Reaktansi dalam teknik listrik

Terkenal di bidang teknik elektro Hukum Ohm menjelaskan bahwa jika perbedaan potensial diterapkan pada ujung bagian rangkaian, maka arus listrik akan mengalir di bawah aksinya, yang kekuatannya bergantung pada resistansi medium.

Sumber tegangan AC menciptakan arus dalam sirkuit yang terhubung dengannya, yang dapat mengikuti bentuk gelombang sinus sumber atau digeser maju atau mundur dengan sudut darinya.

Jika rangkaian listrik tidak mengubah arah aliran arus dan vektor fasenya benar-benar sesuai dengan tegangan yang diberikan, maka bagian seperti itu memiliki resistansi aktif murni. Ketika ada perbedaan dalam rotasi vektor, mereka berbicara tentang sifat resistansi yang reaktif.

Elemen listrik yang berbeda memiliki kemampuan berbeda untuk membelokkan arus yang mengalir melaluinya dan mengubah besarnya.

Reaktansi kumparan

Ambil sumber tegangan AC yang stabil dan seutas kabel berinsulasi panjang. Pertama, kami menghubungkan generator ke seluruh kabel lurus, dan kemudian ke sana, tetapi melingkari cincin sirkuit magnetik, yang digunakan untuk meningkatkan lintasan fluks magnet.

Dengan mengukur arus secara akurat dalam kedua kasus, terlihat bahwa pada percobaan kedua, penurunan nilai yang signifikan dan kelambatan fase pada sudut tertentu akan diamati.

Hal ini disebabkan oleh munculnya kekuatan induksi yang berlawanan yang dimanifestasikan di bawah aksi hukum Lenz.

Pada gambar, aliran arus primer ditunjukkan oleh panah merah, dan medan magnet yang dihasilkannya ditunjukkan dengan warna biru. Arah pergerakannya ditentukan oleh aturan tangan kanan. Itu juga melintasi semua belokan yang berdekatan di dalam koil dan menginduksi arus di dalamnya, ditunjukkan oleh panah hijau, yang melemahkan nilai arus primer yang diterapkan sambil menggeser arahnya relatif terhadap EMF yang diterapkan.

Semakin banyak lilitan lilitan, semakin banyak reaktansi induktif X.L mengurangi arus primer.

Nilainya tergantung pada frekuensi f, induktansi L, dihitung dengan rumus:

xL= 2πfL = ωL

Dengan mengatasi gaya induktansi, arus koil tertinggal dari tegangan sebesar 90 derajat.

Resistensi transformator

Perangkat ini memiliki dua atau lebih kumparan pada sirkuit magnetik umum. Salah satunya menerima listrik dari sumber eksternal, dan ditransmisikan ke yang lain sesuai dengan prinsip transformasi.

Arus primer yang melewati kumparan daya menginduksi fluks magnet di dalam dan di sekitar sirkuit magnetik, yang melintasi belitan kumparan sekunder dan membentuk arus sekunder di dalamnya.

Karena sangat cocok untuk berkreasi desain transformator tidak mungkin, maka sebagian fluks magnet akan menghilang ke lingkungan dan menimbulkan kerugian.Ini disebut fluks bocor dan mempengaruhi jumlah reaktansi bocor.

Untuk ini ditambahkan komponen aktif dari resistansi masing-masing koil. Nilai total yang diperoleh disebut impedansi listrik transformator atau nya resistensi yang kompleks Z, menciptakan penurunan tegangan di semua belitan.

Untuk ekspresi matematis dari sambungan di dalam trafo, resistansi aktif belitan (biasanya terbuat dari tembaga) ditunjukkan dengan indeks "R1" dan "R2", dan induktif dengan "X1" dan "X2".

Impedansi di setiap kumparan adalah:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

Dalam ungkapan ini, subskrip «j» menunjukkan unit imajiner yang terletak pada sumbu vertikal bidang kompleks.

Rezim paling kritis dalam hal resistansi induktif dan terjadinya komponen daya reaktif dibuat ketika transformator terhubung dalam operasi paralel.

Resistensi kapasitor

Secara struktural, ini mencakup dua atau lebih pelat konduktif yang dipisahkan oleh lapisan bahan dengan sifat dielektrik. Karena pemisahan ini, arus searah tidak dapat melewati kapasitor, tetapi arus bolak-balik dapat, tetapi dengan penyimpangan dari nilai aslinya.

Perubahannya dijelaskan oleh prinsip aksi resistensi reaktif - kapasitif.

Di bawah aksi tegangan bolak-balik yang diterapkan, berubah dalam bentuk sinusoidal, terjadi lompatan pada pelat, akumulasi muatan energi listrik dengan tanda berlawanan. Jumlah totalnya dibatasi oleh ukuran perangkat dan dicirikan oleh kapasitas. Semakin besar, semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mengisi daya.

Selama setengah siklus osilasi berikutnya, polaritas tegangan melintasi pelat kapasitor dibalik.Di bawah pengaruhnya, terjadi perubahan potensial, pengisian ulang muatan yang terbentuk di pelat. Dengan cara ini, aliran arus primer dibuat dan oposisi terhadap jalurnya dibuat karena besarnya berkurang dan bergerak sepanjang sudut.

Listrik memiliki lelucon tentang hal ini. Arus searah pada grafik diwakili oleh garis lurus, dan ketika melewati kawat, muatan listrik, mencapai pelat kapasitor, bertumpu pada dielektrik, menemui jalan buntu. Rintangan ini mencegahnya untuk lewat.

Harmonik sinusoidal melewati penghalang dan muatan, yang bergulir bebas di pelat yang dicat, kehilangan sebagian kecil energi yang ditangkap di pelat.

Lelucon ini memiliki makna tersembunyi: ketika tegangan pulsa yang konstan atau diperbaiki diterapkan ke pelat di antara pelat, karena akumulasi muatan listrik darinya, perbedaan potensial yang sangat konstan dibuat, yang menghaluskan semua lompatan pada catu daya sirkuit. Properti kapasitor dengan peningkatan kapasitansi ini digunakan dalam stabilisator tegangan konstan.

Secara umum, resistansi kapasitif Xc, atau oposisi terhadap aliran arus bolak-balik yang melewatinya, bergantung pada desain kapasitor, yang menentukan kapasitansi «C», dan dinyatakan dengan rumus:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Karena pengisian ulang pelat, arus melalui kapasitor menaikkan tegangan sebesar 90 derajat.

Reaktivitas saluran listrik

Setiap saluran listrik dirancang untuk mengirimkan energi listrik. Merupakan kebiasaan untuk menyatakannya sebagai bagian sirkuit ekivalen dengan parameter terdistribusi r aktif, reaktif (induktif) x resistansi dan konduktansi g, per satuan panjang, biasanya satu kilometer.

Jika kita mengabaikan pengaruh kapasitansi dan konduktansi, maka kita dapat menggunakan rangkaian ekuivalen yang disederhanakan untuk saluran dengan parameter paralel.

Saluran listrik di atas kepala

Transmisi listrik melalui kabel telanjang yang terbuka membutuhkan jarak yang signifikan antara mereka dan dari tanah.

Dalam hal ini, resistansi induktif dari satu kilometer konduktor tiga fase dapat diwakili oleh ekspresi X0. Bergantung:

• jarak rata-rata sumbu kabel antara satu sama lain asr;

• diameter luar kabel fase d;

• permeabilitas magnetik relatif dari bahan µ;

• resistensi induktif eksternal dari garis X0 ';

• resistansi induktif internal garis X0 «.

Sebagai referensi: resistansi induktif 1 km dari saluran udara yang terbuat dari logam non-besi adalah sekitar 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Saluran transmisi kabel

Saluran listrik yang menggunakan kabel tegangan tinggi secara struktural berbeda dari saluran udara. Jarak antara fase kabel berkurang secara signifikan dan ditentukan oleh ketebalan lapisan insulasi internal.

Kabel tiga kawat seperti itu dapat direpresentasikan sebagai kapasitor dengan tiga selubung kabel yang direntangkan dalam jarak yang jauh. Dengan bertambahnya panjangnya, kapasitansi meningkat, resistansi kapasitif berkurang, dan arus kapasitif yang menutup sepanjang kabel meningkat.

Gangguan tanah fase tunggal paling sering terjadi pada saluran kabel di bawah pengaruh arus kapasitif. Untuk kompensasinya dalam jaringan 6 ÷ 35 kV, reaktor penekan busur (DGR) digunakan, yang dihubungkan melalui jaringan netral yang diarde. Parameter mereka dipilih dengan metode perhitungan teoretis yang canggih.

GDR lama tidak selalu bekerja secara efektif karena kualitas penyetelan yang buruk dan ketidaksempurnaan desain. Mereka dirancang untuk arus gangguan pengenal rata-rata, yang seringkali berbeda dari nilai sebenarnya.

Saat ini, perkembangan baru GDR diperkenalkan, yang mampu memantau situasi darurat secara otomatis, dengan cepat mengukur parameter utamanya dan menyesuaikan untuk pemadaman arus gangguan bumi yang andal dengan akurasi 2%. Berkat ini, efisiensi operasi GDR segera meningkat sebesar 50%.

Prinsip kompensasi komponen daya reaktif dari unit kapasitor

Jaringan listrik mentransmisikan listrik bertegangan tinggi dalam jarak jauh. Sebagian besar penggunanya adalah motor listrik dengan resistansi induktif dan elemen resistif. Total daya yang dikirim ke konsumen terdiri dari komponen aktif P, yang digunakan untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat, dan komponen reaktif Q, yang menyebabkan pemanasan belitan transformator dan motor listrik.

Komponen reaktif Q yang timbul dari reaktansi induktif mengurangi kualitas daya. Untuk menghilangkan efek berbahaya pada tahun delapan puluhan abad terakhir, skema kompensasi digunakan dalam sistem tenaga Uni Soviet dengan menghubungkan bank kapasitor dengan resistansi kapasitif, yang mengurangi kosinus suatu sudut φ.

Mereka dipasang di gardu induk yang langsung memberi makan konsumen bermasalah. Ini memastikan peraturan lokal tentang kualitas daya.

Dengan cara ini, dimungkinkan untuk secara signifikan mengurangi beban pada peralatan dengan mengurangi komponen reaktif sambil mentransmisikan daya aktif yang sama.Metode ini dianggap sebagai metode penghematan energi yang paling efektif tidak hanya di perusahaan industri, tetapi juga di layanan perumahan dan komunal. Penggunaannya yang kompeten dapat secara signifikan meningkatkan keandalan sistem tenaga.