Kabeļa elektriskā jauda

Ieslēdzot vai izslēdzot līdzstrāvas spriegumu kabeļu tīklā vai maiņstrāvas sprieguma ietekmē, vienmēr rodas kapacitatīvā strāva. Ilgstoša kapacitatīvā strāva pastāv tikai kabeļu izolācijā mainīga sprieguma ietekmē. Pastāvīga strāvas vadīšana pastāv visu laiku, un kabeļa izolācijai tiek pielietota pastāvīga strāva. Sīkāk par kabeļa jaudu, par šī raksturlieluma fizisko nozīmi, un tas tiks apspriests šajā rakstā.

No fizikas viedokļa ciets apļveida kabelis būtībā ir cilindrisks kondensators. Un, ja iekšējās cilindriskās plāksnes lādiņa vērtību ņemam kā Q, tad uz tās virsmas vienību būs elektroenerģijas daudzums, ko var aprēķināt pēc formulas:

Šeit e ir kabeļa izolācijas dielektriskā konstante.

Saskaņā ar fundamentālo elektrostatiku elektriskā lauka stiprums E pie rādiusa r būs vienāds ar:

Un, ja mēs ņemam vērā kabeļa iekšējo cilindrisko virsmu noteiktā attālumā no tā centra, un tā būs ekvipotenciāla virsma, tad elektriskā lauka stiprums uz šīs virsmas laukuma vienību būs vienāds ar:

Kabeļu izolācijas dielektriskā konstante ir ļoti atšķirīga atkarībā no ekspluatācijas apstākļiem un izmantotās izolācijas veida. Tādējādi vulkanizētai gumijai ir dielektriskā konstante no 4 līdz 7,5, un impregnēta kabeļu papīra dielektriskā konstante ir no 3 līdz 4,5. Zemāk tiks parādīts, kā dielektriskā konstante un līdz ar to arī kapacitāte ir saistīta ar temperatūru.

Pievērsīsimies Kelvina spoguļa metodei. Eksperimentālie dati sniedz tikai formulas aptuvenai kabeļu kapacitātes vērtību aprēķināšanai, un šīs formulas tiek iegūtas, pamatojoties uz spoguļatstarojuma metodi. Metodes pamatā ir nostāja, ka cilindrisks metāla apvalks, kas ieskauj bezgalīgi garu plānu stiepli L, kas uzlādēts līdz vērtībai Q, ietekmē šo vadu tāpat kā vadu L1, kas uzlādēts pretēji, bet ar nosacījumu, ka:

Tiešie kapacitātes mērījumi dod dažādus rezultātus ar dažādām mērīšanas metodēm. Šī iemesla dēļ kabeļa jaudu var aptuveni iedalīt:

• Cst — statiskā kapacitāte, ko iegūst, nepārtraukti mērot strāvu ar sekojošu salīdzināšanu;

• Seff ir efektīvā kapacitāte, ko aprēķina no voltmetra un ampērmetra datiem, testējot ar maiņstrāvu pēc formulas: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C ir faktiskā kapacitāte, kas iegūta no oscilogrammas analīzes attiecībā uz maksimālā lādiņa attiecību pret maksimālo spriegumu testa laikā.

Faktiski izrādījās, ka kabeļa faktiskās kapacitātes C vērtība ir praktiski nemainīga, izņemot izolācijas pārrāvuma gadījumus, tāpēc sprieguma izmaiņas neietekmē kabeļa izolācijas dielektrisko konstanti.

Taču tiek realizēta temperatūras ietekme uz dielektrisko konstanti un, pieaugot temperatūrai, tā samazinās līdz 5% un attiecīgi samazinās kabeļa faktiskā kapacitāte C. Šajā gadījumā faktiskā jauda nav atkarīga no strāvas frekvences un formas.

Kabeļa statiskā kapacitāte Cst temperatūrā, kas zemāka par 40 ° C, atbilst tā faktiskās jaudas C vērtībai, un tas ir saistīts ar impregnēšanas atšķaidīšanu; pie augstākām temperatūrām palielinās statiskā kapacitāte Cst.Izaugsmes raksturs parādīts grafikā, uz tā esošā līkne parāda kabeļa statiskās kapacitātes izmaiņas, mainoties temperatūrai.

Efektīvā kapacitāte Ceff ir ļoti atkarīga no strāvas formas. Tīra sinusoidāla strāva rada efektīvās un reālās kapacitātes sakritību. Asa strāvas forma noved pie efektīvās jaudas palielināšanās pusotru reizi, neasa strāvas forma samazina efektīvo jaudu.

Efektīvajai jaudai Ceff ir praktiska nozīme, jo tā nosaka svarīgos elektrotīkla raksturlielumus. Ar jonizāciju kabelī palielinās efektīvā kapacitāte.

Zemāk esošajā grafikā:

1 — kabeļa izolācijas pretestības atkarība no temperatūras;

2 — kabeļu izolācijas pretestības logaritms atkarībā no temperatūras;

3 — kabeļa statiskās kapacitātes Cst vērtības atkarība no temperatūras.

Kabeļu izolācijas ražošanas kvalitātes kontroles laikā jauda praktiski nav noteicošā, izņemot vakuuma impregnēšanas procesu žāvēšanas katlā. Zemsprieguma tīkliem kapacitāte arī nav īpaši svarīga, taču tā ietekmē jaudas koeficientu ar induktīvām slodzēm.

Un, strādājot augstsprieguma tīklos, kabeļa jauda ir ārkārtīgi svarīga un var radīt problēmas instalācijas darbības laikā kopumā. Piemēram, varat salīdzināt iekārtas ar darba spriegumu 20 000 voltu un 50 000 voltu.

Pieņemsim, ka 15,5 km un 35,6 km attālumā ir jāpārraida 10 MVA ar phi kosinusu, kas vienāds ar 0,9. Pirmajā gadījumā stieples šķērsgriezums, ņemot vērā pieļaujamo apkuri, izvēlamies 185 kv.mm, otrajam - 70 kv.mm. Pirmajai 132 kV rūpnieciskajai iekārtai ASV ar eļļu pildītu kabeli bija šādi parametri: lādēšanas strāva 11,3 A / km nodrošina uzlādes jaudu 1490 kVA / km, kas ir 25 reizes lielāka nekā analogie gaisvadu parametri. līdzīga sprieguma pārvades līnijas.

Jaudas ziņā Čikāgas pazemes iekārta pirmajā posmā izrādījās līdzīga paralēli savienotam 14 MVA elektriskajam kondensatoram, un Ņujorkā kapacitatīvā strāvas jauda sasniedza 28 MVA, un tas ar pārraides jaudu 98 MVA. Kabeļa darba jauda ir aptuveni 0,27 Farads uz kilometru.

Bezslodzes zudumus, ja slodze ir neliela, izraisa tieši kapacitatīvā strāva, kas rada džoula siltumu, un pilna slodze veicina elektrostaciju efektīvāku darbību. Nenoslogotā tīklā šāda reaktīvā strāva pazemina ģeneratoru spriegumu, tāpēc to konstrukcijām tiek izvirzītas īpašas prasības.Lai samazinātu kapacitatīvo strāvu, augstsprieguma strāvas frekvence tiek palielināta, piemēram, kabeļu testēšanas laikā, taču to ir grūti īstenot, un dažkārt ķerties pie kabeļu uzlādes ar induktīviem reaktoriem.

Tātad kabelim vienmēr ir kapacitāte un zemējuma pretestība, kas nosaka kapacitatīvo strāvu. Kabeļa R izolācijas pretestībai pie barošanas sprieguma 380 V jābūt vismaz 0,4 MΩ. Kabeļa C kapacitāte ir atkarīga no kabeļa garuma, ievilkšanas veida utt.

Trīsfāzu kabelim ar vinila izolāciju, spriegumu līdz 600 V un tīkla frekvenci 50 Hz, kapacitatīvās strāvas atkarība no strāvu nesošo vadu šķērsgriezuma laukuma un tā garuma ir parādīta attēlā. Lai aprēķinātu kapacitatīvo strāvu, jāizmanto dati no kabeļa ražotāja specifikācijām.

Ja kapacitatīvā strāva ir 1 mA vai mazāka, tas neietekmē piedziņu darbību.

Liela nozīme ir iezemēto tīklu kabeļu jaudai. Zemējuma strāvas ir gandrīz tieši proporcionālas kapacitatīvām strāvām un attiecīgi paša kabeļa kapacitātei. Tāpēc lielajās metropoles teritorijās milzīgo pilsētu tīklu zemes straumes sasniedz milzīgas vērtības.

Ceram, ka šis īsais materiāls ir palīdzējis gūt vispārēju priekšstatu par kabeļu jaudu, kā tas ietekmē elektrotīklu un instalāciju darbību un kāpēc šim kabeļa parametram ir jāpievērš pienācīga uzmanība.