Kabelens elektriske kapasitet

Når likespenning slås på eller av i et kabelnettverk eller under påvirkning av vekselspenning, oppstår det alltid en kapasitiv strøm. Langsiktig kapasitiv strøm eksisterer bare i isolasjon av kabler under påvirkning av vekselspenning. Konstant strømledning eksisterer til enhver tid og en konstant strøm påføres kabelisolasjonen. Mer detaljert om kabelens kapasitet, om den fysiske betydningen av denne egenskapen og vil bli diskutert i denne artikkelen.

Fra et fysikksynspunkt er en solid sirkulær kabel i hovedsak en sylindrisk kondensator. Og hvis vi tar verdien av ladningen til den indre sylindriske platen som Q, vil det per enhet av overflaten være en mengde elektrisitet som kan beregnes med formelen:

Her er e den dielektriske konstanten til kabelisolasjonen.

I henhold til grunnleggende elektrostatikk vil den elektriske feltstyrken E ved radius r være lik:

Og hvis vi vurderer den indre sylindriske overflaten til kabelen i en viss avstand fra sentrum, og dette vil være ekvipotensialoverflaten, vil den elektriske feltstyrken per arealenhet av denne overflaten være lik:

Den dielektriske konstanten til kabelisolasjon varierer mye avhengig av driftsforhold og typen isolasjon som brukes. Vulkanisert gummi har således en dielektrisk konstant på 4 til 7,5, og impregnert kabelpapir har en dielektrisk konstant på 3 til 4,5. Nedenfor vil det vises hvordan dielektrisitetskonstanten, og dermed kapasitansen, er relatert til temperatur.

La oss gå til Kelvins speilmetode. Eksperimentelle data gir kun formler for omtrentlig beregning av kabelkapasitansverdier, og disse formlene er oppnådd basert på speilrefleksjonsmetoden. Metoden er basert på posisjonen at et sylindrisk metallskall som omgir en uendelig lang tynn ledning L ladet til en verdi Q påvirker denne ledningen på samme måte som en ledning L1 motsatt ladet, men forutsatt at:

Direkte kapasitansmålinger gir ulike resultater med ulike målemetoder. Av denne grunn kan kabelkapasitet grovt deles inn i:

• Cst - statisk kapasitans, som oppnås ved kontinuerlig strømmåling med påfølgende sammenligning;

• Seff er den effektive kapasitansen, som beregnes fra voltmeter- og amperemeterdata ved testing med vekselstrøm med formelen: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C er den faktiske kapasitansen, som er oppnådd fra analysen av oscillogrammet når det gjelder forholdet mellom maksimal ladning og maksimal spenning under testen.

Faktisk viste det seg at verdien av C for den faktiske kapasitansen til kabelen er praktisk talt konstant, bortsett fra i tilfeller av isolasjonsbrudd, derfor påvirker ikke spenningsendringen den dielektriske konstanten til kabelens isolasjon.

Imidlertid realiseres temperaturens innflytelse på dielektrisitetskonstanten og med økende temperatur synker den til 5% og følgelig reduseres den faktiske kapasitansen C til kabelen. I dette tilfellet er det ingen avhengighet av den faktiske kapasiteten på frekvensen og formen til strømmen.

Kabelens statiske kapasitet Cst ved temperaturer under 40 ° C er i samsvar med verdien av dens faktiske kapasitet C og dette skyldes fortynningen av impregneringen; ved høyere temperaturer øker den statiske kapasiteten Cst Vekstens art er vist i grafen, kurve 3 på den viser endringen i kabelens statiske kapasitet ved temperaturendring.

Den effektive kapasitansen Ceff er sterkt avhengig av den aktuelle formen. En ren sinusformet strøm resulterer i et sammentreff av effektiv og reell kapasitans. En skarp strømform fører til en økning i den effektive kapasiteten med en og en halv gang, en stump strømform reduserer den effektive kapasiteten.

Den effektive kapasiteten Ceff er av praktisk betydning, da den bestemmer de viktige egenskapene til det elektriske nettverket. Med ionisering i kabelen øker den effektive kapasitansen.

I grafen nedenfor:

1 — avhengighet av kabelisolasjonsmotstand på temperatur;

2 — logaritme av kabelisolasjonsmotstand versus temperatur;

3 — avhengighet av verdien av kabelens statiske kapasitet Cst på temperaturen.

Under produksjonskvalitetskontrollen av kabelisolasjonen er kapasiteten praktisk talt ikke avgjørende, bortsett fra i prosessen med vakuumimpregnering i en tørkekjele. For lavspentnett er heller ikke kapasitans veldig viktig, men det påvirker effektfaktoren med induktive belastninger.

Og når du arbeider i høyspentnett, er kapasiteten til kabelen ekstremt viktig og kan forårsake problemer under driften av installasjonen som helhet. Du kan for eksempel sammenligne installasjoner med en driftsspenning på 20 000 volt og 50 000 volt.

La oss si at du må overføre 10 MVA med en cosinus på phi lik 0,9 for en avstand på 15,5 km og 35,6 km. For det første tilfellet, tverrsnittet av ledningen, under hensyntagen til den tillatte oppvarmingen, velger vi 185 kvm Mm, for den andre - 70 kvm Mm. Den første 132 kV industriinstallasjonen i USA med en oljefylt kabel hadde følgende parametere: ladestrømmen på 11,3 A/km gir en ladeeffekt på 1490 kVA/km, som er 25 ganger høyere enn de analoge parameterne til overheaden. overføringslinjer med lignende spenning.

Kapasitetsmessig viste den underjordiske installasjonen i Chicago i første trinn å ligne på en parallellkoblet elektrisk kondensator på 14 MVA, og i New York City nådde den kapasitive strømkapasiteten 28 MVA og dette med en overført effekt på 98 MVA. Arbeidskapasiteten til kabelen er omtrent 0,27 Farad per kilometer.

Tomlastap når belastningen er lett forårsakes nettopp av den kapasitive strømmen, som genererer Joule-varme, og full belastning bidrar til mer effektiv drift av kraftverk. I et ubelastet nettverk senker en slik reaktiv strøm spenningen til generatorene, og det er grunnen til at det stilles spesielle krav til deres design.For å redusere den kapasitive strømmen økes frekvensen til høyspentstrømmen, for eksempel under kabeltesting, men dette er vanskelig å implementere, og noen ganger ty til å lade kablene med induktive reaktorer.

Så kabelen har alltid kapasitans og jordmotstand som bestemmer den kapasitive strømmen. Isolasjonsmotstanden til kabelen R ved en forsyningsspenning på 380 V må være minst 0,4 MΩ. Kapasiteten til kabel C avhenger av lengden på kabelen, leggingsmåten osv.

For en trefasekabel med vinylisolasjon, spenning opptil 600 V og nettverksfrekvens 50 Hz, er avhengigheten av den kapasitive strømmen av tverrsnittsarealet til de strømførende ledningene og dens lengde vist i figuren. Data fra kabelprodusentens spesifikasjoner bør brukes til å beregne den kapasitive strømmen.

Hvis den kapasitive strømmen er 1 mA eller mindre, påvirker det ikke driften av stasjonene.

Kapasiteten til kabler i jordede nettverk spiller en viktig rolle. Jordingsstrømmer er nesten direkte proporsjonale med kapasitive strømmer og følgelig med kapasitansen til selve kabelen. Derfor, i store storbyområder, når grunnstrømmene til enorme urbane nettverk enorme verdier.

Vi håper at dette korte materialet har hjulpet deg med å få en generell idé om kabelkapasitet, hvordan det påvirker driften av elektriske nettverk og installasjoner, og hvorfor det er nødvendig å være oppmerksom på denne kabelparameteren.