A kábel elektromos kapacitása

Kábelhálózatban vagy váltakozó feszültség hatására az egyenfeszültség be- és kikapcsolásakor mindig kapacitív áram lép fel. Hosszú távú kapacitív áram csak a kábelek szigetelésében létezik váltakozó feszültség hatására. Állandó áramvezetés mindig létezik, és állandó áramot vezetnek a kábel szigetelésére. Részletesebben a kábel kapacitásáról, ennek a jellemzőnek a fizikai jelentéséről, és ebben a cikkben lesz szó.

A fizika szempontjából a tömör körkábel lényegében egy hengeres kondenzátor. És ha a belső hengeres lemez töltésének értékét Q-nak vesszük, akkor felületének egységére jut a következő képlettel kiszámítható elektromosság:

Itt e a kábelszigetelés dielektromos állandója.

Az alapvető elektrosztatika szerint az E elektromos térerősség az r sugárnál egyenlő lesz:

És ha figyelembe vesszük a kábel belső hengeres felületét a középpontjától bizonyos távolságra, és ez lesz az ekvipotenciális felület, akkor ennek a felületnek az egységnyi területére eső elektromos térerőssége egyenlő lesz:

A kábelszigetelés dielektromos állandója az üzemi körülményektől és az alkalmazott szigetelés típusától függően széles skálán változik. Így a vulkanizált gumi dielektromos állandója 4-7,5, az impregnált kábelpapír dielektromos állandója 3-4,5. Az alábbiakban bemutatjuk, hogy a dielektromos állandó és így a kapacitás hogyan viszonyul a hőmérséklethez.

Térjünk rá Kelvin tükörmódszerére. A kísérleti adatok csak a kábelkapacitás értékeinek hozzávetőleges kiszámításához adnak képleteket, és ezeket a képleteket a tükörreflexiós módszer alapján kapjuk. A módszer azon az állásponton alapul, hogy a Q értékre feltöltött végtelen hosszúságú vékony L vezetéket körülvevő hengeres fémhéj ugyanúgy hat erre a vezetékre, mint az ellentétes töltésű L1 vezetékre, feltéve, hogy:

A közvetlen kapacitásmérés különböző mérési módszerekkel különböző eredményeket ad. Emiatt a kábel kapacitása nagyjából a következőkre osztható:

• Cst – statikus kapacitás, amelyet folyamatos áramméréssel és utólagos összehasonlítással kapunk;

• Seff az effektív kapacitás, amelyet a voltmérő és az ampermérő adataiból számítanak ki váltóáramú teszteléskor a következő képlettel: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C a tényleges kapacitás, amelyet az oszcillogram elemzéséből kapunk, a maximális töltés és a maximális feszültség arányában a vizsgálat során.

Valójában kiderült, hogy a kábel tényleges kapacitásának C értéke gyakorlatilag állandó, kivéve a szigetelés meghibásodását, ezért a feszültség változása nem befolyásolja a kábel szigetelésének dielektromos állandóját.

A hőmérséklet dielektromos állandóra gyakorolt ​​hatása azonban megvalósul, és a hőmérséklet növekedésével 5%-ra csökken, és ennek megfelelően csökken a kábel tényleges C kapacitása. Ebben az esetben a tényleges kapacitás nem függ az áram frekvenciájától és alakjától.

A kábel Cst statikus kapacitása 40 °C alatti hőmérsékleten megegyezik a tényleges C kapacitás értékével, és ez az impregnálás felhígulásának köszönhető; magasabb hőmérsékleten a Cst statikus kapacitás növekszik A növekedés jellegét a grafikon mutatja, a rajta lévő 3. görbe a kábel statikus kapacitásának változását mutatja a hőmérséklet változásával.

A Ceff effektív kapacitás erősen függ az áram alakjától. A tiszta szinuszos áram az effektív és a valós kapacitás egybeesését eredményezi. Az éles áramforma az effektív kapacitás másfélszeres növekedéséhez vezet, a tompa áramforma csökkenti az effektív kapacitást.

A Ceff effektív kapacitás gyakorlati jelentőséggel bír, mivel ez határozza meg az elektromos hálózat fontos jellemzőit. A kábel ionizációjával az effektív kapacitás növekszik.

Az alábbi grafikonon:

1 — a kábel szigetelési ellenállásának függése a hőmérséklettől;

2 – a kábel szigetelési ellenállásának logaritmusa a hőmérséklet függvényében;

3 — a kábel Cst statikus kapacitása értékének függése a hőmérséklettől.

A kábelszigetelés gyártási minőségellenőrzése során a kapacitás gyakorlatilag nem meghatározó, kivéve a szárító kazánban végzett vákuumimpregnálás folyamatát. Kisfeszültségű hálózatoknál a kapacitás szintén nem túl fontos, de az induktív terheléseknél befolyásolja a teljesítménytényezőt.

A nagyfeszültségű hálózatokban végzett munka során pedig rendkívül fontos a kábel kapacitása, amely problémákat okozhat a telepítés egészének működése során. Például összehasonlíthatja a 20 000 voltos és 50 000 voltos üzemi feszültségű berendezéseket.

Tegyük fel, hogy 15,5 km-es és 35,6 km-es távolságra 10 MVA-t kell továbbítania 0,9-es phi koszinuszával. Az első esetben a vezeték keresztmetszete, figyelembe véve a megengedett fűtést, 185 négyzetmétert választunk, a második esetben 70 négyzetmétert. Az első 132 kV-os ipari létesítmény az USA-ban olajjal töltött kábellel a következő paraméterekkel rendelkezett: a 11,3 A/km töltőáram 1490 kVA/km töltési teljesítményt ad, ami 25-ször nagyobb, mint a rezsi analóg paraméterei. hasonló feszültségű távvezetékek.

A chicagói földalatti létesítmény kapacitását tekintve az első szakaszban egy 14 MVA-s párhuzamosan kapcsolt elektromos kondenzátorhoz bizonyult, New Yorkban pedig a kapacitív áramkapacitás elérte a 28 MVA-t és ezt 98 MVA átvitt teljesítménnyel. A kábel munkaképessége körülbelül 0,27 Farad kilométerenként.

Enyhe terhelés esetén az üresjárati veszteségeket éppen a kapacitív áram okozza, amely Joule hőt termel, a teljes terhelés pedig hozzájárul az erőművek hatékonyabb működéséhez. Terheletlen hálózatban az ilyen meddőáram csökkenti a generátorok feszültségét, ezért speciális követelményeket támasztanak a kialakításukkal szemben.A kapacitív áram csökkentése érdekében a nagyfeszültségű áram frekvenciáját megnövelik például a kábeltesztek során, de ez nehezen kivitelezhető, és esetenként a kábelek induktív reaktoros töltéséhez folyamodnak.

Tehát a kábelnek mindig van kapacitása és testellenállása, amelyek meghatározzák a kapacitív áramot. Az R kábel szigetelési ellenállásának 380 V tápfeszültségnél legalább 0,4 MΩ-nak kell lennie. A C kábel kapacitása függ a kábel hosszától, a fektetés módjától stb.

Háromfázisú, vinilszigetelésű, 600 V-ig terjedő feszültséggel és 50 Hz-es hálózati frekvenciával rendelkező kábel esetén a kapacitív áram függése az áramvezető vezetékek keresztmetszeti területétől és hosszától az ábrán látható. A kapacitív áram kiszámításához a kábelgyártó specifikációiból származó adatokat kell használni.

Ha a kapacitív áram 1 mA vagy kevesebb, az nem befolyásolja a hajtások működését.

A földelt hálózatok kábeleinek kapacitása fontos szerepet játszik. A földelési áramok szinte egyenesen arányosak a kapacitív áramokkal és ennek megfelelően magának a kábelnek a kapacitásával. Ezért a nagyvárosi területeken a hatalmas városi hálózatok talajáramai óriási értékeket érnek el.

Reméljük, hogy ez a rövid anyag segített abban, hogy általános képet kapjon a kábelkapacitásról, hogyan befolyásolja az elektromos hálózatok és berendezések működését, és miért szükséges kellő figyelmet fordítani erre a kábelparaméterre.