Електрически капацитет на кабела

Когато включвате или изключвате DC напрежение в кабелна мрежа или под влияние на променливо напрежение, винаги възниква капацитивен ток. Дългосрочен капацитивен ток съществува само в изолацията на кабелите под влияние на променливо напрежение. През цялото време съществува постоянна токова проводимост и към изолацията на кабела се прилага постоянен ток. По -подробно за капацитета на кабела, за физическото значение на тази характеристика и ще бъде обсъдено в тази статия.

От гледна точка на физиката, едножилен кабел с кръгло сечение е по същество цилиндричен кондензатор. И ако вземем стойността на заряда на вътрешната цилиндрична плоча като Q, тогава на единица от нейната повърхност ще има количество електричество, което може да се изчисли по формулата:

Тук e е диелектричната константа на изолацията на кабела.

В съответствие с фундаменталната електростатика силата на електрическото поле E при радиус r ще бъде равна на:

И ако вземем предвид вътрешната цилиндрична повърхност на кабела на известно разстояние от центъра му и това ще бъде еквипотенциалната повърхност, тогава силата на електрическото поле за единица площ на тази повърхност ще бъде равна на:

Диелектричната константа на изолацията на кабела варира в широки граници в зависимост от условията на работа и вида на използваната изолация. Така вулканизираният каучук има диелектрична константа от 4 до 7,5, а импрегнираната кабелна хартия — от 3 до 4,5. По -долу ще бъде показано как диелектричната константа, а оттам и капацитетът, са свързани с температурата.

Нека се обърнем към метода на огледало на Келвин. Експерименталните данни дават само формули за приблизително изчисляване на стойностите на капацитетите на кабелите и тези формули са получени въз основа на метода на огледално отражение. Методът се основава на позицията, че цилиндрична метална обвивка, обграждаща безкрайно дълъг тънък проводник L, заредена до стойност Q, влияе върху този проводник по същия начин като проводник L1, зареден срещуположно, но при условие, че:

Директните измервания на капацитета дават различни резултати с различни методи за измерване. Поради тази причина капацитетът на кабела може да бъде грубо разделен на:

• Cst — статичен капацитет, който се получава чрез измерване с непрекъснат ток с последващо сравнение;

• Seff е ефективният капацитет, който се изчислява въз основа на данните от волтметъра и амперметъра при тестване с променлив ток по формулата: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C е действителният капацитет, който се получава от анализа на осцилограмата по отношение на съотношението на максималния заряд към максималното напрежение по време на изпитването.

Всъщност се оказа, че стойността на C на действителния капацитет на кабела е практически постоянна, с изключение на случаите на разрушаване на изолацията, следователно промяната на напрежението не влияе върху диелектричната константа на изолацията на кабела.

Влиянието на температурата върху диелектричната константа обаче се осъществява и с повишаване на температурата тя намалява до 5%и съответно действителният капацитет C на кабела намалява. В този случай няма зависимост на действителния капацитет от честотата и формата на тока.

Статичният капацитет Cst на кабела при температури под 40 ° C е в съответствие със стойността на действителния му капацитет C и това се дължи на разреждането на импрегнирането; при по -високи температури статичният капацитет Cst се увеличава.Характерът на растежа е показан на графиката, крива 3 върху него показва промяната в статичния капацитет на кабела с промяна в температурата.

Ефективният капацитет Ceff е силно зависим от текущата форма. Чистият синусоидален ток води до съвпадение на ефективния и реалния капацитет. Острата форма на ток води до увеличаване на ефективния капацитет с един и половина пъти, формата на тъп ток намалява ефективния капацитет.

Ефективният капацитет Ceff е от практическо значение, тъй като именно той определя важните характеристики на електрическата мрежа. С йонизацията в кабела ефективният капацитет се увеличава.

На графиката по -долу:

1 — зависимост на съпротивлението на изолацията на кабела от температурата;

2 — логаритъм на съпротивлението на изолацията на кабела спрямо температурата;

3 — зависимост на стойността на статичния капацитет Cst на кабела от температурата.

По време на производствения контрол на качеството на кабелната изолация капацитетът практически не е решаващ, освен в процеса на вакуумно импрегниране в сушилен котел. За мрежи с ниско напрежение капацитетът също не е много важен, но влияе върху фактора на мощността с натоварвания от индуктивен характер.

И когато работите в мрежи с високо напрежение, капацитетът на кабела е изключително важен и може да причини проблеми по време на работата на инсталацията като цяло. Например, можете да сравните инсталации с работно напрежение 20 000 волта и 50 000 волта.

Да речем, че трябва да предадете 10 MVA с косинус от phi, равен на 0,9 за разстояние от 15,5 км и 35,6 км. За първия случай напречното сечение на жилата, като се вземе предвид допустимото отопление, избираме 185 кв. Мм, за втория — 70 кв. Мм. Първата промишлена инсталация 132 kV в САЩ с кабел, напълнен с масло, имаше следните параметри: зарядният ток от 11,3 A / km дава мощност на зареждане от 1490 kVA / km, което е 25 пъти по-високо от аналогичните параметри на въздушното предаване линии с подобно напрежение.

По отношение на капацитета подземната инсталация в Чикаго на първия етап се оказа сходна с паралелно свързан електрически кондензатор от 14 MVA, а в град Ню Йорк капацитетът на капацитивния ток достигна 28 MVA и това с предавана мощност от 98 MVA. Работният капацитет на кабела е приблизително 0,27 Фарада на километър.

Загубите на празен ход, когато натоварването е слабо, се причиняват именно от капацитивния ток, който генерира Джоулова топлина, а пълното натоварване допринася за по-ефективната работа на електроцентралите. В ненатоварена мрежа такъв реактивен ток понижава напрежението на генераторите, поради което към техните конструкции се налагат специални изисквания. За да се намали капацитивният ток, честотата на тока на високо напрежение се увеличава например по време на изпитване на кабели, но това е трудно за изпълнение, а понякога се прибягва до зареждане на кабелите с индуктивни реактори.

Така че кабелът винаги има капацитет и устойчивост на маса, които определят капацитивния ток. Съпротивлението на изолацията на кабела R при захранващо напрежение 380 V трябва да бъде най -малко 0,4 MΩ. Капацитетът на кабел C зависи от дължината на кабела, начина на полагане и т.н.

За трифазен кабел с винилова изолация, напрежение до 600 V и мрежова честота 50 Hz, зависимостта на капацитивния ток от площта на напречното сечение на проводниците с ток и неговата дължина е показана в фигура. За изчисляване на капацитивния ток трябва да се използват данните от спецификациите на производителя на кабела.

Ако капацитивният ток е 1 mA или по -малък, това не влияе върху работата на задвижванията.

Капацитетът на кабелите в заземени мрежи играе важна роля. Заземяващите токове са почти директно пропорционални на капацитивните токове и съответно на самия капацитет на кабела. Следователно в големите столични райони заземителните токове на огромни градски мрежи достигат огромни стойности.

Надяваме се, че този кратък материал ви е помогнал да получите обща представа за капацитета на кабела, как той влияе върху работата на електрическите мрежи и инсталации и защо е необходимо да се обърне дължимото внимание на този параметър на кабела.