Kabelio elektrinė talpa

Įjungiant arba išjungiant nuolatinę įtampą kabelių tinkle arba veikiant kintamajai įtampai, visada atsiranda talpinė srovė. Ilgalaikė talpinė srovė egzistuoja tik kabelių izoliacijoje, veikiant kintamajai įtampai. Nuolatinis srovės laidumas egzistuoja visą laiką, o kabelio izoliacijai taikoma pastovi srovė. Išsamiau apie kabelio talpą, apie fizinę šios charakteristikos reikšmę ir bus aptarta šiame straipsnyje.

Fizikos požiūriu tvirtas apskritas kabelis iš esmės yra cilindrinis kondensatorius. Ir jei vidinės cilindrinės plokštės krūvio vertę imsime kaip Q, tada jos paviršiaus vienetui bus elektros kiekis, kurį galima apskaičiuoti pagal formulę:

Čia e yra kabelio izoliacijos dielektrinė konstanta.

Pagal pagrindinę elektrostatiką elektrinio lauko stipris E spinduliu r bus lygus:

Ir jei laikysime vidinį cilindrinį kabelio paviršių tam tikru atstumu nuo jo centro ir tai bus ekvipotencialus paviršius, tada elektrinio lauko stiprumas šio paviršiaus ploto vienetui bus lygus:

Kabelio izoliacijos dielektrinė konstanta labai skiriasi priklausomai nuo eksploatavimo sąlygų ir naudojamos izoliacijos tipo. Taigi, vulkanizuotos gumos dielektrinė konstanta yra nuo 4 iki 7,5, o impregnuoto kabelio popieriaus - nuo 3 iki 4,5. Žemiau bus parodyta, kaip dielektrinė konstanta, taigi ir talpa, yra susiję su temperatūra.

Pereikime prie Kelvino veidrodžio metodo. Eksperimentiniai duomenys pateikia tik apytiksles kabelio talpos verčių apskaičiavimo formules, o šios formulės gaunamos remiantis veidrodinio atspindžio metodu. Metodas pagrįstas pozicija, kad cilindrinis metalinis apvalkalas, supantis be galo ilgą ploną laidą L, įkrautą iki vertės Q, veikia šį laidą taip pat, kaip priešingai įkrautą laidą L1, tačiau su sąlyga, kad:

Tiesioginiai talpos matavimai suteikia skirtingus rezultatus naudojant skirtingus matavimo metodus. Dėl šios priežasties kabelio talpą galima apytiksliai suskirstyti į:

• Cst - statinė talpa, kuri gaunama nuolat matuojant srovę su vėlesniu palyginimu;

• Seff yra efektyvioji talpa, kuri apskaičiuojama pagal voltmetro ir ampermetro duomenis, kai bandoma kintamąja srove pagal formulę: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C yra tikroji talpa, kuri gaunama analizuojant oscilogramą, atsižvelgiant į maksimalaus krūvio ir didžiausios įtampos santykį bandymo metu.

Iš tikrųjų paaiškėjo, kad tikrosios kabelio talpos C reikšmė yra praktiškai pastovi, išskyrus izoliacijos gedimo atvejus, todėl įtampos pokytis neturi įtakos kabelio izoliacijos dielektrinei konstantai.

Tačiau temperatūros įtaka dielektrinei konstantai realizuojama ir didėjant temperatūrai sumažėja iki 5% ir atitinkamai mažėja tikroji kabelio talpa C. Šiuo atveju tikroji talpa nepriklauso nuo srovės dažnio ir formos.

Statinė kabelio talpa Cst esant žemesnei nei 40 ° C temperatūrai atitinka jo faktinės talpos C vertę ir tai yra dėl impregnavimo praskiedimo; esant aukštesnei temperatūrai, didėja statinė talpa Cst Augimo pobūdis parodytas grafike, ant jo esanti kreivė 3 rodo kabelio statinės talpos kitimą keičiantis temperatūrai.

Efektyvi talpa Ceff labai priklauso nuo srovės formos. Gryna sinusoidinė srovė lemia efektyviosios ir tikrosios talpos sutapimą. Dėl aštrios srovės formos efektyvusis pajėgumas padidėja pusantro karto, o buka srovė sumažina efektyvųjį pajėgumą.

Efektyvioji galia Ceff turi praktinę reikšmę, nes lemia svarbias elektros tinklo charakteristikas. Esant jonizacijai kabelyje, efektyvioji talpa padidėja.

Žemiau esančioje diagramoje:

1 — kabelio izoliacijos varžos priklausomybė nuo temperatūros;

2 — kabelio izoliacijos varžos ir temperatūros logaritmas;

3 — kabelio statinės talpos Cst reikšmės priklausomybė nuo temperatūros.

Atliekant kabelio izoliacijos gamybos kokybės kontrolę, talpa praktiškai nėra lemiama, išskyrus vakuuminio impregnavimo džiovinimo katile procesą. Žemos įtampos tinklams talpa taip pat nėra labai svarbi, tačiau ji turi įtakos galios koeficientui esant indukcinėms apkrovoms.

O dirbant aukštos įtampos tinkluose, kabelio talpa yra itin svarbi ir gali sukelti problemų eksploatuojant visą įrenginį. Pavyzdžiui, galite palyginti įrenginius, kurių darbinė įtampa yra 20 000 voltų ir 50 000 voltų.

Tarkime, kad 15,5 km ir 35,6 km atstumui reikia perduoti 10 MVA, kurio phi kosinusas yra lygus 0,9. Pirmam atvejui laido skerspjūvis, atsižvelgiant į leistiną šildymą, pasirenkame 185 kv.mm, antrajam - 70 kv.m. Pirmasis JAV 132 kV pramoninis įrenginys su alyvos pripildytu kabeliu turėjo tokius parametrus: 11,3 A/km įkrovimo srovė suteikia 1490 kVA/km įkrovimo galią, o tai 25 kartus viršija analogiškus oro srauto parametrus. panašios įtampos perdavimo linijos.

Pagal pajėgumą Čikagos požeminė instaliacija pirmajame etape pasirodė esanti panaši į lygiagrečiai prijungtą 14 MVA elektrinį kondensatorių, o Niujorke talpinė srovė siekė 28 MVA, o ši perduodama 98 MVA galia. Kabelio darbinis pajėgumas yra maždaug 0,27 Faradų vienam kilometrui.

Tuščiosios apkrovos nuostolius, kai apkrova nedidelė, sukelia būtent talpinė srovė, kuri generuoja Džaulio šilumą, o visa apkrova prisideda prie efektyvesnio elektrinių darbo. Neapkrautame tinkle tokia reaktyvioji srovė sumažina generatorių įtampą, todėl jų konstrukcijoms keliami specialūs reikalavimai.Siekiant sumažinti talpinę srovę, aukštosios įtampos srovės dažnis padidinamas, pavyzdžiui, atliekant kabelių bandymus, tačiau tai sunkiai įgyvendinama, o kartais kreipiamasi į kabelių įkrovimą indukciniais reaktoriais.

Taigi kabelis visada turi talpą ir įžeminimo varžą, kuri lemia talpinę srovę. Kabelio R izoliacijos varža esant 380 V maitinimo įtampai turi būti ne mažesnė kaip 0,4 MΩ. Kabelio C talpa priklauso nuo kabelio ilgio, klojimo būdo ir kt.

Trifaziam kabeliui su vinilo izoliacija, įtampa iki 600 V ir tinklo dažniu 50 Hz, talpinės srovės priklausomybė nuo srovės laidų skerspjūvio ploto ir jo ilgio parodyta paveikslėlyje. Talpinei srovei apskaičiuoti turėtų būti naudojami kabelio gamintojo specifikacijų duomenys.

Jei talpinė srovė yra 1 mA ar mažesnė, tai neturi įtakos pavarų veikimui.

Svarbų vaidmenį vaidina įžemintų tinklų kabelių talpa. Įžeminimo srovės yra beveik tiesiogiai proporcingos talpinėms srovėms ir, atitinkamai, paties kabelio talpai. Todėl dideliuose metropoliniuose rajonuose didžiulių miestų tinklų žemės srovės pasiekia milžiniškas vertes.

Tikimės, kad ši trumpa medžiaga padėjo susidaryti bendrą supratimą apie kabelio pralaidumą, kaip tai įtakoja elektros tinklų ir instaliacijų veikimą ir kodėl reikia skirti pakankamai dėmesio šiam kabelio parametrui.