Kablets elektriske kapacitet

Ved til- og frakobling af jævnspænding i et kabelnetværk eller under påvirkning af vekselspænding opstår der altid en kapacitiv strøm. Langsigtet kapacitiv strøm eksisterer kun i isolering af kabler under påvirkning af vekselspænding. Konstant strømledning eksisterer til enhver tid, og en konstant strøm påføres kabelisoleringen. Mere detaljeret om kablets kapacitet, om den fysiske betydning af denne egenskab og vil blive diskuteret i denne artikel.

Fra et fysisk synspunkt er et solidt cirkulært kabel i det væsentlige en cylindrisk kondensator. Og hvis vi tager værdien af ​​ladningen af ​​den indre cylindriske plade som Q, så vil der pr. enhed af dens overflade være en mængde elektricitet, der kan beregnes med formlen:

Her er e den dielektriske konstant for kabelisoleringen.

Ifølge fundamental elektrostatik vil den elektriske feltstyrke E ved radius r være lig med:

Og hvis vi betragter kablets indre cylindriske overflade i en vis afstand fra dets centrum, og dette vil være ækvipotentialoverfladen, vil den elektriske feltstyrke pr. arealenhed af denne overflade være lig med:

Dielektricitetskonstanten for kabelisolering varierer meget afhængigt af driftsforhold og den anvendte type isolering. Vulkaniseret gummi har således en dielektrisk konstant på 4 til 7,5, og imprægneret kabelpapir har en dielektrisk konstant på 3 til 4,5. Nedenfor vil det blive vist, hvordan dielektricitetskonstanten, og dermed kapacitansen, er relateret til temperaturen.

Lad os vende os til Kelvins spejlmetode. Eksperimentelle data giver kun formler til omtrentlig beregning af kabelkapacitansværdier, og disse formler er opnået ud fra den spejlende reflektionsmetode. Metoden er baseret på den position, at en cylindrisk metalskal, der omgiver en uendelig lang tynd ledning L ladet til en værdi Q, påvirker denne ledning på samme måde som en ledning L1 modsat ladet, men forudsat at:

Direkte kapacitansmålinger giver forskellige resultater med forskellige målemetoder. Af denne grund kan kabelkapacitet groft opdeles i:

• Cst — statisk kapacitans, som opnås ved kontinuerlig strømmåling med efterfølgende sammenligning;

• Seff er den effektive kapacitans, som beregnes ud fra voltmeter- og amperemeterdata ved test med vekselstrøm med formlen: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C er den faktiske kapacitans, som er opnået ved analysen af ​​oscillogrammet i forhold til forholdet mellem den maksimale ladning og den maksimale spænding under testen.

Faktisk viste det sig, at værdien af ​​C af kablets faktiske kapacitans er praktisk talt konstant, undtagen i tilfælde af isolationsnedbrud, derfor påvirker spændingsændringen ikke den dielektriske konstant af kablets isolering.

Imidlertid realiseres temperaturens indflydelse på dielektricitetskonstanten, og med stigende temperatur falder den til 5% og følgelig falder kablets faktiske kapacitans C. I dette tilfælde er der ingen afhængighed af den faktiske kapacitet af strømmens frekvens og form.

Den statiske kapacitet Cst af kablet ved temperaturer under 40 ° C er i overensstemmelse med værdien af ​​dens faktiske kapacitet C, og dette skyldes fortyndingen af ​​imprægneringen; ved højere temperaturer øges den statiske kapacitet Cst Vækstens art er vist i grafen, kurve 3 på den viser ændringen i kablets statiske kapacitet med en temperaturændring.

Den effektive kapacitans Ceff er stærkt afhængig af den aktuelle form. En ren sinusformet strøm resulterer i et sammenfald af effektiv og reel kapacitans. En skarp strømform fører til en stigning i den effektive kapacitet med halvanden gang, en stump strømform reducerer den effektive kapacitet.

Den effektive kapacitet Ceff er af praktisk betydning, da den bestemmer de vigtige egenskaber ved det elektriske netværk. Med ionisering i kablet øges den effektive kapacitans.

I grafen nedenfor:

1 — afhængighed af kabelisolationsmodstand af temperatur;

2 — logaritme af kabelisoleringsmodstand i forhold til temperatur;

3 — afhængighed af værdien af ​​kablets statiske kapacitet Cst af temperaturen.

Under produktionskvalitetskontrollen af ​​kabelisoleringen er kapaciteten praktisk talt ikke afgørende, undtagen i processen med vakuumimprægnering i en tørrekedel. For lavspændingsnetværk er kapacitansen heller ikke særlig vigtig, men den påvirker effektfaktoren med induktive belastninger.

Og når man arbejder i højspændingsnetværk, er kablets kapacitet ekstremt vigtig og kan give problemer under driften af ​​installationen som helhed. Du kan for eksempel sammenligne installationer med en driftsspænding på 20.000 volt og 50.000 volt.

Lad os sige, at du skal transmittere 10 MVA med en cosinus på phi lig med 0,9 for en afstand på 15,5 km og 35,6 km. For det første tilfælde, trådens tværsnit, under hensyntagen til den tilladte opvarmning, vælger vi 185 kvm Mm, for den anden - 70 kvm Mm. Den første 132 kV industriinstallation i USA med et oliefyldt kabel havde følgende parametre: ladestrømmen på 11,3 A/km giver en ladeeffekt på 1490 kVA/km, hvilket er 25 gange højere end de analoge parametre for overhead. transmissionsledninger med lignende spænding.

Kapacitetsmæssigt viste Chicagos underjordiske installation i første etape sig at ligne en parallelkoblet elektrisk kondensator på 14 MVA, og i New York City nåede den kapacitive strømkapacitet 28 MVA og dette med en transmitteret effekt på 98 MVA. Kablets arbejdskapacitet er cirka 0,27 Farads per kilometer.

Tomgangstab, når belastningen er let, skyldes netop den kapacitive strøm, som genererer Joule-varme, og fuld belastning bidrager til en mere effektiv drift af kraftværker. I et ubelastet netværk sænker en sådan reaktiv strøm generatorernes spænding, hvorfor der stilles særlige krav til deres design.For at reducere den kapacitive strøm øges højspændingsstrømmens frekvens, for eksempel under kabeltestning, men dette er vanskeligt at implementere, og nogle gange ty til opladning af kablerne med induktive reaktorer.

Så kablet har altid kapacitans og jordmodstand, som bestemmer den kapacitive strøm. Isolationsmodstanden for kablet R ved en forsyningsspænding på 380 V skal være mindst 0,4 MΩ. Kapaciteten af ​​kabel C afhænger af kablets længde, lægningsmåden osv.

For et trefaset kabel med vinylisolering, spænding op til 600 V og netværksfrekvens 50 Hz, er afhængigheden af ​​den kapacitive strøm af tværsnitsarealet af de strømførende ledninger og dens længde vist i figuren. Data fra kabelproducentens specifikationer skal bruges til at beregne den kapacitive strøm.

Hvis den kapacitive strøm er 1 mA eller mindre, påvirker det ikke driften af ​​drevene.

Kapaciteten af ​​kabler i jordede netværk spiller en vigtig rolle. Jordingsstrømme er næsten direkte proportionale med kapacitive strømme og følgelig med selve kablets kapacitans. Derfor når jordstrømmene i enorme bynetværk i store storbyområder enorme værdier.

Vi håber, at dette korte materiale har hjulpet dig til at få en generel idé om kabelkapacitet, hvordan det påvirker driften af ​​elektriske netværk og installationer, og hvorfor det er nødvendigt at være opmærksom på denne kabelparameter.