Elektrik mühendisliğinde reaktans

Elektrik mühendisliğinde ünlü Ohm Yasası devrenin bir bölümünün uçlarına bir potansiyel fark uygulanırsa, kuvveti ortamın direncine bağlı olan bir elektrik akımının etkisi altında akacağını açıklar.

AC voltaj kaynakları, kendilerine bağlı devrede, kaynağın sinüs dalgasının şeklini takip edebilen veya ondan bir açıyla ileri veya geri kaydırılabilen bir akım oluşturur.

Elektrik devresi akım akışının yönünü değiştirmiyorsa ve faz vektörü uygulanan voltajla tamamen çakışıyorsa, böyle bir bölüm tamamen aktif bir dirence sahiptir. Vektörlerin dönüşünde bir fark olduğunda, direncin reaktif doğasından söz ederler.

Farklı elektrik elemanları, içinden akan akımı saptırma ve büyüklüğünü değiştirme konusunda farklı yeteneklere sahiptir.

Bobinin reaktansı

Stabilize edilmiş bir AC voltaj kaynağı ve bir parça uzun yalıtımlı kablo alın. İlk olarak, jeneratörü tüm düz kabloya ve sonra ona bağlarız, ancak etrafındaki halkalara sarılırız. manyetik devre, manyetik akıların geçişini iyileştirmek için kullanılır.

Her iki durumda da akımı doğru ölçerek, ikinci deneyde değerinde önemli bir düşüş ve belirli bir açıda bir faz gecikmesi gözlemleneceği görülebilir.

Bunun nedeni, Lenz yasasının etkisi altında ortaya çıkan zıt tümevarım kuvvetlerinin ortaya çıkmasıdır.

Şekilde, birincil akımın geçişi kırmızı oklarla ve bunun oluşturduğu manyetik alan mavi ile gösterilmiştir. Hareket yönü sağ el kuralı ile belirlenir. Ayrıca bobin içindeki tüm bitişik dönüşleri geçer ve içlerinde, uygulanan EMF'ye göre yönünü değiştirirken uygulanan birincil akımın değerini zayıflatan yeşil oklarla gösterilen bir akımı indükler.

Bobin üzerine ne kadar çok tur sarılırsa, X.L o kadar endüktif reaktans birincil akımı azaltır.

Değeri, aşağıdaki formülle hesaplanan f frekansına, L endüktansına bağlıdır:

xL= 2πfL = ωL

Endüktans kuvvetlerinin üstesinden gelinerek, bobin akımı voltajın 90 derece gerisinde kalır.

Trafo direnci

Bu cihaz, ortak bir manyetik devre üzerinde iki veya daha fazla bobine sahiptir. Biri dış kaynaktan elektrik alır ve dönüşüm ilkesine göre diğerlerine iletir.

Güç bobininden geçen birincil akım, manyetik devrenin içinde ve çevresinde, ikincil bobinin dönüşlerini geçen ve içinde ikincil bir akım oluşturan bir manyetik akı oluşturur.

Çünkü yaratmak için mükemmel trafo tasarımı mümkün değilse, manyetik akının bir kısmı çevreye dağılacak ve kayıplara neden olacaktır.Bunlara kaçak akı denir ve kaçak reaktans miktarını etkiler.

Bunlara, her bobinin direncinin aktif bileşeni eklenir. Elde edilen toplam değer, transformatörün veya onun elektrik empedansı olarak adlandırılır. karmaşık direnç Z, tüm sargılarda bir voltaj düşüşü yaratır.

Transformatörün içindeki bağlantıların matematiksel ifadesi için, sargıların aktif direnci (genellikle bakırdan yapılır) "R1" ve "R2" endeksleri ile ve endüktif "X1" ve "X2" ile gösterilir.

Her bobindeki empedans:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

Bu ifadede, "j" alt simgesi, karmaşık düzlemin dikey ekseninde bulunan hayali bir birimi belirtir.

Endüktif direnç ve reaktif güç bileşeni oluşumu açısından en kritik rejim, transformatörlerin paralel olarak bağlanması durumunda oluşur.

kapasitör direnci

Yapısal olarak, dielektrik özelliklere sahip bir malzeme tabakası ile ayrılmış iki veya daha fazla iletken plaka içerir. Bu ayrılma nedeniyle, doğru akım kapasitörden geçemez, ancak alternatif akım geçebilir, ancak orijinal değerinden bir sapma ile.

Değişimi, reaktif - kapasitif direncin etki prensibi ile açıklanmaktadır.

Uygulanan bir alternatif voltajın etkisi altında, sinüzoidal bir biçimde değişen, plakalarda bir sıçrama meydana gelir, zıt işaretlerle elektrik enerjisi yüklerinin birikmesi. Toplam sayıları, cihazın boyutuyla sınırlıdır ve kapasite ile karakterize edilir. Ne kadar büyük olursa, şarj olması o kadar uzun sürer.

Bir sonraki salınım yarım döngüsü sırasında, kapasitör plakaları boyunca voltajın polaritesi tersine çevrilir.Etkisi altında, potansiyellerde bir değişiklik, plakalar üzerinde oluşan yüklerin yeniden yüklenmesi vardır. Bu şekilde, birincil akımın akışı oluşturulur ve büyüklüğü azaldıkça ve açı boyunca hareket ettikçe geçişine karşıtlık oluşturulur.

Elektrikçilerin bununla ilgili bir şakası var. Grafikteki doğru akım düz bir çizgi ile temsil edilir ve tel boyunca geçtiğinde, kapasitör plakasına ulaşan elektrik yükü dielektrik üzerinde durur ve çıkmaza girer. Bu engel onun geçmesini engeller.

Sinüzoidal harmonik engellerden geçer ve boyalı plakalar üzerinde serbestçe yuvarlanan yük, plakalar üzerinde tutulan enerjinin küçük bir kısmını kaybeder.

Bu şakanın gizli bir anlamı vardır: plakalar arasındaki elektrik yüklerinin birikmesi nedeniyle plakalara sabit veya düzeltilmiş bir titreşimli voltaj uygulandığında, güç kaynağındaki tüm sıçramaları yumuşatan kesinlikle sabit bir potansiyel fark yaratılır. devre. Arttırılmış kapasitanslı bir kapasitörün bu özelliği, sabit voltaj stabilizatörlerinde kullanılır.

Genel olarak, kapasitif direnç Xc veya içinden alternatif akımın geçişine karşı direnç, "C" kapasitansını belirleyen kapasitörün tasarımına bağlıdır ve aşağıdaki formülle ifade edilir:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Plakaların yeniden şarj edilmesi nedeniyle, kapasitörden geçen akım voltajı 90 derece yükseltir.

Güç hattının reaktivitesi

Her güç hattı, elektrik enerjisini iletmek için tasarlanmıştır. Bunu, birim uzunluk başına, genellikle bir kilometre olan aktif r, reaktif (endüktif) x direnç ve iletkenlik g'nin dağıtılmış parametreleri ile eşdeğer devre bölümleri olarak temsil etmek gelenekseldir.

Kapasitans ve iletkenliğin etkisini ihmal edersek, paralel parametrelere sahip bir hat için basitleştirilmiş bir eşdeğer devre kullanabiliriz.

Havai enerji hattı

Elektriğin açıkta kalan çıplak teller üzerinden iletilmesi, aralarında ve yerden önemli bir mesafe gerektirir.

Bu durumda, bir kilometrelik üç fazlı iletkenin endüktif direnci X0 ifadesi ile temsil edilebilir. Bağlı olmak:

• tellerin eksenlerinin birbirleri arasındaki ortalama mesafesi asr;

• faz tellerinin dış çapı d;

• malzemenin nispi manyetik geçirgenliği µ;

• X0' hattının harici endüktif direnci;

• X0 hattının dahili endüktif direnci «.

Referans için: demir dışı metallerden yapılmış bir havai hattın 1 km'lik endüktif direnci yaklaşık 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km'dir.

Kablo iletim hattı

Yüksek gerilim kablosu kullanan bir elektrik hattı, yapısal olarak bir havai hattan farklıdır. Tellerin fazları arasındaki mesafesi önemli ölçüde azalır ve iç yalıtım tabakasının kalınlığı ile belirlenir.

Böyle bir üç telli kablo, uzun bir mesafe boyunca gerilmiş üç tel kılıfı olan bir kapasitör olarak temsil edilebilir. Uzunluğu arttıkça kapasitans artar, kapasitif direnç azalır ve kablo boyunca kapanan kapasitif akım artar.

Tek fazlı toprak arızaları, çoğunlukla kapasitif akımların etkisi altındaki kablo hatlarında meydana gelir. 6 ÷ 35 kV şebekelerde kompanzasyonları için şebekenin topraklanmış nötrü üzerinden bağlanan ark söndürme reaktörleri (DGR) kullanılır. Parametreleri, karmaşık teorik hesaplama yöntemleriyle seçilir.

Eski GDR'ler, düşük ayar kalitesi ve tasarım kusurları nedeniyle her zaman etkili bir şekilde çalışmadı. Genellikle gerçek değerlerden farklı olan ortalama anma arıza akımları için tasarlanmıştır.

Günümüzde, acil durumları otomatik olarak izleyebilen, ana parametrelerini hızlı bir şekilde ölçebilen ve %2'lik bir doğrulukla toprak arıza akımlarının güvenilir bir şekilde söndürülmesi için ayar yapabilen GDR'lerin yeni gelişmeleri tanıtılmaktadır. Bu sayede Doğu Almanya operasyonunun verimliliği anında %50 artıyor.

Gücün reaktif bileşeninin kapasitör ünitelerinden kompanzasyon ilkesi

Güç şebekeleri, yüksek voltajlı elektriği uzun mesafeler boyunca iletir. Kullanıcılarının çoğu, endüktif dirençli ve dirençli elemanlara sahip elektrik motorlarıdır. Tüketicilere gönderilen toplam güç, yararlı işler yapmak için kullanılan aktif bileşen P'den ve transformatörlerin ve elektrik motorlarının sargılarının ısınmasına neden olan reaktif bileşen Q'dan oluşur.

Endüktif reaktanslardan kaynaklanan Q reaktif bileşeni, güç kalitesini düşürür. Geçen yüzyılın seksenlerinde zararlı etkilerini ortadan kaldırmak için, kapasitör bankalarını kapasitif dirençli bağlayarak SSCB'nin güç sisteminde bir tazminat şeması kullanıldı; bir açının kosinüsü φ.

Sorunlu tüketicileri doğrudan besleyen trafo merkezlerine kuruldular. Bu, güç kalitesinin yerel olarak düzenlenmesini sağlar.

Bu sayede aynı aktif gücü iletirken reaktif bileşeni azaltarak ekipman üzerindeki yükü önemli ölçüde azaltmak mümkündür.Bu yöntem, yalnızca endüstriyel işletmelerde değil, aynı zamanda konut ve toplumsal hizmetlerde de enerji tasarrufu sağlamanın en etkili yöntemi olarak kabul edilir. Yetkili kullanımı, güç sistemlerinin güvenilirliğini önemli ölçüde artırabilir.