Réactance en génie électrique

Célèbre en génie électrique Loi d'Ohm explique que si une différence de potentiel est appliquée aux extrémités d'une section du circuit, alors un courant électrique circulera sous son action, dont l'intensité dépend de la résistance du milieu.

Les sources de tension alternative créent un courant dans le circuit qui leur est connecté, qui peut suivre la forme de l'onde sinusoïdale de la source ou être décalé vers l'avant ou vers l'arrière d'un angle par rapport à celui-ci.

Si le circuit électrique ne change pas la direction du flux de courant et que son vecteur de phase coïncide complètement avec la tension appliquée, alors une telle section a une résistance purement active. Lorsqu'il y a une différence dans la rotation des vecteurs, ils parlent de la nature réactive de la résistance.

Différents éléments électriques ont une capacité différente à dévier le courant qui les traverse et à modifier son amplitude.

Réactance de la bobine

Prenez une source de tension alternative stabilisée et un long fil isolé. Tout d'abord, nous connectons le générateur à l'ensemble du fil droit, puis à celui-ci, mais enroulé en anneaux autour circuit magnétique, qui sert à améliorer le passage des flux magnétiques.

En mesurant avec précision le courant dans les deux cas, on peut voir que dans la deuxième expérience, une diminution significative de sa valeur et un déphasage à un certain angle seront observés.

Cela est dû à l'apparition de forces d'induction opposées manifestées sous l'action de la loi de Lenz.

Sur la figure, le passage du courant primaire est représenté par des flèches rouges et le champ magnétique généré par celui-ci est représenté en bleu. La direction de son mouvement est déterminée par la règle de la main droite. Il traverse également toutes les spires adjacentes à l'intérieur de la bobine et y induit un courant, représenté par les flèches vertes, qui affaiblit la valeur du courant primaire appliqué tout en décalant sa direction par rapport à la FEM appliquée.

Plus il y a de spires bobinées sur la bobine, plus la réactance inductive X.Lréduit le courant primaire.

Sa valeur dépend de la fréquence f, de l'inductance L, calculée par la formule :

xL= 2πfL = ωL

En surmontant les forces d'inductance, le courant de la bobine est en retard de 90 degrés sur la tension.

Résistance du transformateur

Cet appareil a deux bobines ou plus sur un circuit magnétique commun. L'un d'eux reçoit de l'électricité d'une source extérieure, et celle-ci est transmise aux autres selon le principe de transformation.

Le courant primaire traversant la bobine de puissance induit un flux magnétique dans et autour du circuit magnétique, qui traverse les spires de la bobine secondaire et y forme un courant secondaire.

Parce qu'il est parfait pour créer conception du transformateur est impossible, alors une partie du flux magnétique se dissipera dans l'environnement et créera des pertes.Ceux-ci sont appelés flux de fuite et affectent la quantité de réactance de fuite.

A ceux-ci s'ajoute la composante active de la résistance de chaque bobine. La valeur totale obtenue est appelée l'impédance électrique du transformateur ou son résistance complexe Z, créant une chute de tension dans tous les enroulements.

Pour l'expression mathématique des connexions à l'intérieur du transformateur, la résistance active des enroulements (généralement en cuivre) est indiquée par les indices "R1" et "R2", et l'inductive par "X1" et "X2".

L'impédance dans chaque bobine vaut :

• Z1 = R1 + jX1 ;

• Z2 = R1 + jX2.

Dans cette expression, l'indice « j » désigne une unité imaginaire située sur l'axe vertical du plan complexe.

Le régime le plus critique en termes de résistance inductive et d'apparition d'une composante de puissance réactive est créé lorsque les transformateurs sont connectés en parallèle.

Résistance du condensateur

Structurellement, il comprend deux ou plusieurs plaques conductrices séparées par une couche de matériau aux propriétés diélectriques. En raison de cette séparation, le courant continu ne peut pas traverser le condensateur, mais le courant alternatif le peut, mais avec un écart par rapport à sa valeur d'origine.

Son changement s'explique par le principe d'action de la résistance réactive - capacitive.

Sous l'action d'une tension alternative appliquée, évoluant sous une forme sinusoïdale, un saut se produit sur les plaques, une accumulation de charges d'énergie électrique de signes opposés. Leur nombre total est limité par la taille de l'appareil et se caractérise par sa capacité. Plus il est grand, plus il faut de temps pour le recharger.

Au cours du demi-cycle d'oscillation suivant, la polarité de la tension aux bornes des plaques du condensateur est inversée.Sous son influence, il se produit une modification des potentiels, une recharge des charges formées sur les plaques. De cette manière, le flux du courant primaire est créé et l'opposition à son passage est créée à mesure qu'il diminue en amplitude et se déplace le long de l'angle.

Les électriciens ont une blague à ce sujet. Le courant continu sur le graphique est représenté par une ligne droite, et lorsqu'il passe le long du fil, la charge électrique, atteignant la plaque du condensateur, repose sur le diélectrique, entrant dans une impasse. Cet obstacle l'empêche de passer.

L'harmonique sinusoïdale passe à travers les obstacles et la charge, roulant librement sur les plaques peintes, perd une petite fraction de l'énergie qui est captée sur les plaques.

Cette blague a un sens caché: lorsqu'une tension pulsée constante ou redressée est appliquée aux plaques entre les plaques, en raison de l'accumulation de charges électriques de celles-ci, une différence de potentiel strictement constante est créée, ce qui atténue tous les sauts dans l'alimentation circuit. Cette propriété d'un condensateur à capacité accrue est utilisée dans les stabilisateurs de tension constante.

En général, la résistance capacitive Xc, ou l'opposition au passage du courant alternatif à travers elle, dépend de la conception du condensateur, qui détermine la capacité «C», et s'exprime par la formule :

Xc = 1/2πfC = 1 / ω°C

En raison de la recharge des plaques, le courant traversant le condensateur augmente la tension de 90 degrés.

Réactivité de la ligne électrique

Chaque ligne électrique est conçue pour transmettre de l'énergie électrique. Il est habituel de le représenter sous la forme de sections de circuit équivalentes avec des paramètres distribués de résistance active r, réactive (inductive) x et de conductance g, par unité de longueur, généralement un kilomètre.

Si nous négligeons l'influence de la capacité et de la conductance, nous pouvons utiliser un circuit équivalent simplifié pour une ligne avec des paramètres parallèles.

Ligne électrique aérienne

La transmission de l'électricité sur des fils nus nécessite une distance importante entre eux et par rapport au sol.

Dans ce cas, la résistance inductive d'un kilomètre de conducteur triphasé peut être représentée par l'expression X0. Dépend:

• distance moyenne des axes des fils entre eux asr;

• diamètre extérieur des fils de phase d ;

• perméabilité magnétique relative du matériau µ ;

• résistance inductive externe de la ligne X0' ;

• résistance inductive interne de la ligne X0″.

Pour référence: la résistance inductive de 1 km d'une ligne aérienne en métaux non ferreux est d'environ 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Ligne de transmission par câble

Une ligne électrique utilisant un câble à haute tension est structurellement différente d'une ligne aérienne. Sa distance entre les phases des fils est considérablement réduite et est déterminée par l'épaisseur de la couche d'isolation interne.

Un tel câble à trois fils peut être représenté comme un condensateur avec trois gaines de fils tendues sur une longue distance. À mesure que sa longueur augmente, la capacité augmente, la résistance capacitive diminue et le courant capacitif qui se ferme le long du câble augmente.

Les défauts à la terre monophasés se produisent le plus souvent dans les câbles sous l'influence de courants capacitifs. Pour leur compensation dans les réseaux 6 ÷ 35 kV, des réacteurs de suppression d'arc (DGR) sont utilisés, qui sont connectés via le neutre mis à la terre du réseau. Leurs paramètres sont sélectionnés par des méthodes sophistiquées de calculs théoriques.

Les anciens GDR ne fonctionnaient pas toujours efficacement en raison d'une mauvaise qualité de réglage et d'imperfections de conception. Ils sont conçus pour les courants de défaut nominaux moyens, qui diffèrent souvent des valeurs réelles.

De nos jours, de nouveaux développements de GDR sont introduits, capables de surveiller automatiquement les situations d'urgence, de mesurer rapidement leurs principaux paramètres et de s'ajuster pour une extinction fiable des courants de défaut à la terre avec une précision de 2%. Grâce à cela, l'efficacité de l'opération GDR augmente immédiatement de 50%.

Le principe de compensation de la composante réactive de la puissance des unités de condensateur

Les réseaux électriques transmettent de l'électricité à haute tension sur de longues distances. La plupart de ses utilisateurs sont des moteurs électriques à résistance inductive et éléments résistifs. La puissance totale envoyée aux consommateurs est constituée de la composante active P, utilisée pour effectuer un travail utile, et de la composante réactive Q, qui provoque l'échauffement des enroulements des transformateurs et des moteurs électriques.

La composante réactive Q résultant des réactances inductives réduit la qualité de l'énergie. Pour éliminer ses effets néfastes dans les années quatre-vingt du siècle dernier, un schéma de compensation a été utilisé dans le système électrique de l'URSS en connectant des batteries de condensateurs avec une résistance capacitive, ce qui a réduit cosinus d'un angle φ.

Ils ont été installés dans des sous-stations qui alimentent directement les consommateurs problématiques. Cela garantit une régulation locale de la qualité de l'énergie.

De cette façon, il est possible de réduire significativement la charge de l'équipement en réduisant la composante réactive tout en transmettant la même puissance active.Cette méthode est considérée comme la méthode la plus efficace pour économiser de l'énergie non seulement dans les entreprises industrielles, mais également dans les services résidentiels et communaux. Son utilisation compétente peut améliorer considérablement la fiabilité des systèmes électriques.