Reaktanz in der Elektrotechnik

Berühmt in der Elektrotechnik Ohm'sches Gesetz erklärt, dass, wenn an den Enden eines Abschnitts des Stromkreises eine Potentialdifferenz angelegt wird, unter seiner Wirkung ein elektrischer Strom fließt, dessen Stärke vom Widerstand des Mediums abhängt.

Wechselspannungsquellen erzeugen in dem mit ihnen verbundenen Stromkreis einen Strom, der der Form der Sinuswelle der Quelle folgen oder um einen Winkel dazu nach vorne oder hinten verschoben sein kann.

Wenn der Stromkreis die Richtung des Stromflusses nicht ändert und sein Phasenvektor vollständig mit der angelegten Spannung übereinstimmt, dann hat ein solcher Abschnitt einen rein aktiven Widerstand. Wenn es einen Unterschied in der Drehung der Vektoren gibt, spricht man von der reaktiven Natur des Widerstands.

Verschiedene elektrische Elemente haben unterschiedliche Fähigkeiten, den durch sie fließenden Strom abzulenken und seine Größe zu ändern.

Reaktanz der Spule

Nehmen Sie eine stabilisierte Wechselspannungsquelle und ein Stück langen isolierten Draht. Zuerst verbinden wir den Generator mit dem gesamten geraden Kabel und dann damit, aber in Ringen umwickelt Magnetkreis, das zur Verbesserung des Durchgangs magnetischer Flüsse verwendet wird.

Durch genaue Messung des Stroms in beiden Fällen ist ersichtlich, dass im zweiten Experiment eine deutliche Abnahme seines Werts und eine Phasenverzögerung bei einem bestimmten Winkel beobachtet werden.

Dies ist auf das Auftreten entgegengesetzter Induktionskräfte zurückzuführen, die sich unter der Wirkung des Lenzschen Gesetzes manifestieren.

In der Abbildung ist der Durchgang des Primärstroms durch rote Pfeile und das von ihm erzeugte Magnetfeld durch blaue Pfeile dargestellt. Die Richtung seiner Bewegung wird durch die Rechte-Hand-Regel bestimmt. Es kreuzt auch alle benachbarten Windungen innerhalb der Spule und induziert in ihnen einen Strom, dargestellt durch die grünen Pfeile, der den Wert des angelegten Primärstroms abschwächt und gleichzeitig seine Richtung relativ zur angelegten EMF verschiebt.

Je mehr Windungen auf die Spule gewickelt sind, desto größer ist die induktive Reaktanz X.L, die den Primärstrom verringert.

Sein Wert hängt von der Frequenz f und der Induktivität L ab, berechnet nach der Formel:

xL= 2πfL = ωL

Durch die Überwindung der Induktivitätskräfte eilt der Spulenstrom der Spannung um 90 Grad nach.

Transformatorwiderstand

Dieses Gerät verfügt über zwei oder mehr Spulen in einem gemeinsamen Magnetkreis. Einer von ihnen erhält Strom von einer externen Quelle und wird nach dem Prinzip der Transformation an die anderen weitergeleitet.

Der durch die Leistungsspule fließende Primärstrom induziert einen magnetischen Fluss im und um den Magnetkreis, der die Windungen der Sekundärspule kreuzt und darin einen Sekundärstrom bildet.

Weil es sich perfekt zum Gestalten eignet Transformatordesign Ist dies nicht möglich, wird ein Teil des magnetischen Flusses in die Umgebung abgegeben und führt zu Verlusten.Diese werden Streufluss genannt und beeinflussen die Größe der Streureaktanz.

Dazu kommt die aktive Komponente des Widerstands jeder Spule. Der erhaltene Gesamtwert wird als elektrische Impedanz des Transformators oder seines Transformators bezeichnet komplexer Widerstand Z, wodurch ein Spannungsabfall an allen Wicklungen entsteht.

Für den mathematischen Ausdruck der Verbindungen innerhalb des Transformators wird der aktive Widerstand der Wicklungen (meist aus Kupfer) durch die Indizes „R1“ und „R2“ und der induktive Widerstand durch „X1“ und „X2“ angegeben.

Die Impedanz in jeder Spule beträgt:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

In diesem Ausdruck bezeichnet der Index „j“ eine imaginäre Einheit, die sich auf der vertikalen Achse der komplexen Ebene befindet.

Der kritischste Zustand hinsichtlich des induktiven Widerstands und des Auftretens einer Blindleistungskomponente entsteht bei der Parallelschaltung der Transformatoren.

Kondensatorwiderstand

Strukturell besteht es aus zwei oder mehr leitenden Platten, die durch eine Materialschicht mit dielektrischen Eigenschaften getrennt sind. Aufgrund dieser Trennung kann kein Gleichstrom durch den Kondensator fließen, Wechselstrom hingegen schon, allerdings mit einer Abweichung von seinem ursprünglichen Wert.

Seine Änderung wird durch das Wirkprinzip des reaktiv-kapazitiven Widerstands erklärt.

Unter Einwirkung einer angelegten Wechselspannung, die sich sinusförmig ändert, kommt es auf den Platten zu einem Sprung, einer Ansammlung von Ladungen elektrischer Energie mit entgegengesetzten Vorzeichen. Ihre Gesamtzahl ist durch die Größe des Gerätes begrenzt und wird durch die Kapazität gekennzeichnet. Je größer es ist, desto länger dauert das Aufladen.

Während der nächsten Schwingungshalbwelle wird die Polarität der Spannung an den Kondensatorplatten umgekehrt.Unter seinem Einfluss kommt es zu einer Potentialänderung, einer Neuaufladung der gebildeten Ladungen auf den Platten. Auf diese Weise wird der Fluss des Primärstroms erzeugt und es entsteht ein Widerstand gegen seinen Durchgang, da seine Stärke abnimmt und er sich entlang des Winkels bewegt.

Elektriker haben darüber einen Witz. Gleichstrom wird in der Grafik durch eine gerade Linie dargestellt, und wenn er entlang des Drahtes fließt, ruht die elektrische Ladung, die die Kondensatorplatte erreicht, auf dem Dielektrikum und gerät in eine Sackgasse. Dieses Hindernis hindert ihn am Passieren.

Die sinusförmige Harmonische durchdringt Hindernisse und die Ladung, die frei auf den lackierten Platten rollt, verliert einen kleinen Teil der Energie, die auf den Platten eingefangen wird.

Dieser Witz hat eine verborgene Bedeutung: Wenn zwischen den Platten eine konstante oder gleichgerichtete pulsierende Spannung an die Platten angelegt wird, entsteht durch die Ansammlung elektrischer Ladungen von ihnen eine streng konstante Potentialdifferenz, die alle Sprünge in der Stromversorgung ausgleicht Schaltkreis. Diese Eigenschaft eines Kondensators mit erhöhter Kapazität wird in Konstantspannungsstabilisatoren genutzt.

Im Allgemeinen hängt der kapazitive Widerstand Xc bzw. der Widerstand gegen den Durchgang von Wechselstrom durch ihn von der Konstruktion des Kondensators ab, die die Kapazität „C“ bestimmt, und wird durch die Formel ausgedrückt:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Aufgrund der Neuladung der Platten erhöht der Strom durch den Kondensator die Spannung um 90 Grad.

Reaktivität der Stromleitung

Jede Stromleitung dient der Übertragung elektrischer Energie. Es ist üblich, es als Ersatzschaltkreisabschnitte mit verteilten Parametern von aktivem r, reaktivem (induktivem) x Widerstand und Leitfähigkeit g pro Längeneinheit, normalerweise einem Kilometer, darzustellen.

Wenn wir den Einfluss von Kapazität und Leitwert vernachlässigen, können wir ein vereinfachtes Ersatzschaltbild für eine Leitung mit parallelen Parametern verwenden.

Freileitung

Die Übertragung von Elektrizität über freiliegende blanke Drähte erfordert einen erheblichen Abstand zwischen ihnen und vom Boden.

In diesem Fall kann der induktive Widerstand eines Kilometers dreiphasiger Leiter durch den Ausdruck X0 dargestellt werden. Kommt darauf an:

• durchschnittlicher Abstand der Achsen der Drähte untereinander asr;

• Außendurchmesser der Phasendrähte d;

• relative magnetische Permeabilität des Materials µ;

• externer induktiver Widerstand der Leitung X0 ';

• interner induktiver Widerstand der Leitung X0 «.

Als Referenz: Der induktive Widerstand einer 1 km langen Freileitung aus Nichteisenmetallen beträgt etwa 0,33 ÷ 0,42 Ohm/km.

Kabelübertragungsleitung

Eine Stromleitung mit Hochspannungskabel unterscheidet sich strukturell von einer Freileitung. Sein Abstand zwischen den Phasen der Drähte wird deutlich reduziert und wird durch die Dicke der inneren Isolationsschicht bestimmt.

Ein solches dreiadriges Kabel kann als Kondensator mit drei über eine lange Strecke gespannten Aderhüllen dargestellt werden. Mit zunehmender Länge nimmt die Kapazität zu, der kapazitive Widerstand nimmt ab und der kapazitive Strom, der sich entlang des Kabels schließt, nimmt zu.

Einphasige Erdschlüsse treten am häufigsten in Kabelleitungen unter dem Einfluss kapazitiver Ströme auf. Zu ihrer Kompensation werden in 6 ÷ 35 kV-Netzen Lichtbogenunterdrückungsdrosseln (DGR) verwendet, die über den geerdeten Neutralleiter des Netzes angeschlossen sind. Ihre Parameter werden durch ausgefeilte Methoden theoretischer Berechnungen ausgewählt.

Alte GDRs funktionierten aufgrund schlechter Abstimmungsqualität und Designmängeln nicht immer effektiv. Sie sind für die durchschnittlichen Bemessungsfehlerströme ausgelegt, die häufig von den tatsächlichen Werten abweichen.

Heutzutage werden neue Entwicklungen von GDRs eingeführt, die in der Lage sind, Notfallsituationen automatisch zu überwachen, ihre Hauptparameter schnell zu messen und eine zuverlässige Löschung von Erdschlussströmen mit einer Genauigkeit von 2 % vorzunehmen. Dadurch steigt die Effizienz des DDR-Betriebs sofort um 50 %.

Das Prinzip der Kompensation der Blindleistungskomponente von Kondensatoreinheiten

Stromnetze übertragen Hochspannungsstrom über große Entfernungen. Die meisten seiner Benutzer sind Elektromotoren mit induktivem Widerstand und Widerstandselementen. Die an die Verbraucher abgegebene Gesamtleistung besteht aus der Wirkkomponente P, die zur Verrichtung nützlicher Arbeit verwendet wird, und der Blindkomponente Q, die eine Erwärmung der Wicklungen von Transformatoren und Elektromotoren verursacht.

Der aus induktiven Reaktanzen resultierende Blindanteil Q verringert die Netzqualität. Um seine schädlichen Auswirkungen zu beseitigen, wurde in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts im Energiesystem der UdSSR ein Kompensationsschema eingesetzt, bei dem Kondensatorbänke mit kapazitiven Widerständen verbunden wurden, die sich verringerten Kosinus eines Winkels φ.

Sie wurden in Umspannwerken installiert, die die Problemverbraucher direkt versorgen. Dies gewährleistet eine lokale Regulierung der Stromqualität.

Auf diese Weise ist es möglich, die Belastung der Geräte durch Reduzierung des Blindanteils bei gleichbleibender Wirkleistung deutlich zu reduzieren.Diese Methode gilt als die effektivste Methode zur Energieeinsparung nicht nur in Industrieunternehmen, sondern auch in Wohn- und Kommunaldienstleistungen. Durch den kompetenten Einsatz kann die Zuverlässigkeit von Energiesystemen erheblich verbessert werden.