Kaapelin sähkökapasiteetti

Tasajännitettä kytkettäessä päälle tai pois kaapeliverkossa tai vaihtojännitteen vaikutuksesta syntyy aina kapasitiivinen virta. Pitkäaikainen kapasitiivinen virta on olemassa vain kaapeleiden eristyksessä vaihtojännitteen vaikutuksen alaisena. Vakiovirran johtuminen on aina olemassa ja kaapelin eristykseen syötetään vakiovirta. Tässä artikkelissa käsitellään yksityiskohtaisemmin kaapelin kapasiteetista, tämän ominaisuuden fyysisestä merkityksestä.

Fysiikan näkökulmasta kiinteä pyöreä kaapeli on olennaisesti sylinterimäinen kondensaattori. Ja jos otamme sisemmän lieriömäisen levyn varauksen arvoksi Q, niin sen pintayksikköä kohti on sähkömäärä, joka voidaan laskea kaavalla:

Tässä e on kaapelin eristyksen dielektrisyysvakio.

Perussähköstiikan mukaan sähkökentän voimakkuus E säteellä r on yhtä suuri:

Ja jos tarkastelemme kaapelin sylinterimäistä sisäpintaa jollain etäisyydellä sen keskustasta, ja tämä on ekvipotentiaalipinta, tämän pinnan sähkökentän voimakkuus pinta-alayksikköä kohti on yhtä suuri:

Kaapelieristyksen dielektrisyysvakio vaihtelee suuresti riippuen käyttöolosuhteista ja käytetystä eristystyypistä. Siten vulkanoidun kumin dielektrisyysvakio on 4 - 7,5 ja kyllästetyn kaapelipaperin dielektrisyysvakio on 3 - 4,5. Alla näytetään, kuinka dielektrisyysvakio ja siten kapasitanssi liittyvät lämpötilaan.

Käännytään Kelvinin peilimenetelmään. Kokeelliset tiedot antavat vain kaavoja kaapelin kapasitanssiarvojen likimääräiseen laskemiseen, ja nämä kaavat on saatu peiliheijastusmenetelmän perusteella. Menetelmä perustuu siihen, että sylinterimäinen metallikuori, joka ympäröi äärettömän pitkää ohutta lankaa L, joka on varattu arvoon Q, vaikuttaa tähän lankaan samalla tavalla kuin vastakkaisesti varautunut lanka L1, mutta edellyttäen, että:

Suorat kapasitanssimittaukset antavat erilaisia ​​tuloksia eri mittausmenetelmillä. Tästä syystä kaapelin kapasiteetti voidaan karkeasti jakaa:

• Cst - staattinen kapasitanssi, joka saadaan jatkuvalla virranmittauksella ja sitä seuraavalla vertailulla;

• Seff on tehollinen kapasitanssi, joka lasketaan volttimittarin ja ampeerimittarin tiedoista testattaessa vaihtovirralla kaavalla: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C on todellinen kapasitanssi, joka saadaan analysoimalla oskillogrammi maksimivarauksen ja maksimijännitteen suhteen testin aikana.

Itse asiassa kävi ilmi, että kaapelin todellisen kapasitanssin C-arvo on käytännössä vakio, paitsi eristyksen rikkoutuessa, joten jännitteen muutos ei vaikuta kaapelin eristyksen dielektrisyysvakioon.

Lämpötilan vaikutus dielektrisyysvakioon kuitenkin toteutuu ja lämpötilan noustessa se laskee 5 %:iin ja vastaavasti kaapelin todellinen kapasitanssi C pienenee. Tässä tapauksessa todellinen kapasiteetti ei ole riippuvainen virran taajuudesta ja muodosta.

Kaapelin staattinen kapasiteetti Cst alle 40 °C:n lämpötiloissa on yhdenmukainen sen todellisen kapasiteetin C arvon kanssa ja tämä johtuu kyllästyksen laimenemisesta; korkeammissa lämpötiloissa staattinen kapasiteetti Cst kasvaa Kasvun luonne näkyy kaaviossa, sen käyrä 3 esittää kaapelin staattisen kapasiteetin muutosta lämpötilan muutoksen myötä.

Tehollinen kapasitanssi Ceff on vahvasti riippuvainen virran muodosta. Puhdas sinimuotoinen virta johtaa tehollisen ja todellisen kapasitanssin yhteensattumiseen. Terävä virtamuoto johtaa tehollisen kapasiteetin kasvuun puolitoista kertaa, tylsä ​​virtamuoto vähentää tehollista kapasiteettia.

Tehokas kapasiteetti Ceff on käytännön tärkeä, koska se määrää sähköverkon tärkeät ominaisuudet. Kaapelin ionisaatiolla tehollinen kapasitanssi kasvaa.

Alla olevassa kaaviossa:

1 — kaapelin eristysvastuksen riippuvuus lämpötilasta;

2 — kaapelin eristysvastuksen logaritmi suhteessa lämpötilaan;

3 — kaapelin staattisen kapasiteetin Cst arvon riippuvuus lämpötilasta.

Kaapelieristeen tuotannon laadunvalvonnan aikana kapasiteetti ei käytännössä ole ratkaiseva, paitsi kuivauskattilan tyhjiökyllästysprosessissa. Pienjänniteverkoissa kapasitanssi ei myöskään ole kovin tärkeä, mutta se vaikuttaa tehokertoimeen induktiivisilla kuormilla.

Ja korkeajänniteverkoissa työskennellessä kaapelin kapasiteetti on erittäin tärkeä ja voi aiheuttaa ongelmia koko asennuksen toiminnan aikana. Voit esimerkiksi verrata asennuksia, joiden käyttöjännite on 20 000 volttia ja 50 000 volttia.

Oletetaan, että sinun on lähetettävä 10 MVA phi:n kosinin kanssa 0,9 etäisyydellä 15,5 km ja 35,6 km. Ensimmäisessä tapauksessa langan poikkileikkaus, ottaen huomioon sallittu lämmitys, valitsemme 185 neliömetriä, toisessa - 70 neliömetriä. Ensimmäisellä 132 kV:n teollisuuslaitoksella USA:ssa öljytäytteisellä kaapelilla oli seuraavat parametrit: latausvirta 11,3 A/km antaa lataustehon 1490 kVA/km, mikä on 25 kertaa korkeampi kuin ylävirran analogiset parametrit. saman jännitteisiä siirtolinjoja.

Chicagon maanalainen asennus osoittautui kapasiteetiltaan ensimmäisessä vaiheessa samanlaiseksi kuin rinnan kytketty 14 MVA sähkökondensaattori, ja New York Cityssä kapasitiivinen virtakapasiteetti saavutti 28 MVA ja tämä 98 MVA:n lähetysteholla. Kaapelin työkyky on noin 0,27 Faradia kilometriä kohden.

Tyhjäkuormitushäviöt, kun kuorma on kevyttä, johtuvat nimenomaan kapasitiivisesta virrasta, joka tuottaa Joule-lämpöä, ja täysi kuormitus edistää voimalaitosten tehokkaampaa toimintaa. Kuormittamattomassa verkossa tällainen loisvirta alentaa generaattoreiden jännitettä, minkä vuoksi niiden suunnittelulle asetetaan erityisiä vaatimuksia.Kapasitiivisen virran vähentämiseksi suurjännitevirran taajuutta nostetaan esimerkiksi kaapelin testauksen yhteydessä, mutta tämä on vaikea toteuttaa, ja joskus turvaudutaan kaapeleiden lataamiseen induktiivisilla reaktoreilla.

Joten kaapelissa on aina kapasitanssi ja maavastus, jotka määräävät kapasitiivisen virran. Kaapelin R eristysvastuksen tulee 380 V:n syöttöjännitteellä olla vähintään 0,4 MΩ. Kaapelin C kapasiteetti riippuu kaapelin pituudesta, asennustavasta jne.

Kolmivaiheiselle kaapelille, jossa on vinyylieristys, jännite enintään 600 V ja verkkotaajuus 50 Hz, kapasitiivisen virran riippuvuus virtajohtojen poikkipinta-alasta ja sen pituudesta on esitetty kuvassa. Kapasitiivisen virran laskemiseen tulee käyttää kaapelin valmistajan antamia tietoja.

Jos kapasitiivinen virta on 1 mA tai vähemmän, se ei vaikuta taajuusmuuttajien toimintaan.

Maadoitettujen verkkojen kaapelien kapasiteetilla on tärkeä rooli. Maadoitusvirrat ovat lähes suoraan verrannollisia kapasitiivisiin virtoihin ja vastaavasti itse kaapelin kapasitanssiin. Siksi suurilla suurkaupunkialueilla valtavien kaupunkiverkostojen maavirrat saavuttavat valtavia arvoja.

Toivomme, että tämä lyhyt materiaali on auttanut sinua saamaan yleiskäsityksen kaapelin kapasiteetista, miten se vaikuttaa sähköverkkojen ja -asennusten toimintaan ja miksi tähän kaapeliparametriin on syytä kiinnittää riittävästi huomiota.