Kablonun elektrik kapasitesi

Bir kablo ağında veya AC geriliminin etkisi altında DC gerilimini açıp kapatırken, her zaman kapasitif bir akım oluşur. Uzun süreli kapasitif akım, yalnızca alternatif voltajın etkisi altındaki kabloların yalıtımında bulunur. Sabit akım iletimi her zaman mevcuttur ve kablo yalıtımına sabit bir akım uygulanır. Kablo kapasitesi hakkında daha ayrıntılı olarak, bu özelliğin fiziksel anlamı hakkında ve bu makalede ele alınacaktır.

Fizik açısından, katı bir dairesel kablo, esasen silindirik bir kapasitördür. Ve iç silindirik plakanın yükünün değerini Q olarak alırsak, yüzeyinin birimi başına aşağıdaki formülle hesaplanabilecek bir elektrik miktarı olacaktır:

Burada e, kablo yalıtımının dielektrik sabitidir.

Temel elektrostatiklere göre, r yarıçapındaki elektrik alan şiddeti E şuna eşit olacaktır:

Ve kablonun iç silindirik yüzeyini merkezinden biraz uzakta düşünürsek ve bu eşpotansiyel yüzey olacaktır, o zaman bu yüzeyin birim alanı başına elektrik alan şiddeti şuna eşit olacaktır:

Kablo yalıtımının dielektrik sabiti, çalışma koşullarına ve kullanılan yalıtım tipine bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Bu nedenle, vulkanize kauçuğun dielektrik sabiti 4 ila 7,5'tir ve emprenye edilmiş kablo kağıdının dielektrik sabiti 3 ila 4,5'tir. Aşağıda, dielektrik sabitinin ve dolayısıyla kapasitansın sıcaklıkla nasıl ilişkili olduğu gösterilecektir.

Kelvin'in ayna yöntemine dönelim. Deneysel veriler sadece kablo kapasitans değerlerinin yaklaşık olarak hesaplanması için formüller verir ve bu formüller speküler yansıma yöntemine dayalı olarak elde edilir. Yöntem, bir Q değerine yüklenen sonsuz uzunlukta ince bir L telini çevreleyen silindirik bir metal kabuğun, bu teli zıt yüklü bir L1 teliyle aynı şekilde etkilediği, ancak aşağıdakilerin sağlanması şartıyla pozisyonuna dayanır:

Doğrudan kapasitans ölçümleri, farklı ölçüm yöntemleriyle farklı sonuçlar verir. Bu nedenle, kablo kapasitesi kabaca aşağıdakilere ayrılabilir:

• Cst - sonraki karşılaştırma ile sürekli akım ölçümü ile elde edilen statik kapasitans;

• Seff, aşağıdaki formülle alternatif akımla test edilirken voltmetre ve ampermetre verilerinden hesaplanan etkin kapasitanstır: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C, test sırasında maksimum yükün maksimum gerilime oranı açısından osilogramın analizinden elde edilen gerçek kapasitanstır.

Aslında, kablonun gerçek kapasitansının C değerinin, yalıtımın bozulması durumları dışında pratik olarak sabit olduğu ortaya çıktı, bu nedenle voltajdaki değişiklik, kablo yalıtımının dielektrik sabitini etkilemez.

Bununla birlikte, sıcaklığın dielektrik sabiti üzerindeki etkisi fark edilir ve artan sıcaklıkla birlikte %5'e düşer ve buna bağlı olarak kablonun gerçek kapasitansı C düşer. Bu durumda, gerçek kapasitenin akımın frekansına ve şekline bağımlılığı yoktur.

40 °C'nin altındaki sıcaklıklarda kablonun statik kapasitesi Cst, gerçek kapasitesi C değeriyle tutarlıdır ve bunun nedeni emprenyenin seyrelmesidir; daha yüksek sıcaklıklarda statik kapasite Cst artar Büyümenin doğası grafikte gösterilmiştir, eğri 3 sıcaklıktaki bir değişiklikle kablonun statik kapasitesindeki değişimi gösterir.

Etkili kapasitans Ceff, mevcut şekle büyük ölçüde bağlıdır. Saf bir sinüzoidal akım, etkin ve gerçek kapasitansın çakışmasına neden olur. Keskin bir akım formu, etkin kapasitede bir buçuk kat artışa neden olur, künt bir akım formu, etkin kapasiteyi azaltır.

Etkili kapasite Ceff, elektrik şebekesinin önemli özelliklerini belirlediği için pratik öneme sahiptir. Kablodaki iyonlaşma ile etkin kapasitans artar.

Aşağıdaki grafikte:

1 — kablo yalıtım direncinin sıcaklığa bağımlılığı;

2 — kablo yalıtım direncinin sıcaklığa karşı logaritması;

3 — kablonun statik kapasitesi Cst değerinin sıcaklığa bağımlılığı.

Kablo yalıtımının üretim kalite kontrolü sırasında, bir kurutma kazanında vakumlu emprenye işlemi dışında, kapasite pratik olarak belirleyici değildir. Alçak gerilim şebekeleri için kapasitans da çok önemli değildir ancak endüktif yüklerle güç faktörünü etkiler.

Ve yüksek gerilim şebekelerinde çalışırken, kablonun kapasitesi son derece önemlidir ve tesisatın bir bütün olarak çalışması sırasında sorunlara neden olabilir. Örneğin, 20.000 volt ve 50.000 volt çalışma voltajına sahip kurulumları karşılaştırabilirsiniz.

Diyelim ki 15,5 km ve 35,6 km mesafe için 0,9'a eşit bir kosinüs fi ile 10 MVA iletmeniz gerekiyor. İlk durum için, izin verilen ısıtmayı hesaba katarak telin enine kesiti, ikincisi için 185 m2 Mm, 70 m2 Mm seçiyoruz. ABD'de yağlı bir kabloyla ilk 132 kV endüstriyel kurulum aşağıdaki parametrelere sahipti: 11,3 A / km'lik şarj akımı, 1490 kVA / km'lik bir şarj gücü veriyor, bu da genel giderin benzer parametrelerinden 25 kat daha yüksek. benzer voltajdaki iletim hatları.

Kapasite açısından, ilk aşamada Chicago yeraltı tesisatının 14 MVA'lık paralel bağlı bir elektrik kondansatörüne benzer olduğu kanıtlandı ve New York City'de kapasitif akım kapasitesi 28 MVA'ya ulaştı ve bu, 98 MVA'lık bir iletim gücüyle. Kablonun çalışma kapasitesi kilometre başına yaklaşık 0,27 Farad'dır.

Yük hafifken yüksüz kayıplar, tam olarak Joule ısısı üreten kapasitif akımdan kaynaklanır ve tam yük, enerji santrallerinin daha verimli çalışmasına katkıda bulunur. Yüksüz bir şebekede, böyle bir reaktif akım, jeneratörlerin gerilimini düşürür, bu nedenle tasarımlarına özel gereksinimler getirilir.Kapasitif akımı azaltmak için, örneğin kablo testi sırasında yüksek voltaj akımının frekansı artırılır, ancak bunun uygulanması zordur ve bazen kabloların endüktif reaktörlerle şarj edilmesine başvurulur.

Böylece kablo her zaman kapasitif akımı belirleyen kapasitansa ve toprak direncine sahiptir. 380 V besleme geriliminde R kablosunun yalıtım direnci en az 0,4 MΩ olmalıdır. C kablosunun kapasitesi, kablonun uzunluğuna, döşenme şekline vb. bağlıdır.

Vinil yalıtımlı, 600 V'a kadar voltaj ve 50 Hz şebeke frekansına sahip üç fazlı bir kablo için, kapasitif akımın akım taşıyan tellerin kesit alanına ve uzunluğuna bağımlılığı şekilde gösterilmiştir. Kapasitif akımı hesaplamak için kablo üreticisinin spesifikasyonlarından elde edilen veriler kullanılmalıdır.

Kapasitif akımın 1 mA veya altında olması sürücülerin çalışmasını etkilemez.

Topraklanmış ağlarda kabloların kapasitesi önemli bir rol oynar. Topraklama akımları, kapasitif akımlarla ve buna bağlı olarak kablonun kendisinin kapasitansıyla neredeyse doğrudan orantılıdır. Bu nedenle, büyük metropol alanlarda, büyük kentsel ağların yer akımları çok büyük değerlere ulaşır.

Umarız bu kısa materyal, kablo kapasitesi, bunun elektrik şebekelerinin ve tesisatların çalışmasını nasıl etkilediği ve bu kablo parametresine neden dikkat edilmesi gerektiği hakkında genel bir fikir edinmenize yardımcı olmuştur.