Reatância em engenharia elétrica

Famoso em engenharia elétrica lei de ohm explica que se uma diferença de potencial for aplicada às extremidades de uma seção do circuito, sob sua ação fluirá uma corrente elétrica, cuja força depende da resistência do meio.

As fontes de tensão CA criam uma corrente no circuito conectado a elas, que pode seguir a forma da onda senoidal da fonte ou ser deslocada para frente ou para trás por um ângulo dela.

Se o circuito elétrico não mudar a direção do fluxo de corrente e seu vetor de fase coincidir completamente com a tensão aplicada, essa seção terá uma resistência puramente ativa. Quando há diferença na rotação dos vetores, eles falam da natureza reativa da resistência.

Diferentes elementos elétricos têm capacidade diferente de desviar a corrente que flui através deles e alterar sua magnitude.

Reatância da bobina

Pegue uma fonte de tensão CA estabilizada e um pedaço de fio isolado longo. Primeiro, conectamos o gerador a todo o fio reto e depois a ele, mas enrolados em anéis ao redor circuito magnético, que é usado para melhorar a passagem de fluxos magnéticos.

Ao medir com precisão a corrente em ambos os casos, pode-se ver que no segundo experimento será observada uma diminuição significativa em seu valor e um atraso de fase em um determinado ângulo.

Isso se deve ao aparecimento de forças opostas de indução manifestadas sob a ação da lei de Lenz.

Na figura, a passagem da corrente primária é indicada por setas vermelhas, e o campo magnético gerado por ela é indicado em azul. A direção de seu movimento é determinada pela regra da mão direita. Ele também atravessa todas as voltas adjacentes dentro da bobina e induz uma corrente nelas, mostrada pelas setas verdes, que enfraquece o valor da corrente primária aplicada enquanto muda sua direção em relação ao EMF aplicado.

Quanto mais voltas enroladas na bobina, mais reatância indutiva X.Lreduz a corrente primária.

Seu valor depende da frequência f, a indutância L, calculada pela fórmula:

xL= 2πfL = ωL

Ao superar as forças de indutância, a corrente da bobina fica 90 graus atrasada em relação à tensão.

Resistência do transformador

Este dispositivo possui duas ou mais bobinas em um circuito magnético comum. Um deles recebe eletricidade de uma fonte externa e é transmitido aos outros de acordo com o princípio da transformação.

A corrente primária que passa pela bobina de energia induz um fluxo magnético dentro e ao redor do circuito magnético, que atravessa as voltas da bobina secundária e forma uma corrente secundária nela.

Porque é perfeito para criar projeto de transformador é impossível, então parte do fluxo magnético se dissipará no ambiente e criará perdas.Estes são chamados de fluxo de fuga e afetam a quantidade de reatância de fuga.

A estes é adicionado o componente ativo da resistência de cada bobina. O valor total obtido é chamado de impedância elétrica do transformador ou seu resistência complexa Z, criando uma queda de tensão em todos os enrolamentos.

Para a expressão matemática das conexões dentro do transformador, a resistência ativa dos enrolamentos (geralmente de cobre) é indicada pelos índices “R1” e “R2”, e a indutiva por “X1” e “X2”.

A impedância em cada bobina é:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

Nesta expressão, o subscrito «j» denota uma unidade imaginária localizada no eixo vertical do plano complexo.

O regime mais crítico em termos de resistência indutiva e ocorrência de componente de potência reativa é criado quando os transformadores são ligados em operação em paralelo.

Resistência do capacitor

Estruturalmente, inclui duas ou mais placas condutoras separadas por uma camada de material com propriedades dielétricas. Devido a essa separação, a corrente contínua não pode passar pelo capacitor, mas a corrente alternada pode, mas com um desvio de seu valor original.

A sua modificação explica-se pelo princípio da ação da resistência reativa - capacitiva.

Sob a ação de uma tensão alternada aplicada, mudando de forma senoidal, ocorre um salto nas placas, um acúmulo de cargas de energia elétrica com sinais opostos. Seu número total é limitado pelo tamanho do dispositivo e é caracterizado pela capacidade. Quanto maior, mais tempo demora para carregar.

Durante o próximo meio ciclo de oscilação, a polaridade da tensão nas placas do capacitor é invertida.Sob sua influência, ocorre uma mudança nos potenciais, uma recarga das cargas formadas nas placas. Desta forma, o fluxo da corrente primária é criado e a oposição à sua passagem é criada à medida que diminui de magnitude e se move ao longo do ângulo.

Os eletricistas têm uma piada sobre isso. A corrente contínua no gráfico é representada por uma linha reta e, ao passar ao longo do fio, a carga elétrica, atingindo a placa do capacitor, repousa sobre o dielétrico, entrando em um beco sem saída. Este obstáculo o impede de passar.

O harmônico senoidal passa por obstáculos e a carga, rolando livremente nas placas pintadas, perde uma pequena fração da energia que é captada nas placas.

Essa piada tem um significado oculto: quando uma tensão pulsante constante ou retificada é aplicada às placas entre as placas, devido ao acúmulo de cargas elétricas delas, é criada uma diferença de potencial estritamente constante, que suaviza todos os saltos na fonte de alimentação o circuito. Essa propriedade de um capacitor com capacitância aumentada é usada em estabilizadores de tensão constante.

Em geral, a resistência capacitiva Xc, ou a oposição à passagem de corrente alternada por ela, depende do projeto do capacitor, que determina a capacitância «C», e é expressa pela fórmula:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Devido à recarga das placas, a corrente através do capacitor aumenta a tensão em 90 graus.

Reatividade da linha de energia

Cada linha de energia é projetada para transmitir energia elétrica. Costuma-se representá-lo como seções de circuito equivalentes com parâmetros distribuídos de ativo r, reativo (indutivo) x resistência e condutância g, por unidade de comprimento, geralmente um quilômetro.

Se negligenciarmos a influência da capacitância e da condutância, podemos usar um circuito equivalente simplificado para uma linha com parâmetros paralelos.

Linha de energia aérea

A transmissão de eletricidade por fios desencapados expostos requer uma distância significativa entre eles e do solo.

Neste caso, a resistência indutiva de um quilômetro de condutor trifásico pode ser representada pela expressão X0. Depende:

• distância média dos eixos dos fios entre si asr;

• diâmetro externo dos fios de fase d;

• permeabilidade magnética relativa do material µ;

• resistência indutiva externa da linha X0';

• resistência indutiva interna da linha X0 «.

Para referência: a resistência indutiva de 1 km de uma linha aérea feita de metais não ferrosos é de cerca de 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Linha de transmissão por cabo

Uma linha de energia usando um cabo de alta tensão é estruturalmente diferente de uma linha aérea. Sua distância entre as fases dos fios é significativamente reduzida e é determinada pela espessura da camada interna de isolamento.

Esse cabo de três fios pode ser representado como um capacitor com três bainhas de fios esticados por uma longa distância. À medida que seu comprimento aumenta, a capacitância aumenta, a resistência capacitiva diminui e a corrente capacitiva que fecha ao longo do cabo aumenta.

Falhas à terra monofásicas ocorrem com mais frequência em linhas de cabos sob a influência de correntes capacitivas. Para sua compensação em redes de 6 ÷ 35 kV, são utilizados reatores de supressão de arco (DGR), que são conectados através do neutro aterrado da rede. Seus parâmetros são selecionados por métodos sofisticados de cálculos teóricos.

Os antigos GDRs nem sempre funcionavam de forma eficaz devido à baixa qualidade de ajuste e imperfeições de design. Eles são projetados para as correntes de falha nominais médias, que geralmente diferem dos valores reais.

Atualmente, são introduzidos novos desenvolvimentos de GDRs, capazes de monitorar automaticamente situações de emergência, medindo rapidamente seus principais parâmetros e ajustando para extinção confiável de correntes de falta à terra com uma precisão de 2%. Graças a isso, a eficiência da operação GDR aumenta imediatamente em 50%.

O princípio da compensação do componente reativo da energia das unidades capacitivas

As redes elétricas transmitem eletricidade de alta tensão por longas distâncias. A maioria de seus usuários são motores elétricos com resistência indutiva e elementos resistivos. A potência total enviada aos consumidores é composta pelo componente ativo P, utilizado para realizar trabalho útil, e pelo componente reativo Q, que causa o aquecimento dos enrolamentos de transformadores e motores elétricos.

A componente reativa Q decorrente das reatâncias indutivas reduz a qualidade da energia. Para eliminar seus efeitos nocivos na década de oitenta do século passado, um esquema de compensação foi usado no sistema de energia da URSS conectando bancos de capacitores com resistência capacitiva, o que reduziu cosseno de um ângulo φ.

Eles foram instalados em subestações que alimentam diretamente os consumidores problemáticos. Isso garante a regulamentação local da qualidade da energia.

Desta forma, é possível reduzir significativamente a carga do equipamento reduzindo o componente reativo enquanto transmite a mesma potência ativa.Este método é considerado o método mais eficaz de economia de energia não apenas em empreendimentos industriais, mas também em serviços residenciais e comunitários. Seu uso competente pode melhorar significativamente a confiabilidade dos sistemas de energia.