Реактивно съпротивление в електротехниката

Известен в електротехниката Законът на Ом обяснява, че ако се приложи потенциална разлика в краищата на участък от веригата, тогава под действието му ще потече електрически ток, чиято сила зависи от съпротивлението на средата.

Източниците на променливо напрежение създават ток във веригата, свързана с тях, който може да следва формата на синусоидата на източника или да бъде изместен напред или назад под ъгъл от него.

Ако електрическата верига не променя посоката на потока на тока и нейният фазов вектор напълно съвпада с приложеното напрежение, тогава такъв участък има чисто активно съпротивление. Когато има разлика в въртенето на векторите, те говорят за реактивната природа на съпротивлението.

Различните електрически елементи имат различна способност да отклоняват посоката на протичащия през тях ток и да променят неговата величина.

Реактивност на бобината

Вземете стабилизиран източник на променливо напрежение и парче дълъг изолиран проводник. Първо, свързваме генератора към целия изправен проводник, а след това към него, но навит на пръстени наоколо магнитна верига, който се използва за подобряване на преминаването на магнитни потоци.

Чрез точно измерване на тока и в двата случая може да се види, че при втория експеримент ще се забележи значително намаляване на неговата стойност и фазово изоставане под определен ъгъл.

Това се дължи на появата на противоположни сили на индукция, проявени под действието на закона на Ленц.

На фигурата преминаването на първичния ток е показано с червени стрелки, а генерираното от него магнитно поле е показано в синьо. Посоката на неговото движение се определя от правилото на дясната ръка. Той също така пресича всички съседни завои вътре в намотката и предизвиква в тях ток, показан със зелени стрелки, което отслабва стойността на приложения първичен ток, като същевременно измества посоката му спрямо приложената ЕМП.

Колкото повече завои са навити на бобината, толкова по -индуктивно реактивно съпротивление се създава X.Lнамаляване на първичния ток.

Стойността му зависи от честотата f, индуктивността L, изчислена по формулата:

хL= 2πfL = ωL

Чрез преодоляване на силите на индуктивност, токът на бобината изостава от напрежението с 90 градуса.

Съпротивление на трансформатора

Това устройство има две или повече намотки на обща магнитна верига. Един от тях получава електричество от външен източник, а към другите се предава според принципа на трансформация.

Първичният ток, преминаващ през силовата намотка, индуцира магнитен поток във и около магнитната верига, който пресича завоите на вторичната намотка и образува вторичен ток в нея.

Тъй като е идеален за създаване трансформаторен дизайн е невъзможно, тогава част от магнитния поток ще се разсее в околната среда и ще създаде загуби. Те се наричат ​​изтичащ поток и влияят върху количеството реактивност на изтичане.

Към тях се добавя активният компонент на съпротивлението на всяка намотка. Получената обща стойност се нарича електрически импеданс на трансформатора или неговия сложна резистентност Z, създавайки спадане на напрежението във всички намотки.

За математическото изразяване на връзките вътре в трансформатора активното съпротивление на намотките (обикновено изработени от мед) се обозначава с индексите „R1“ и „R2“, а индуктивното — „X1“ и „X2“.

Импедансът във всяка намотка е:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

В този израз индексът «j» означава въображаема единица, разположена върху вертикалната ос на сложната равнина.

Най -критичният режим по отношение на индуктивното съпротивление и възникването на компонент на реактивната мощност се създава, когато трансформаторите са свързани паралелно в действие.

Съпротивление на кондензатора

Структурно включва две или повече проводими плочи, разделени от слой материал с диелектрични свойства. Поради това разделяне постоянен ток не може да премине през кондензатора, а променлив ток може, но с отклонение от първоначалната си стойност.

Промяната му се обяснява с принципа на действие на реактивно — капацитивно съпротивление.

Под действието на приложено променливо напрежение, променящо се в синусоидална форма, на плочите възниква скок, натрупване на заряди от електрическа енергия с противоположни знаци. Общият им брой е ограничен от размерите на устройството и се характеризира с капацитет. Колкото по -голям е, толкова по -дълго отнема зареждането.

През следващия полупериод на трептене полярността на напрежението върху плочите на кондензатора се обръща. Под негово влияние има промяна в потенциалите, презареждане на образуваните заряди на плочите. По този начин се създава потокът на първичния ток и противопоставянето на неговото преминаване, когато той намалява по величина и се измества по ъгъла.

Електриците имат шега по този въпрос. Постоянният ток на графиката е представен с права линия и когато минава по проводника, електрическият заряд, достигайки до кондензаторната плоча, опира в диелектрика, попадайки в задънена улица. Това препятствие му пречи да премине.

Синусоидалният хармоник преминава през препятствия и зарядът, като се търкаля свободно върху боядисаните плочи, губи малка част от енергията, която се улавя върху плочите.

Тази шега има скрит смисъл: когато към плочите между плочите се приложи постоянно или коригирано пулсиращо напрежение, поради натрупването на електрически заряди от тях, се създава строго постоянна потенциална разлика, която изглажда всички скокове във веригата на захранване . Това свойство на кондензатор с повишен капацитет се използва в стабилизатори на постоянно напрежение.

Като цяло капацитивното съпротивление Xc или противопоставянето на преминаването на променлив ток през него зависи от конструкцията на кондензатора, който определя капацитета «C», и се изразява с формулата:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° С

Поради презареждането на плочите, токът през кондензатора повишава напрежението с 90 градуса.

Реактивност на електропровода

Всеки електропровод е създаден за предаване на електрическа енергия. Обичайно е да се представя като секции с еквивалентни схеми с разпределени параметри на активно r, реактивно (индуктивно) x съпротивление и проводимост g, на единица дължина, обикновено един километър.

Ако пренебрегнем влиянието на капацитета и проводимостта, тогава можем да използваме опростена еквивалентна верига за линия с паралелни параметри.

Въздушен електропровод

Предаването на електричество по голи проводници, разположени на открито, изисква значително разстояние между тях и от земята.

В този случай индуктивното съпротивление на един километър от трифазен проводник може да бъде представено с израза X0. Зависи от:

• средно разстояние на осите на проводниците помежду си asr;

• външен диаметър на фазови проводници d;

• относителна магнитна пропускливост на материала µ;

• външно индуктивно съпротивление на линията X0 ‘;

• вътрешно индуктивно съпротивление на линията X0 «.

За справка: индуктивното съпротивление на 1 км от въздушна линия, изработена от цветни метали, е около 0,33 ÷ 0,42 Ома / км.

Кабелна преносна линия

Електропровод, използващ кабел за високо напрежение, е структурно различен от въздушната линия. Разстоянието му между фазите на проводниците е значително намалено и се определя от дебелината на слоя вътрешна изолация.

Такъв трижилен кабел може да се представи като кондензатор с три обвивки от жила, опънати на голямо разстояние. С увеличаване на дължината му капацитетът се увеличава, капацитивното съпротивление намалява и капацитивният ток, който се затваря по кабела, се увеличава.

В кабелните линии под въздействието на капацитивни токове най-често възникват еднофазни земни повреди. За тяхната компенсация в мрежи 6 ÷ 35 kV се използват реактори за потискане на дъгата (DGR), които са свързани чрез заземена неутрала на мрежата. Техните параметри се избират чрез сложни методи на теоретични изчисления.

Старите ГДР не винаги работеха ефективно поради лошо качество на настройка и несъвършенства в дизайна. Те са създадени за средните номинални токове на повреда, които често се различават от реалните стойности.

В днешно време се въвеждат нови разработки на ГДР, способни автоматично да наблюдават аварийни ситуации, бързо да измерват основните им параметри и да се коригират за надеждно гасене на токове на земна повреда с точност от 2%. Благодарение на това ефективността на операцията на ГДР веднага се увеличава с 50%.

Принципът на компенсация на реактивния компонент на мощността от кондензаторни единици

Електрическите мрежи предават електричество с високо напрежение на големи разстояния. Повечето от нейните потребители са електродвигатели с индуктивно съпротивление и резистивни елементи. Общата мощност, изпратена до потребителите, се състои от активния компонент P, изразходван за извършване на полезна работа, и реактивния компонент Q, който причинява нагряване на намотките на трансформатори и електродвигатели.

Реактивният компонент Q, произтичащ от индуктивни реактиви, намалява качеството на мощността. За да се премахнат вредните му ефекти през осемдесетте години на миналия век, в електроенергийната система на СССР беше използвана компенсационна схема чрез свързване на кондензаторни банки с капацитивно съпротивление, което намали косинус на ъгъл φ.

Те бяха инсталирани на подстанции, които директно захранват проблемните потребители. Това гарантира местно регулиране на качеството на електроенергията.

По този начин е възможно значително да се намали натоварването на оборудването чрез намаляване на реактивния компонент при предаване на същата активна мощност. Този метод се счита за най -ефективния метод за пестене на енергия не само в промишлени предприятия, но и в жилищни и комунални услуги. Компетентното му използване може значително да подобри надеждността на работата на енергийните системи.