Reactantie in de elektrotechniek

Beroemd in de elektrotechniek De wet van Ohm legt uit dat als een potentiaalverschil wordt toegepast op de uiteinden van een deel van het circuit, er onder zijn werking een elektrische stroom zal vloeien, waarvan de sterkte afhangt van de weerstand van het medium.

AC-spanningsbronnen creëren een stroom in het circuit dat erop is aangesloten, die de vorm van de sinusgolf van de bron kan volgen of over een hoek naar voren of naar achteren kan worden verschoven.

Als het elektrische circuit de richting van de stroom niet verandert en de fasevector ervan volledig samenvalt met de aangelegde spanning, dan heeft zo'n sectie een puur actieve weerstand. Wanneer er een verschil is in de rotatie van de vectoren, spreken ze van de reactieve aard van de weerstand.

Verschillende elektrische elementen hebben een verschillend vermogen om de stroom die er doorheen stroomt af te buigen en de grootte ervan te veranderen.

Reactantie van de spoel

Neem een ​​gestabiliseerde wisselspanningsbron en een stuk lange geïsoleerde draad. Eerst verbinden we de generator met de hele rechte draad, en dan ermee, maar in ringen eromheen gewikkeld magnetisch circuit, die wordt gebruikt om de doorgang van magnetische fluxen te verbeteren.

Door de stroom in beide gevallen nauwkeurig te meten, kan worden gezien dat in het tweede experiment een significante afname van de waarde en een fasevertraging onder een bepaalde hoek zal worden waargenomen.

Dit komt door het verschijnen van tegengestelde inductiekrachten die zich manifesteren onder de werking van de wet van Lenz.

In de figuur wordt de doorgang van de primaire stroom weergegeven door rode pijlen en het daardoor gegenereerde magnetische veld wordt weergegeven in blauw. De richting van zijn beweging wordt bepaald door de rechterhandregel. Het kruist ook alle aangrenzende windingen in de spoel en wekt daarin een stroom op, weergegeven door de groene pijlen, die de waarde van de toegepaste primaire stroom verzwakt terwijl de richting ervan verschuift ten opzichte van de toegepaste EMF.

Hoe meer windingen op de spoel gewikkeld zijn, hoe meer inductieve reactantie X.L vermindert de primaire stroom.

De waarde hangt af van de frequentie f, de inductantie L, berekend met de formule:

xL= 2πfL = ωL

Door inductantiekrachten te overwinnen loopt de spoelstroom 90 graden achter op de spanning.

Transformator weerstand

Dit apparaat heeft twee of meer spoelen op een gemeenschappelijk magnetisch circuit. Een van hen ontvangt elektriciteit van een externe bron en wordt doorgegeven aan de anderen volgens het principe van transformatie.

De primaire stroom die door de vermogensspoel gaat, induceert een magnetische flux in en rond het magnetische circuit, die de windingen van de secundaire spoel kruist en daarin een secundaire stroom vormt.

Omdat het perfect is om te creëren transformator ontwerp onmogelijk is, zal een deel van de magnetische flux in de omgeving verdwijnen en verliezen veroorzaken.Dit worden lekflux genoemd en beïnvloeden de hoeveelheid lekreactantie.

Hieraan wordt de actieve component van de weerstand van elke spoel toegevoegd. De totale verkregen waarde wordt de elektrische impedantie van de transformator of zijn complexe weerstand Z, waardoor een spanningsval ontstaat over alle wikkelingen.

Voor de wiskundige uitdrukking van de verbindingen in de transformator wordt de actieve weerstand van de wikkelingen (meestal gemaakt van koper) aangegeven door de indices "R1" en "R2", en de inductieve door "X1" en "X2".

De impedantie in elke spoel is:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

In deze uitdrukking geeft het subscript «j» een denkbeeldige eenheid aan die zich op de verticale as van het complexe vlak bevindt.

Het meest kritische regime in termen van inductieve weerstand en het optreden van een blindvermogenscomponent wordt gecreëerd wanneer de transformatoren parallel worden aangesloten.

Weerstand condensator

Structureel omvat het twee of meer geleidende platen gescheiden door een laag materiaal met diëlektrische eigenschappen. Door deze scheiding kan gelijkstroom niet door de condensator, maar wisselstroom wel, maar met een afwijking van de oorspronkelijke waarde.

De verandering wordt verklaard door het werkingsprincipe van reactieve - capacitieve weerstand.

Onder invloed van een aangelegde wisselspanning, veranderend in een sinusvormige vorm, vindt er een sprong plaats op de platen, een opeenhoping van ladingen elektrische energie met tegengestelde tekens. Hun totale aantal wordt beperkt door de grootte van het apparaat en wordt gekenmerkt door capaciteit. Hoe groter het is, hoe langer het duurt om op te laden.

Tijdens de volgende halve oscillatiecyclus wordt de polariteit van de spanning over de condensatorplaten omgekeerd.Onder zijn invloed is er een verandering in de potentialen, een herlading van de gevormde ladingen op de platen. Op deze manier wordt de stroom van de primaire stroom gecreëerd en wordt de weerstand tegen de doorgang gecreëerd naarmate deze in omvang afneemt en langs de hoek beweegt.

Elektriciens maken er een grapje over. Gelijkstroom op de grafiek wordt weergegeven door een rechte lijn, en wanneer deze langs de draad gaat, rust de elektrische lading, die de condensatorplaat bereikt, op het diëlektricum en loopt dood. Dit obstakel verhindert hem te passeren.

De sinusvormige harmonische passeert obstakels en de lading, die vrij over de geverfde platen rolt, verliest een klein deel van de energie die op de platen wordt opgevangen.

Deze grap heeft een verborgen betekenis: wanneer een constante of gelijkgerichte pulserende spanning wordt toegepast op de platen tussen de platen, ontstaat er door de accumulatie van elektrische ladingen een strikt constant potentiaalverschil, dat alle sprongen in de voeding gladstrijkt circuit. Deze eigenschap van een condensator met verhoogde capaciteit wordt gebruikt in constante spanningsstabilisatoren.

Over het algemeen hangt de capacitieve weerstand Xc, of de weerstand tegen de doorgang van wisselstroom erdoor, af van het ontwerp van de condensator, die de capaciteit «C» bepaalt, en wordt uitgedrukt door de formule:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Door het opladen van de platen verhoogt de stroom door de condensator de spanning met 90 graden.

Reactiviteit van de hoogspanningslijn

Elke hoogspanningslijn is ontworpen om elektrische energie over te dragen. Het is gebruikelijk om het weer te geven als equivalente circuitsecties met gedistribueerde parameters van actieve r, reactieve (inductieve) x weerstand en geleiding g, per lengte-eenheid, meestal één kilometer.

Als we de invloed van capaciteit en geleiding verwaarlozen, kunnen we een vereenvoudigd equivalent circuit gebruiken voor een lijn met parallelle parameters.

Bovengrondse hoogspanningslijn

Transmissie van elektriciteit over blootliggende draden vereist een aanzienlijke afstand tussen hen en vanaf de grond.

In dit geval kan de inductieve weerstand van één kilometer driefasige geleider worden weergegeven door de uitdrukking X0. Hangt ervan af:

• gemiddelde afstand van de assen van de draden onderling asr;

• buitendiameter van fasedraden d;

• relatieve magnetische permeabiliteit van het materiaal µ;

• externe inductieve weerstand van de lijn X0 ';

• interne inductieve weerstand van de lijn X0 «.

Ter referentie: de inductieve weerstand van 1 km van een bovenleiding gemaakt van non-ferrometalen is ongeveer 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Kabel transmissielijn

Een hoogspanningslijn met een hoogspanningskabel is structureel anders dan een bovengrondse lijn. De afstand tussen de fasen van de draden is aanzienlijk verkleind en wordt bepaald door de dikte van de interne isolatielaag.

Zo'n drieaderige kabel kan worden voorgesteld als een condensator met drie omhulsels van draden die over een lange afstand zijn gespannen. Naarmate de lengte toeneemt, neemt de capaciteit toe, neemt de capacitieve weerstand af en neemt de capacitieve stroom die langs de kabel sluit toe.

Eenfasige aardfouten komen het vaakst voor in kabellijnen onder invloed van capacitieve stromen. Voor hun compensatie in 6 ÷ 35 kV-netwerken worden boogonderdrukkingsreactoren (DGR) gebruikt, die zijn verbonden via de geaarde nulleider van het netwerk. Hun parameters worden geselecteerd door geavanceerde methoden van theoretische berekeningen.

Oude DDR's werkten niet altijd goed vanwege de slechte afstemkwaliteit en onvolkomenheden in het ontwerp. Ze zijn ontworpen voor de gemiddelde nominale foutstromen, die vaak afwijken van de werkelijke waarden.

Tegenwoordig worden nieuwe ontwikkelingen van DDR's geïntroduceerd, die in staat zijn om automatisch noodsituaties te bewaken, snel hun belangrijkste parameters te meten en aan te passen voor betrouwbare blussing van aardfoutstromen met een nauwkeurigheid van 2%. Hierdoor stijgt de efficiëntie van de DDR-operatie direct met 50%.

Het principe van compensatie van de reactieve vermogenscomponent van condensatoreenheden

Elektriciteitsnetten transporteren hoogspanningselektriciteit over lange afstanden. De meeste gebruikers zijn elektromotoren met inductieve weerstand en weerstandselementen. Het totale vermogen dat naar consumenten wordt gestuurd, bestaat uit de actieve component P, die wordt gebruikt om nuttig werk te doen, en de reactieve component Q, die de wikkelingen van transformatoren en elektromotoren opwarmt.

De reactieve component Q die voortkomt uit inductieve reactanties vermindert de vermogenskwaliteit. Om de schadelijke effecten ervan in de jaren tachtig van de vorige eeuw te elimineren, werd in het voedingssysteem van de USSR een compensatieschema gebruikt door condensatorbanken te verbinden met capacitieve weerstand, waardoor cosinus van een hoek φ.

Ze werden geïnstalleerd op onderstations die de probleemconsumenten rechtstreeks voeden. Dit zorgt voor lokale regulering van de stroomkwaliteit.

Op deze manier is het mogelijk om de belasting van de apparatuur aanzienlijk te verminderen door de reactieve component te verminderen terwijl hetzelfde actieve vermogen wordt overgedragen.Deze methode wordt beschouwd als de meest effectieve methode om energie te besparen, niet alleen in industriële ondernemingen, maar ook in residentiële en gemeentelijke diensten. Het competente gebruik ervan kan de betrouwbaarheid van energiesystemen aanzienlijk verbeteren.