Reactància en enginyeria elèctrica

Famosa en enginyeria elèctrica Llei d'Ohm explica que si s'aplica una diferència de potencial als extrems d'una secció del circuit, aleshores fluirà un corrent elèctric sota la seva acció, la força del qual depèn de la resistència del medi.

Les fonts de tensió CA creen un corrent al circuit connectat a elles, que pot seguir la forma de l'ona sinusoïdal de la font o desplaçar-se cap endavant o cap enrere per un angle d'aquesta.

Si el circuit elèctric no canvia la direcció del flux de corrent i el seu vector de fase coincideix completament amb la tensió aplicada, llavors aquesta secció té una resistència purament activa. Quan hi ha una diferència en la rotació dels vectors, parlen de la naturalesa reactiva de la resistència.

Els diferents elements elèctrics tenen diferents capacitats per desviar el corrent que hi circula i canviar-ne la magnitud.

Reacció de la bobina

Agafeu una font de tensió de CA estabilitzada i un tros de cable llarg aïllat. Primer, connectem el generador a tot el cable recte, i després a ell, però enrotllat en anells al voltant circuit magnètic, que s'utilitza per millorar el pas dels fluxos magnètics.

En mesurar amb precisió el corrent en ambdós casos, es pot veure que en el segon experiment s'observarà una disminució significativa del seu valor i un retard de fase en un angle determinat.

Això es deu a l'aparició de forces d'inducció oposades manifestades sota l'acció de la llei de Lenz.

A la figura, el pas del corrent primari es mostra amb fletxes vermelles, i el camp magnètic generat per aquest es mostra en blau. La direcció del seu moviment ve determinada per la regla de la mà dreta. També travessa totes les espires adjacents a l'interior de la bobina i hi indueix un corrent, mostrat per les fletxes verdes, que debilita el valor del corrent primari aplicat mentre canvia la seva direcció en relació amb l'EMF aplicat.

Com més voltes enrotlla la bobina, més reactància inductiva X.L redueix el corrent primari.

El seu valor depèn de la freqüència f, la inductància L, calculada per la fórmula:

xL= 2πfL = ωL

En superar les forces d'inductància, el corrent de la bobina retarda la tensió en 90 graus.

Resistència del transformador

Aquest dispositiu té dues o més bobines en un circuit magnètic comú. Un d'ells rep electricitat d'una font externa, i es transmet als altres segons el principi de transformació.

El corrent primari que passa per la bobina de potència indueix un flux magnètic dins i al voltant del circuit magnètic, que travessa les espires de la bobina secundària i hi forma un corrent secundari.

Perquè és perfecte per crear disseny del transformador és impossible, aleshores part del flux magnètic es dissiparà a l'entorn i crearà pèrdues.Aquests s'anomenen flux de fuga i afecten la quantitat de reactància de fuga.

A aquests s'afegeix el component actiu de la resistència de cada bobina. El valor total obtingut s'anomena impedància elèctrica del transformador o el seu resistència complexa Z, creant una caiguda de tensió a tots els bobinatges.

Per a l'expressió matemàtica de les connexions dins del transformador, la resistència activa dels bobinatges (generalment de coure) s'indica amb els índexs "R1" i "R2", i la inductiva per "X1" i "X2".

La impedància de cada bobina és:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

En aquesta expressió, el subíndex «j» denota una unitat imaginària situada en l'eix vertical del pla complex.

El règim més crític pel que fa a la resistència inductiva i l'aparició d'un component de potència reactiva es crea quan els transformadors estan connectats en paral·lel.

Resistència del condensador

Estructuralment, inclou dues o més plaques conductores separades per una capa de material amb propietats dielèctriques. A causa d'aquesta separació, el corrent continu no pot passar pel condensador, però sí el corrent altern, però amb una desviació del seu valor original.

El seu canvi s'explica pel principi d'acció de la resistència reactiva - capacitiva.

Sota l'acció d'una tensió alterna aplicada, canviant en forma sinusoïdal, es produeix un salt a les plaques, una acumulació de càrregues d'energia elèctrica de signes oposats. El seu nombre total està limitat per la mida del dispositiu i es caracteritza per la capacitat. Com més gran és, més temps triga a carregar-se.

Durant el següent mig cicle d'oscil·lació, la polaritat de la tensió a través de les plaques del condensador s'inverteix.Sota la seva influència, hi ha un canvi en els potencials, una recàrrega de les càrregues formades a les plaques. D'aquesta manera, es crea el flux del corrent primari i es crea l'oposició al seu pas a mesura que disminueix de magnitud i es mou al llarg de l'angle.

Els electricistes tenen una broma sobre això. El corrent continu a la gràfica es representa amb una línia recta, i quan passa pel cable, la càrrega elèctrica, arribant a la placa del condensador, descansa sobre el dielèctric, entrant en un carreró sense sortida. Aquest obstacle li impedeix passar.

L'harmònic sinusoïdal travessa obstacles i la càrrega, rodant lliurement sobre les plaques pintades, perd una petita fracció de l'energia que es capta a les plaques.

Aquesta broma té un significat ocult: quan s'aplica una tensió de pols constant o rectificada a les plaques entre les plaques, a causa de l'acumulació de càrregues elèctriques d'elles, es crea una diferència de potencial estrictament constant, que suavitza tots els salts a la font d'alimentació. circuit. Aquesta propietat d'un condensador amb capacitat augmentada s'utilitza en estabilitzadors de tensió constant.

En general, la resistència capacitiva Xc, o l'oposició al pas del corrent altern a través d'ella, depèn del disseny del condensador, que determina la capacitat «C», i s'expressa per la fórmula:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

A causa de la recàrrega de les plaques, el corrent a través del condensador augmenta la tensió en 90 graus.

Reactivitat de la línia elèctrica

Cada línia elèctrica està dissenyada per transmetre energia elèctrica. És habitual representar-lo com a seccions de circuit equivalents amb paràmetres distribuïts de r actiu, resistència reactiva (inductiva) x i conductància g, per unitat de longitud, normalment un quilòmetre.

Si descuidem la influència de la capacitat i la conductància, podem utilitzar un circuit equivalent simplificat per a una línia amb paràmetres paral·lels.

Línia elèctrica aèria

La transmissió d'electricitat per cables nus exposats requereix una distància important entre ells i des del terra.

En aquest cas, la resistència inductiva d'un quilòmetre de conductor trifàsic es pot representar amb l'expressió X0. Depèn:

• distància mitjana dels eixos dels cables entre uns i altres asr;

• diàmetre exterior dels cables de fase d;

• permeabilitat magnètica relativa del material µ;

• resistència inductiva externa de la línia X0';

• resistència inductiva interna de la línia X0 «.

Com a referència: la resistència inductiva d'1 km d'una línia aèria feta de metalls no fèrrics és d'uns 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Línia de transmissió per cable

Una línia elèctrica que utilitza un cable d'alta tensió és estructuralment diferent d'una línia aèria. La seva distància entre les fases dels cables es redueix significativament i està determinada pel gruix de la capa d'aïllament interna.

Aquest cable de tres fils es pot representar com un condensador amb tres cobertes de cables esteses a una llarga distància. A mesura que augmenta la seva longitud, augmenta la capacitat, disminueix la resistència capacitiva i augmenta el corrent capacitiu que es tanca al llarg del cable.

Les falles de terra monofàsiques es produeixen amb més freqüència a les línies de cable sota la influència de corrents capacitius. Per a la seva compensació en xarxes de 6 ÷ 35 kV, s'utilitzen reactors de supressió d'arc (DGR), que es connecten a través del neutre posat a terra de la xarxa. Els seus paràmetres es seleccionen mitjançant mètodes sofisticats de càlculs teòrics.

Els antics GDR no sempre van funcionar de manera eficaç a causa de la mala qualitat de sintonització i les imperfeccions del disseny. Estan dissenyats per als corrents de falla nominals mitjans, que sovint difereixen dels valors reals.

Actualment, s'introdueixen nous desenvolupaments de GDR, capaços de controlar automàticament les situacions d'emergència, mesurar ràpidament els seus paràmetres principals i ajustar-se per a l'extinció fiable de corrents de falla a terra amb una precisió del 2%. Gràcies a això, l'eficiència de l'operació GDR augmenta immediatament un 50%.

El principi de compensació del component reactiu de la potència de les unitats de condensadors

Les xarxes elèctriques transmeten electricitat d'alta tensió a llargues distàncies. La majoria dels seus usuaris són motors elèctrics amb resistència inductiva i elements resistius. La potència total enviada als consumidors consisteix en el component actiu P, utilitzat per fer un treball útil, i el component reactiu Q, que provoca l'escalfament dels bobinatges dels transformadors i dels motors elèctrics.

El component reactiu Q que sorgeix de les reactàncies inductives redueix la qualitat de l'energia. Per eliminar els seus efectes nocius als anys vuitanta del segle passat, es va utilitzar un esquema de compensació al sistema elèctric de l'URSS mitjançant la connexió de bancs de condensadors amb resistència capacitiva, que va reduir cosinus d'un angle φ.

Es van instal·lar en subestacions que alimenten directament els consumidors problemàtics. Això garanteix la regulació local de la qualitat de l'energia.

D'aquesta manera, és possible reduir significativament la càrrega de l'equip reduint el component reactiu alhora que transmet la mateixa potència activa.Aquest mètode es considera el mètode més eficaç per estalviar energia no només a les empreses industrials, sinó també als serveis residencials i comunals. El seu ús competent pot millorar significativament la fiabilitat dels sistemes d'alimentació.