Reactancia en ingeniería eléctrica.

Famoso en ingeniería eléctrica. Ley de Ohm explica que si se aplica una diferencia de potencial a los extremos de una sección del circuito, entonces fluirá una corriente eléctrica bajo su acción, cuya fuerza depende de la resistencia del medio.

Las fuentes de voltaje de CA crean una corriente en el circuito conectado a ellas, que puede seguir la forma de la onda sinusoidal de la fuente o desplazarse hacia adelante o hacia atrás en un ángulo con respecto a ella.

Si el circuito eléctrico no cambia la dirección del flujo de corriente y su vector de fase coincide completamente con el voltaje aplicado, entonces dicha sección tiene una resistencia puramente activa. Cuando hay una diferencia en la rotación de los vectores, se habla de la naturaleza reactiva de la resistencia.

Diferentes elementos eléctricos tienen diferente capacidad para desviar la corriente que fluye a través de ellos y cambiar su magnitud.

Reactancia de la bobina

Tome una fuente de voltaje de CA estabilizada y un trozo de cable aislado largo. Primero, conectamos el generador a todo el cable recto, y luego a él, pero enrollamos en anillos alrededor circuito magnético, que se utiliza para mejorar el paso de los flujos magnéticos.

Al medir con precisión la corriente en ambos casos, se puede ver que en el segundo experimento se observará una disminución significativa en su valor y un desfase en cierto ángulo.

Esto se debe a la aparición de fuerzas opuestas de inducción manifestadas bajo la acción de la ley de Lenz.

En la figura, el paso de la corriente primaria se muestra con flechas rojas, y el campo magnético generado por ella se muestra en azul. La dirección de su movimiento está determinada por la regla de la mano derecha. También cruza todas las vueltas adyacentes dentro de la bobina e induce una corriente en ellas, que se muestra con las flechas verdes, que debilita el valor de la corriente primaria aplicada mientras cambia su dirección en relación con la FEM aplicada.

Cuantas más vueltas se enrollen en la bobina, más la reactancia inductiva X.L reduce la corriente primaria.

Su valor depende de la frecuencia f, la inductancia L, calculada por la fórmula:

xL= 2πfL = ωL

Al superar las fuerzas de inductancia, la corriente de la bobina se retrasa 90 grados con respecto al voltaje.

Resistencia del transformador

Este dispositivo tiene dos o más bobinas en un circuito magnético común. Uno de ellos recibe electricidad de una fuente externa, y se transmite a los demás según el principio de transformación.

La corriente primaria que pasa a través de la bobina de potencia induce un flujo magnético dentro y alrededor del circuito magnético, que cruza las vueltas de la bobina secundaria y forma una corriente secundaria en ella.

Porque es perfecto para crear diseño de transformador es imposible, parte del flujo magnético se disipará en el entorno y generará pérdidas.Estos se denominan flujo de fuga y afectan la cantidad de reactancia de fuga.

A estos se suma el componente activo de la resistencia de cada bobina. El valor total obtenido se denomina impedancia eléctrica del transformador o su resistencia compleja Z, creando una caída de tensión en todos los devanados.

Para la expresión matemática de las conexiones en el interior del transformador, la resistencia activa de los devanados (normalmente de cobre) viene indicada por los índices "R1" y "R2", y la inductiva por "X1" y "X2".

La impedancia en cada bobina es:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

En esta expresión, el subíndice «j» denota una unidad imaginaria situada en el eje vertical del plano complejo.

El régimen más crítico en términos de resistencia inductiva y la aparición de un componente de potencia reactiva se crea cuando los transformadores se conectan en funcionamiento en paralelo.

Resistencia del condensador

Estructuralmente, incluye dos o más placas conductoras separadas por una capa de material con propiedades dieléctricas. Debido a esta separación, la corriente continua no puede pasar a través del capacitor, pero la corriente alterna sí, pero con una desviación de su valor original.

Su cambio se explica por el principio de acción de la resistencia reactiva - capacitiva.

Bajo la acción de un voltaje alterno aplicado, cambiando en forma sinusoidal, se produce un salto en las placas, una acumulación de cargas de energía eléctrica con signos opuestos. Su número total está limitado por el tamaño del dispositivo y se caracteriza por la capacidad. Cuanto más grande es, más tarda en cargarse.

Durante el siguiente medio ciclo de oscilación, se invierte la polaridad del voltaje a través de las placas del condensador.Bajo su influencia, hay un cambio en los potenciales, una recarga de las cargas formadas en las placas. De esta forma se crea el flujo de la corriente primaria y se crea la oposición a su paso a medida que disminuye en magnitud y se desplaza a lo largo del ángulo.

Los electricistas tienen una broma sobre esto. La corriente continua en el gráfico está representada por una línea recta, y cuando pasa a lo largo del cable, la carga eléctrica, que llega a la placa del capacitor, descansa sobre el dieléctrico y entra en un callejón sin salida. Este obstáculo le impide pasar.

El armónico sinusoidal atraviesa obstáculos y la carga, rodando libremente sobre las placas pintadas, pierde una pequeña fracción de la energía que es capturada en las placas.

Esta broma tiene un significado oculto: cuando se aplica un voltaje pulsante constante o rectificado a las placas entre las placas, debido a la acumulación de cargas eléctricas de ellas, se crea una diferencia de potencial estrictamente constante, que suaviza todos los saltos en la fuente de alimentación. circuito. Esta propiedad de un capacitor con capacitancia aumentada se usa en estabilizadores de voltaje constante.

En general, la resistencia capacitiva Xc, o la oposición al paso de corriente alterna a través de ella, depende del diseño del condensador, que determina la capacidad «C», y se expresa mediante la fórmula:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω°C

Debido a la recarga de las placas, la corriente a través del capacitor eleva el voltaje en 90 grados.

Reactividad de la línea eléctrica

Cada línea eléctrica está diseñada para transmitir energía eléctrica. Es costumbre representarlo como secciones de circuito equivalentes con parámetros distribuidos de activo r, reactivo (inductivo) x resistencia y conductancia g, por unidad de longitud, generalmente un kilómetro.

Si ignoramos la influencia de la capacitancia y la conductancia, entonces podemos usar un circuito equivalente simplificado para una línea con parámetros paralelos.

Línea eléctrica aérea

La transmisión de electricidad sobre cables desnudos expuestos requiere una distancia significativa entre ellos y desde el suelo.

En este caso, la resistencia inductiva de un kilómetro de conductor trifásico se puede representar con la expresión X0. Depende:

• distancia promedio de los ejes de los cables entre sí asr;

• diámetro exterior de los hilos de fase d;

• permeabilidad magnética relativa del material µ;

• resistencia inductiva externa de la línea X0';

• resistencia inductiva interna de la línea X0 «.

Como referencia: la resistencia inductiva de 1 km de una línea aérea hecha de metales no ferrosos es de aproximadamente 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

línea de transmisión por cable

Una línea eléctrica que usa un cable de alto voltaje es estructuralmente diferente de una línea aérea. Su distancia entre las fases de los cables se reduce significativamente y está determinada por el grosor de la capa de aislamiento interno.

Este cable de tres hilos se puede representar como un condensador con tres cubiertas de hilos estirados a lo largo de una gran distancia. A medida que aumenta su longitud, aumenta la capacitancia, disminuye la resistencia capacitiva y aumenta la corriente capacitiva que cierra a lo largo del cable.

Las fallas a tierra monofásicas ocurren con mayor frecuencia en líneas de cable bajo la influencia de corrientes capacitivas. Para su compensación en redes de 6 ÷ 35 kV se utilizan reactores de supresión de arco (DGR), que se conectan a través del neutro puesto a tierra de la red. Sus parámetros son seleccionados por métodos sofisticados de cálculos teóricos.

Los antiguos GDR no siempre funcionaron de manera efectiva debido a la mala calidad de afinación y las imperfecciones de diseño. Están diseñados para las corrientes de falla nominales promedio, que a menudo difieren de los valores reales.

En la actualidad se introducen nuevos desarrollos de GDRs, capaces de monitorear automáticamente situaciones de emergencia, midiendo rápidamente sus principales parámetros y ajustando para la extinción confiable de corrientes de falla a tierra con una precisión del 2%. Gracias a esto, la eficiencia de la operación de la RDA aumenta inmediatamente en un 50%.

El principio de compensación del componente reactivo de la potencia de las unidades de condensadores.

Las redes eléctricas transmiten electricidad de alto voltaje a largas distancias. La mayoría de sus usuarios son motores eléctricos con resistencia inductiva y elementos resistivos. La potencia total enviada a los consumidores consiste en el componente activo P, que se utiliza para realizar un trabajo útil, y el componente reactivo Q, que provoca el calentamiento de los devanados de los transformadores y motores eléctricos.

El componente reactivo Q que surge de las reactancias inductivas reduce la calidad de la energía. Para eliminar sus efectos nocivos en los años ochenta del siglo pasado, se utilizó un esquema de compensación en el sistema eléctrico de la URSS mediante la conexión de bancos de condensadores con resistencia capacitiva, lo que redujo coseno de un ángulo φ.

Se instalaron en subestaciones que alimentan directamente a los consumidores problemáticos. Esto asegura la regulación local de la calidad de la energía.

De esta manera, es posible reducir significativamente la carga del equipo al reducir el componente reactivo mientras se transmite la misma potencia activa.Este método se considera el método más efectivo para ahorrar energía no solo en empresas industriales, sino también en servicios residenciales y comunales. Su uso competente puede mejorar significativamente la confiabilidad de los sistemas de energía.