Električna zmogljivost kabla

Pri vklapljanju in izklapljanju enosmerne napetosti v kabelskem omrežju ali pod vplivom izmenične napetosti se vedno pojavi kapacitivni tok. Dolgotrajni kapacitivni tok obstaja samo v izolaciji kablov pod vplivom izmenične napetosti. Prevod konstantnega toka obstaja ves čas in na izolacijo kabla teče konstanten tok. Podrobneje o zmogljivosti kabla, o fizičnem pomenu te značilnosti in bomo obravnavali v tem članku.

Z vidika fizike je poln krožni kabel v bistvu cilindrični kondenzator. In če vzamemo vrednost naboja notranje cilindrične plošče kot Q, potem bo na enoto njene površine količina električne energije, ki jo je mogoče izračunati po formuli:

Tukaj je e dielektrična konstanta izolacije kabla.

V skladu s temeljno elektrostatiko bo električna poljska jakost E pri polmeru r enaka:

In če upoštevamo notranjo cilindrično površino kabla na določeni razdalji od njegovega središča in bo to ekvipotencialna površina, bo električna poljska jakost na enoto površine te površine enaka:

Dielektrična konstanta kabelske izolacije se zelo razlikuje glede na pogoje delovanja in vrsto uporabljene izolacije. Tako ima vulkanizirana guma dielektrično konstanto od 4 do 7,5, impregnirani kabelski papir pa od 3 do 4,5. Spodaj bo prikazano, kako sta dielektrična konstanta in s tem kapacitivnost povezana s temperaturo.

Obrnimo se na Kelvinovo zrcalno metodo. Eksperimentalni podatki podajajo samo formule za približen izračun vrednosti kapacitivnosti kabla, te formule pa so pridobljene na podlagi metode zrcalne refleksije. Metoda temelji na stališču, da valjasta kovinska lupina, ki obdaja neskončno dolgo tanko žico L, naelektreno z vrednostjo Q, vpliva na to žico na enak način kot nasprotno nabita žica L1, vendar pod pogojem, da:

Neposredne meritve kapacitivnosti dajejo različne rezultate z različnimi merilnimi metodami. Iz tega razloga lahko zmogljivost kabla grobo razdelimo na:

• Cst - statična kapacitivnost, ki jo dobimo z neprekinjenim merjenjem toka z naknadno primerjavo;

• Seff je efektivna kapacitivnost, ki se izračuna iz podatkov voltmetra in ampermetra pri testiranju z izmeničnim tokom po formuli: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C je dejanska kapacitivnost, ki jo dobimo z analizo oscilograma glede na razmerje med največjim nabojem in največjo napetostjo med preskusom.

Dejansko se je izkazalo, da je vrednost C dejanske kapacitivnosti kabla praktično konstantna, razen v primerih preboja izolacije, zato sprememba napetosti ne vpliva na dielektrično konstanto izolacije kabla.

Vendar pa je vpliv temperature na dielektrično konstanto realiziran in z naraščajočo temperaturo se zmanjša na 5% in temu primerno se zmanjša dejanska kapacitivnost C kabla. V tem primeru dejanska zmogljivost ni odvisna od frekvence in oblike toka.

Statična zmogljivost Cst kabla pri temperaturah pod 40 °C je skladna z vrednostjo njegove dejanske zmogljivosti C, kar je posledica redčenja impregnacije; pri višjih temperaturah se poveča statična zmogljivost Cst Narava rasti je prikazana na grafu, krivulja 3 na njem prikazuje spremembo statične zmogljivosti kabla s spremembo temperature.

Efektivna kapacitivnost Ceff je močno odvisna od oblike toka. Čisti sinusni tok povzroči sovpadanje efektivne in realne kapacitivnosti. Ostra oblika toka povzroči povečanje efektivne zmogljivosti za 1-krat in pol, topa oblika zmanjša efektivno zmogljivost.

Efektivna zmogljivost Ceff je praktičnega pomena, saj določa pomembne značilnosti električnega omrežja. Z ionizacijo v kablu se efektivna kapacitivnost poveča.

V spodnjem grafu:

1 - odvisnost izolacijske upornosti kabla od temperature;

2 - logaritem izolacijske upornosti kabla glede na temperaturo;

3 — odvisnost vrednosti statične zmogljivosti Cst kabla od temperature.

Pri kontroli kakovosti izdelave kabelske izolacije zmogljivost praktično ni odločilna, razen pri procesu vakuumske impregnacije v sušilnem kotlu. Za nizkonapetostna omrežja tudi kapacitivnost ni zelo pomembna, vendar vpliva na faktor moči pri induktivnih obremenitvah.

In pri delu v visokonapetostnih omrežjih je zmogljivost kabla izjemno pomembna in lahko povzroči težave med delovanjem celotne instalacije. Primerjate lahko na primer naprave z delovno napetostjo 20.000 voltov in 50.000 voltov.

Recimo, da morate oddajati 10 MVA s kosinusom phi enakim 0,9 za razdaljo 15,5 km in 35,6 km. V prvem primeru prečni prerez žice, ob upoštevanju dovoljenega ogrevanja, izberemo 185 m², za drugo - 70 m². Prva 132 kV industrijska naprava v ZDA z oljem napolnjenim kablom je imela naslednje parametre: polnilni tok 11,3 A / km daje polnilno moč 1490 kVA / km, kar je 25-krat več od analognih parametrov režijske daljnovodi podobne napetosti.

Po zmogljivosti se je čikaška podzemna napeljava v prvi stopnji izkazala za podobno vzporedno vezanemu električnemu kondenzatorju 14 MVA, v New Yorku pa je kapacitivna tokovna zmogljivost dosegla 28 MVA in to ob oddajni moči 98 MVA. Delovna zmogljivost kabla je približno 0,27 Farada na kilometer.

Izgube v prostem teku pri majhni obremenitvi nastanejo ravno zaradi kapacitivnega toka, ki ustvarja Joulovo toploto, polna obremenitev pa prispeva k učinkovitejšemu delovanju elektrarn. V neobremenjenem omrežju takšen reaktivni tok zniža napetost generatorjev, zato so za njihove konstrukcije naložene posebne zahteve.Da bi zmanjšali kapacitivni tok, se poveča frekvenca visokonapetostnega toka, na primer med testiranjem kablov, vendar je to težko izvesti, včasih pa se zatečejo k polnjenju kablov z induktivnimi reaktorji.

Tako ima kabel vedno kapacitivnost in ozemljitveni upor, ki določata kapacitivni tok. Izolacijska upornost kabla R pri napajalni napetosti 380 V mora biti najmanj 0,4 MΩ. Kapaciteta kabla C je odvisna od dolžine kabla, načina polaganja itd.

Za trifazni kabel z vinilno izolacijo, napetostjo do 600 V in omrežno frekvenco 50 Hz, je na sliki prikazana odvisnost kapacitivnega toka od površine prečnega prereza tokovnih žic in njegove dolžine. Za izračun kapacitivnega toka je treba uporabiti podatke iz specifikacij proizvajalca kabla.

Če je kapacitivni tok 1 mA ali manj, to ne vpliva na delovanje pogonov.

Zmogljivost kablov v ozemljenih omrežjih igra pomembno vlogo. Ozemljitveni tokovi so skoraj neposredno sorazmerni s kapacitivnimi tokovi in ​​​​s tem s kapacitivnostjo samega kabla. Zato v velikih metropolitanskih območjih talni tokovi velikih mestnih omrežij dosegajo ogromne vrednosti.

Upamo, da vam je ta kratek material pomagal pridobiti splošno predstavo o zmogljivosti kabla, kako vpliva na delovanje električnih omrežij in napeljav ter zakaj je treba temu parametru kabla posvetiti ustrezno pozornost.