Reaktance v elektrotechnice

Slavný v elektrotechnice Ohmův zákon vysvětluje, že pokud je na konce části obvodu aplikován potenciálový rozdíl, pak při jeho působení poteče elektrický proud, jehož síla závisí na odporu média.

Zdroje střídavého napětí vytvářejí v k nim připojeném obvodu proud, který může sledovat tvar sinusovky zdroje nebo být od ní posunut dopředu nebo dozadu o úhel.

Pokud elektrický obvod nemění směr toku proudu a jeho fázový vektor se zcela shoduje s přiloženým napětím, pak má takový úsek čistě aktivní odpor. Když existuje rozdíl v rotaci vektorů, hovoří o reaktivní povaze odporu.

Různé elektrické prvky mají různou schopnost vychylovat jimi procházející proud a měnit jeho velikost.

Reaktance cívky

Vezměte stabilizovaný zdroj střídavého napětí a kus dlouhého izolovaného drátu. Nejprve připojíme generátor k celému rovnému drátu a poté k němu, ale navinutým v kroužcích magnetický obvod, který se používá ke zlepšení průchodu magnetických toků.

Přesným měřením proudu v obou případech lze vidět, že ve druhém experimentu bude pozorován výrazný pokles jeho hodnoty a fázové zpoždění pod určitým úhlem.

To je způsobeno výskytem opačných sil indukce, které se projevují působením Lenzova zákona.

Na obrázku je průchod primárního proudu znázorněn červenými šipkami a jím generované magnetické pole je znázorněno modře. Směr jeho pohybu určuje pravidlo pravé ruky. Také protíná všechny sousední závity uvnitř cívky a indukuje v nich proud, znázorněný zelenými šipkami, který zeslabuje hodnotu aplikovaného primárního proudu a zároveň posouvá jeho směr vzhledem k aplikovanému EMF.

Čím více závitů navinutých na cívce, tím větší indukční reaktance X.L snižuje primární proud.

Jeho hodnota závisí na frekvenci f, indukčnosti L, vypočítané podle vzorce:

xL= 2πfL = ωL

Překonáním indukčních sil zpozdí proud cívky napětí o 90 stupňů.

Odpor transformátoru

Toto zařízení má dvě nebo více cívek na společném magnetickém obvodu. Jeden z nich přijímá elektřinu z vnějšího zdroje a do ostatních se přenáší na principu transformace.

Primární proud procházející silovou cívkou indukuje magnetický tok v a kolem magnetického obvodu, který protíná závity sekundární cívky a vytváří v ní sekundární proud.

Protože je ideální pro tvoření konstrukce transformátoru je nemožné, pak se část magnetického toku rozptýlí do okolí a vytvoří ztráty.Ty se nazývají únikový tok a ovlivňují velikost únikové reaktance.

K nim se přidává aktivní složka odporu každé cívky. Celková získaná hodnota se nazývá elektrická impedance transformátoru nebo jeho komplexní odpor Z, což vytváří pokles napětí na všech vinutích.

Pro matematické vyjádření zapojení uvnitř transformátoru je činný odpor vinutí (obvykle měděných) označen indexy "R1" a "R2" a induktivního "X1" a "X2".

Impedance v každé cívce je:

• Z1 = R1 + jXi;

• Z2 = R1 + jX2.

V tomto výrazu dolní index «j» označuje imaginární jednotku umístěnou na svislé ose komplexní roviny.

Nejkritičtější režim z hlediska indukčního odporu a výskytu složky jalového výkonu vzniká při paralelním zapojení transformátorů.

Odpor kondenzátoru

Strukturálně zahrnuje dvě nebo více vodivých desek oddělených vrstvou materiálu s dielektrickými vlastnostmi. Kvůli tomuto oddělení nemůže kondenzátorem procházet stejnosměrný proud, ale střídavý proud ano, ale s odchylkou od původní hodnoty.

Jeho změna se vysvětluje principem působení reaktivního - kapacitního odporu.

Při působení aplikovaného střídavého napětí, měnícího se v sinusovém tvaru, dochází na deskách ke skoku, akumulaci nábojů elektrické energie s opačnými znaménky. Jejich celkový počet je omezen velikostí zařízení a vyznačuje se kapacitou. Čím je větší, tím déle trvá nabíjení.

Během dalšího půlcyklu oscilace se polarita napětí na deskách kondenzátoru obrátí.Pod jeho vlivem dochází ke změně potenciálů, dobíjení vzniklých nábojů na deskách. Tímto způsobem se vytváří tok primárního proudu a vytváří se odpor proti jeho průchodu, když se zmenšuje velikost a pohybuje se podél úhlu.

Elektrikáři na to mají vtip. Stejnosměrný proud na grafu je znázorněn přímkou, a když prochází podél drátu, elektrický náboj, dosahující desku kondenzátoru, spočívá na dielektriku a dostává se do slepé uličky. Tato překážka mu brání v průchodu.

Sinusová harmonická prochází přes překážky a náboj, volně se valící po lakovaných deskách, ztrácí malý zlomek energie, která je na deskách zachycena.

Tento vtip má skrytý význam: když je na desky mezi deskami aplikováno konstantní nebo usměrněné pulzující napětí, v důsledku akumulace elektrických nábojů z nich vzniká přísně konstantní potenciálový rozdíl, který vyhlazuje všechny skoky v napájecím zdroji. obvod. Tato vlastnost kondenzátoru se zvýšenou kapacitou se využívá ve stabilizátorech konstantního napětí.

Obecně platí, že kapacitní odpor Xc nebo odpor k průchodu střídavého proudu přes něj závisí na konstrukci kondenzátoru, který určuje kapacitu «C», a je vyjádřen vzorcem:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω°C

Vlivem dobíjení desek proud přes kondenzátor zvedne napětí o 90 stupňů.

Reaktivita elektrického vedení

Každé elektrické vedení je navrženo pro přenos elektrické energie. Je zvykem jej reprezentovat jako ekvivalentní obvodové úseky s rozloženými parametry činné r, jalový (indukční) x odpor a vodivost g, na jednotku délky, obvykle jeden kilometr.

Pokud zanedbáme vliv kapacity a vodivosti, pak můžeme pro vedení s paralelními parametry použít zjednodušený náhradní obvod.

Nadzemní elektrické vedení

Přenos elektřiny přes nechráněné holé dráty vyžaduje značnou vzdálenost mezi nimi a od země.

V tomto případě může být indukční odpor jednoho kilometru třífázového vodiče reprezentován výrazem X0. Závisí:

• průměrná vzdálenost os drátů mezi sebou asr;

• vnější průměr fázových vodičů d;

• relativní magnetická permeabilita materiálu µ;

• vnější indukční odpor vedení X0 ';

• vnitřní indukční odpor vedení X0 «.

Pro informaci: indukční odpor 1 km venkovního vedení vyrobeného z neželezných kovů je asi 0,33 ÷ 0,42 Ohm/km.

Kabelová přenosová linka

Elektrické vedení využívající vysokonapěťový kabel se konstrukčně liší od venkovního vedení. Jeho vzdálenost mezi fázemi vodičů je výrazně snížena a je určena tloušťkou vnitřní izolační vrstvy.

Takový třívodičový kabel může být reprezentován jako kondenzátor se třemi plášti drátů nataženými na dlouhou vzdálenost. S rostoucí jeho délkou se zvyšuje kapacita, snižuje se kapacitní odpor a zvyšuje se kapacitní proud, který se uzavírá podél kabelu.

Jednofázové zemní poruchy se nejčastěji vyskytují v kabelových vedeních pod vlivem kapacitních proudů. Pro jejich kompenzaci v sítích 6 ÷ 35 kV se používají tlumivky pro potlačení oblouku (DGR), které jsou připojeny přes uzemněný neutrál sítě. Jejich parametry jsou vybírány sofistikovanými metodami teoretických výpočtů.

Staré GDR ne vždy fungovaly efektivně kvůli špatné kvalitě ladění a konstrukčním nedokonalostem. Jsou navrženy pro průměrné jmenovité poruchové proudy, které se často liší od skutečných hodnot.

V současné době jsou zaváděny nové vývojové systémy GDR, které jsou schopné automaticky monitorovat nouzové situace, rychle měřit jejich hlavní parametry a upravovat pro spolehlivé zhášení zemních poruchových proudů s přesností 2 %. Díky tomu se efektivita provozu NDR okamžitě zvyšuje o 50 %.

Princip kompenzace jalové složky výkonu z kondenzátorových jednotek

Elektrické sítě přenášejí vysokonapěťovou elektřinu na velké vzdálenosti. Většina jeho uživatelů jsou elektromotory s indukčním odporem a odporovými prvky. Celkový výkon odeslaný spotřebitelům se skládá z aktivní složky P, sloužící k užitečné práci, a jalové složky Q, která způsobuje zahřívání vinutí transformátorů a elektromotorů.

Reaktivní složka Q vznikající v důsledku indukčních reaktancí snižuje kvalitu elektrické energie. K eliminaci jeho škodlivých účinků bylo v osmdesátých letech minulého století v energetické soustavě SSSR použito kompenzační schéma připojením kondenzátorových bank s kapacitním odporem, které snižovalo kosinus úhlu φ.

Byly instalovány na rozvodnách, které přímo zásobují problémové spotřebitele. Tím je zajištěna místní regulace kvality elektrické energie.

Tímto způsobem je možné výrazně snížit zatížení zařízení snížením jalové složky při přenosu stejného činného výkonu.Tato metoda je považována za nejúčinnější způsob úspory energie nejen v průmyslových podnicích, ale také v bytových a komunálních službách. Jeho kompetentní použití může výrazně zlepšit spolehlivost energetických systémů.