Reaktancija u elektrotehnici

Poznat u elektrotehnici Ohmov zakon objašnjava da ako se razlika potencijala primijeni na krajeve dijela kruga, tada će pod njezinim djelovanjem teći električna struja čija jakost ovisi o otporu medija.

Izvori izmjeničnog napona stvaraju struju u krugu spojenom na njih, koja može slijediti oblik sinusnog vala izvora ili biti pomaknuta naprijed ili unatrag za kut od njega.

Ako električni krug ne mijenja smjer toka struje i njegov se fazni vektor potpuno podudara s primijenjenim naponom, tada takav odjeljak ima čisto aktivni otpor. Kada postoji razlika u rotaciji vektora, oni govore o reaktivnoj prirodi otpora.

Različiti električni elementi imaju različitu sposobnost skrenuti struju koja teče kroz njih i promijeniti njezinu veličinu.

Reaktancija zavojnice

Uzmite stabilizirani izvor izmjeničnog napona i komad duge izolirane žice. Prvo spojimo generator na cijelu ravnu žicu, a zatim na nju, ali omotanu u prstenove magnetski krug, koji se koristi za poboljšanje prolaza magnetskih tokova.

Preciznim mjerenjem struje u oba slučaja vidi se da će se u drugom pokusu uočiti značajno smanjenje njezine vrijednosti i fazno zaostajanje pod određenim kutom.

To je zbog pojave suprotnih sila indukcije koje se očituju pod djelovanjem Lenzova zakona.

Na slici je prolaz primarne struje prikazan crvenim strelicama, a magnetsko polje koje ona stvara prikazano je plavom bojom. Smjer njegovog kretanja određen je pravilom desne ruke. Također prelazi sve susjedne zavoje unutar zavojnice i inducira struju u njima, prikazanu zelenim strelicama, što slabi vrijednost primijenjene primarne struje dok pomiče njezin smjer u odnosu na primijenjeni EMF.

Što je više zavoja namotano na zavojnici, to je veća induktivna reaktancija X. L smanjuje primarnu struju.

Njegova vrijednost ovisi o frekvenciji f, induktivnosti L, izračunatoj formulom:

xL= 2πfL = ωL

Svladavanjem sila induktiviteta struja zavojnice zaostaje za naponom za 90 stupnjeva.

Otpor transformatora

Ovaj uređaj ima dvije ili više zavojnica na zajedničkom magnetskom krugu. Jedan od njih prima električnu energiju iz vanjskog izvora, a ostalima se prenosi prema principu transformacije.

Primarna struja koja prolazi kroz energetsku zavojnicu inducira magnetski tok unutar i oko magnetskog kruga, koji prelazi zavoje sekundarne zavojnice i u njoj stvara sekundarnu struju.

Zato što je savršen za stvaranje dizajn transformatora nemoguće, tada će se dio magnetskog toka raspršiti u okolinu i stvoriti gubitke.Oni se nazivaju tok curenja i utječu na količinu reaktancije curenja.

Njima se dodaje aktivna komponenta otpora svake zavojnice. Ukupna dobivena vrijednost naziva se električna impedancija transformatora ili njegova složeni otpor Z, stvarajući pad napona na svim namotima.

Za matematički izraz spojeva unutar transformatora, aktivni otpor namota (obično izrađenih od bakra) označen je indeksima "R1" i "R2", a induktivni s "X1" i "X2".

Impedancija u svakoj zavojnici je:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

U ovom izrazu indeks «j» označava imaginarnu jedinicu smještenu na okomitoj osi kompleksne ravnine.

Najkritičniji režim u pogledu induktivnog otpora i pojave komponente jalove snage nastaje pri paralelnom spoju transformatora.

Otpor kondenzatora

Strukturno, uključuje dvije ili više vodljivih ploča odvojenih slojem materijala s dielektričnim svojstvima. Zbog tog odvajanja istosmjerna struja ne može proći kroz kondenzator, ali izmjenična može, ali uz odstupanje od izvorne vrijednosti.

Njegova promjena objašnjava se principom djelovanja reaktivno - kapacitivnog otpora.

Pod djelovanjem primijenjenog izmjeničnog napona, koji se mijenja u sinusnom obliku, dolazi do skoka na pločama, nakupljanja naboja električne energije suprotnih predznaka. Njihov ukupan broj ograničen je veličinom uređaja i karakteriziran je kapacitetom. Što je veći, to mu je dulje potrebno za punjenje.

Tijekom sljedećeg poluciklusa titranja, polaritet napona na pločama kondenzatora je obrnut.Pod njegovim utjecajem dolazi do promjene potencijala, ponovnog punjenja formiranih naboja na pločama. Na taj se način stvara protok primarne struje i stvara se suprotnost njenom prolasku jer se smanjuje u veličini i kreće uzduž kuta.

Električari imaju šalu o tome. Istosmjerna struja na grafikonu predstavljena je ravnom linijom, a kada prolazi duž žice, električni naboj, koji dolazi do ploče kondenzatora, leži na dielektriku, ulazeći u slijepu ulicu. Ova ga prepreka sprječava u prolazu.

Sinusoidni harmonik prolazi kroz prepreke i naboj, slobodno se kotrljajući po oslikanim pločama, gubi mali dio energije koja je zarobljena na pločama.

Ova šala ima skriveno značenje: kada se konstantni ili ispravljeni pulsirajući napon primijeni na ploče između ploča, zbog nakupljanja električnih naboja iz njih, stvara se strogo konstantna razlika potencijala, koja izglađuje sve skokove u napajanju strujni krug. Ovo svojstvo kondenzatora s povećanim kapacitetom koristi se u stabilizatorima konstantnog napona.

Općenito, kapacitivni otpor Xc, odnosno otpor prolazu izmjenične struje kroz njega, ovisi o dizajnu kondenzatora, koji određuje kapacitet «C», a izražava se formulom:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Zbog ponovnog punjenja ploča, struja kroz kondenzator podiže napon za 90 stupnjeva.

Reaktivnost dalekovoda

Svaki dalekovod je dizajniran za prijenos električne energije. Uobičajeno je prikazati ga kao ekvivalentne dionice kruga s raspodijeljenim parametrima aktivnog r, reaktivnog (induktivnog) x otpora i vodljivosti g, po jedinici duljine, obično jednog kilometra.

Ako zanemarimo utjecaj kapacitivnosti i vodljivosti, tada možemo koristiti pojednostavljenu nadomjesnu shemu za vod s paralelnim parametrima.

Nadzemni dalekovod

Prijenos električne energije preko golih žica zahtijeva značajnu udaljenost između njih i zemlje.

U tom slučaju induktivni otpor jednog kilometra trofaznog vodiča može se prikazati izrazom X0. Ovisi:

• prosječna udaljenost osi žica između sebe asr;

• vanjski promjer faznih žica d;

• relativna magnetska propusnost materijala µ;

• vanjski induktivni otpor voda X0 ';

• unutarnji induktivni otpor voda X0 «.

Za referencu: induktivni otpor 1 km nadzemnog voda od obojenih metala je oko 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Kabelski dalekovod

Električni vod koji koristi visokonaponski kabel strukturno se razlikuje od nadzemnog voda. Njegova udaljenost između faza žica značajno je smanjena i određena je debljinom unutarnjeg izolacijskog sloja.

Takav trožilni kabel može se predstaviti kao kondenzator s tri omotača žica rastegnutih na velikoj udaljenosti. Povećanjem njegove duljine povećava se kapacitet, smanjuje se kapacitivni otpor, a povećava se kapacitivna struja koja se zatvara duž kabela.

Jednofazni zemljospojevi najčešće nastaju u kabelskim vodovima pod utjecajem kapacitivnih struja. Za njihovu kompenzaciju u mrežama 6 ÷ 35 kV koriste se reaktori za gašenje luka (DGR) koji se spajaju preko uzemljene neutralne točke mreže. Njihovi parametri odabrani su sofisticiranim metodama teoretskih proračuna.

Stari GDR-ovi nisu uvijek radili učinkovito zbog loše kvalitete ugađanja i nesavršenosti dizajna. Namijenjeni su za prosječne nazivne struje kvara, koje se često razlikuju od stvarnih vrijednosti.

Danas se uvode novi razvoji GDR-ova, sposobnih za automatsko praćenje hitnih situacija, brzo mjerenje njihovih glavnih parametara i podešavanje za pouzdano gašenje struja zemljospoja s točnošću od 2%. Zahvaljujući tome, učinkovitost rada GDR-a odmah se povećava za 50%.

Princip kompenzacije jalove komponente snage iz kondenzatorskih jedinica

Električne mreže prenose električnu energiju visokog napona na velike udaljenosti. Većina njegovih korisnika su elektromotori s induktivnim otporom i otpornim elementima. Ukupna snaga poslana potrošačima sastoji se od aktivne komponente P, koja služi za obavljanje korisnog rada, i reaktivne komponente Q, koja uzrokuje zagrijavanje namota transformatora i elektromotora.

Reaktivna komponenta Q koja proizlazi iz induktivnih reaktancija smanjuje kvalitetu električne energije. Kako bi se uklonili njegovi štetni učinci, osamdesetih godina prošlog stoljeća u elektroenergetskom sustavu SSSR-a korištena je kompenzacijska shema spajanjem baterija kondenzatora s kapacitivnim otporom, što je smanjilo kosinus kuta φ.

Postavljeni su na trafostanicama koje izravno napajaju problematične potrošače. Time se osigurava lokalna regulacija kvalitete električne energije.

Na taj način je moguće značajno smanjiti opterećenje opreme smanjenjem jalove komponente uz prijenos iste djelatne snage.Ova se metoda smatra najučinkovitijom metodom uštede energije ne samo u industrijskim poduzećima, već iu stambenim i komunalnim uslugama. Njegova kompetentna uporaba može značajno poboljšati pouzdanost elektroenergetskih sustava.