 90 fokkal elmarad a feszültségtől.

Transzformátor ellenállás

Ez az eszköz két vagy több tekercset tartalmaz egy közös mágneses áramkörön. Egyikük külső forrásból kap áramot, a többieknek pedig az átalakítás elve szerint továbbítják.

A táptekercsen áthaladó primer áram mágneses fluxust indukál a mágneses áramkörben és körül, amely keresztezi a szekunder tekercs meneteit, és abban szekunder áramot képez.

Mert alkotáshoz tökéletes transzformátor tervezés lehetetlen, akkor a mágneses fluxus egy része eloszlik a környezetben, és veszteségeket okoz.Ezeket szivárgási fluxusnak nevezik, és befolyásolják a szivárgási reaktancia mértékét.

Ezekhez hozzáadódik az egyes tekercsek ellenállásának aktív komponense. A kapott összértéket a transzformátor vagy annak elektromos impedanciájának nevezzük komplex ellenállás Z, ami feszültségesést hoz létre az összes tekercsben.

A transzformátoron belüli csatlakozások matematikai kifejezéséhez a (általában rézből készült) tekercsek aktív ellenállását az "R1" és "R2", az induktívét pedig az "X1" és "X2" indexek jelzik.

Az egyes tekercsek impedanciája:

• Z1=R1+jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

Ebben a kifejezésben a «j» alsó index egy képzeletbeli egységet jelöl, amely a komplex sík függőleges tengelyén helyezkedik el.

Az induktív ellenállás és a meddőteljesítmény-komponens előfordulása szempontjából a legkritikusabb rezsim akkor jön létre, ha a transzformátorokat párhuzamosan kapcsolják be.

Kondenzátor ellenállás

Szerkezetileg két vagy több vezetőképes lemezt tartalmaz, amelyeket dielektromos tulajdonságokkal rendelkező anyagréteg választ el egymástól. Emiatt az elválasztás miatt az egyenáram nem haladhat át a kondenzátoron, a váltóáram viszont, de az eredeti értékétől eltérve.

Változását a reaktív - kapacitív ellenállás működési elve magyarázza.

Alkalmazott váltakozó feszültség hatására, szinuszos formában változik, ugrás következik be a lemezeken, az elektromos energia töltéseinek ellentétes előjelű felhalmozódása. Teljes számukat az eszköz mérete korlátozza, és a kapacitás jellemzi. Minél nagyobb, annál tovább tart a töltés.

Az oszcilláció következő félciklusa során a kondenzátorlapokon fellépő feszültség polaritása megfordul.Hatása alatt a potenciálok változása, a kialakult töltések újratöltése megy végbe a lemezeken. Ily módon létrejön a primer áram áramlása, és az áthaladásával szembeni ellenállás jön létre, ahogy az nagysága csökken és a szög mentén mozog.

A villanyszerelőknek van egy tréfájuk ezzel kapcsolatban. Az egyenáramot a grafikonon egy egyenes ábrázolja, és amikor a vezetéken halad, a kondenzátorlemezt elérő elektromos töltés a dielektrikumon nyugszik, és zsákutcába kerül. Ez az akadály megakadályozza, hogy elhaladjon.

A szinuszos harmonikus áthalad az akadályokon, és a töltés a festett lemezeken szabadon gördülve elveszti a lemezeken felfogott energia egy kis részét.

Ennek a viccnek rejtett jelentése van: amikor a lemezek között állandó vagy egyenirányított pulzáló feszültséget kapcsolunk a lemezekre, az elektromos töltések felhalmozódása miatt szigorúan állandó potenciálkülönbség jön létre, amely kisimítja az összes ugrást a tápegységben. áramkör. A megnövelt kapacitású kondenzátornak ezt a tulajdonságát állandó feszültségstabilizátorokban használják.

Általában az Xc kapacitív ellenállás vagy a váltakozó áram áthaladásának ellenállása a kondenzátor kialakításától függ, amely meghatározza a "C" kapacitást, és a következő képlettel fejeződik ki:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

A lemezek újratöltése miatt a kondenzátoron áthaladó áram 90 fokkal megemeli a feszültséget.

Az elektromos vezeték reakciókészsége

Minden vezetéket elektromos energia továbbítására terveztek. Szokásos ekvivalens áramköri szakaszokként ábrázolni, amelyek elosztott paraméterei aktív r, reaktív (induktív) x ellenállás és g vezetőképesség egységnyi hosszon, általában egy kilométeren.

Ha figyelmen kívül hagyjuk a kapacitás és a vezetőképesség befolyását, akkor párhuzamos paraméterekkel rendelkező vonalra egyszerűsített ekvivalens áramkört használhatunk.

Felső vezeték

Az elektromos áram szabadon álló csupasz vezetékeken való átviteléhez jelentős távolságra van szükség közöttük és a talajtól.

Ebben az esetben egy kilométeres háromfázisú vezető induktív ellenállása az X0 kifejezéssel ábrázolható. Attól függ:

• a vezetékek tengelyeinek átlagos távolsága egymás között asr;

• fázisvezetékek külső átmérője d;

• az anyag relatív mágneses permeabilitása µ;

• az X0' vezeték külső induktív ellenállása;

• Az X0 « vonal belső induktív ellenállása.

Referenciaként: egy színesfémből készült felsővezeték 1 km-es induktív ellenállása körülbelül 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Kábel átviteli vonal

A nagyfeszültségű kábelt használó távvezeték szerkezetileg különbözik a felsővezetéktől. A vezetékek fázisai közötti távolság jelentősen csökken, és a belső szigetelőréteg vastagsága határozza meg.

Egy ilyen háromvezetékes kábel kondenzátorként ábrázolható, három huzallal, amely hosszú távolságra van megfeszítve. A hosszának növekedésével a kapacitás nő, a kapacitív ellenállás csökken, és a kábel mentén záródó kapacitív áram nő.

Az egyfázisú földzárlatok leggyakrabban a kábelvonalakban fordulnak elő kapacitív áramok hatására. Ezek kompenzálására 6 ÷ 35 kV-os hálózatokban ívelnyomó reaktorokat (DGR) használnak, amelyek a hálózat földelt nullapontján keresztül csatlakoznak. Paramétereiket kifinomult elméleti számítási módszerekkel választják ki.

A régi GDR-ek nem mindig működtek hatékonyan a rossz hangolási minőség és a tervezési hibák miatt. Az átlagos névleges hibaáramokra tervezték, amelyek gyakran eltérnek a tényleges értékektől.

Napjainkban a GDR-ek új fejlesztései kerülnek bevezetésre, amelyek képesek a vészhelyzetek automatikus figyelésére, a fő paramétereik gyors mérésére és a földzárlati áramok megbízható oltására 2%-os pontossággal történő beállításra. Ennek köszönhetően az NDK működésének hatékonysága azonnal 50%-kal nő.

A kondenzátoregységekből származó teljesítmény reaktív komponensének kompenzációjának elve

Az elektromos hálózatok nagy feszültségű villamos energiát szállítanak nagy távolságokra. A legtöbb felhasználó induktív ellenállású és rezisztív elemekkel rendelkező villanymotor. A fogyasztóknak továbbított teljes teljesítmény a hasznos munkavégzéshez használt P aktív komponensből és a Q meddő komponensből áll, amely a transzformátorok és villanymotorok tekercseinek felmelegedését okozza.

Az induktív reaktanciákból származó Q reaktív komponens csökkenti az áramminőséget. Káros hatásainak kiküszöbölésére a múlt század nyolcvanas éveiben a Szovjetunió villamosenergia-rendszerében kompenzációs rendszert alkalmaztak a kondenzátortelepek kapacitív ellenállású összekapcsolásával, ami csökkentette. szög koszinusza φ.

Olyan alállomásokon telepítették őket, amelyek közvetlenül táplálják a problémás fogyasztókat. Ez biztosítja az áramminőség helyi szabályozását.

Ily módon a reaktív komponens csökkentésével jelentősen csökkenthető a berendezés terhelése, miközben azonos aktív teljesítményt továbbítanak.Ez a módszer nemcsak az ipari vállalkozásokban, hanem a lakossági és kommunális szolgáltatásokban is a leghatékonyabb energiamegtakarítási módszernek tekinthető. Szakszerű használata jelentősen javíthatja az elektromos rendszerek megbízhatóságát.