Elektrisch vermogen van de kabel

Bij het in- of uitschakelen van gelijkspanning in een kabelnetwerk of onder invloed van wisselspanning ontstaat altijd een capacitieve stroom. Langdurige capacitieve stroom bestaat alleen in de isolatie van kabels onder invloed van wisselspanning. Er is te allen tijde een constante stroomgeleiding en er wordt een constante stroom op de kabelisolatie aangelegd. Meer in detail over de capaciteit van de kabel, over de fysieke betekenis van deze eigenschap en zal in dit artikel worden besproken.

Vanuit natuurkundig oogpunt is een massieve ronde kabel in wezen een cilindrische condensator. En als we de waarde van de lading van de binnenste cilindrische plaat als Q nemen, dan zal er per oppervlakte-eenheid een hoeveelheid elektriciteit zijn die kan worden berekend met de formule:

Hier is e de diëlektrische constante van de kabelisolatie.

Volgens de fundamentele elektrostatica is de elektrische veldsterkte E bij straal r gelijk aan:

En als we het binnenste cilindrische oppervlak van de kabel op enige afstand van het midden beschouwen, en dit zal het equipotentiaaloppervlak zijn, dan is de elektrische veldsterkte per oppervlakte-eenheid van dit oppervlak gelijk aan:

De diëlektrische constante van kabelisolatie varieert sterk, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden en het gebruikte type isolatie. Zo heeft gevulkaniseerd rubber een diëlektrische constante van 4 tot 7,5 en geïmpregneerd kabelpapier heeft een diëlektrische constante van 3 tot 4,5. Hieronder wordt getoond hoe de diëlektrische constante, en dus de capaciteit, gerelateerd is aan de temperatuur.

Laten we kijken naar de spiegelmethode van Kelvin. Experimentele gegevens geven alleen formules voor benaderende berekening van kabelcapaciteitswaarden, en deze formules zijn verkregen op basis van de spiegelreflectiemethode. De methode is gebaseerd op de stelling dat een cilindrische metalen omhulling die een oneindig lange dunne draad L omringt die geladen is tot een waarde Q, deze draad op dezelfde manier beïnvloedt als een draad L1 die tegengesteld geladen is, maar op voorwaarde dat:

Directe capaciteitsmetingen geven verschillende resultaten met verschillende meetmethodes. Om deze reden kan de kabelcapaciteit grofweg worden onderverdeeld in:

• Cst - statische capaciteit, die wordt verkregen door continue stroommeting met daaropvolgende vergelijking;

• Seff is de effectieve capaciteit, die wordt berekend uit de voltmeter- en ampèremetergegevens bij testen met wisselstroom met de formule: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C is de werkelijke capaciteit, die wordt verkregen uit de analyse van het oscillogram in termen van de verhouding van de maximale lading tot de maximale spanning tijdens de test.

Het bleek zelfs dat de waarde van C van de werkelijke capaciteit van de kabel praktisch constant is, behalve in gevallen van isolatiedoorslag, daarom heeft de verandering in spanning geen invloed op de diëlektrische constante van de isolatie van de kabel.

De invloed van temperatuur op de diëlektrische constante wordt echter gerealiseerd en bij toenemende temperatuur neemt deze af tot 5% en dienovereenkomstig neemt de werkelijke capaciteit C van de kabel af. In dit geval is er geen afhankelijkheid van de werkelijke capaciteit van de frequentie en vorm van de stroom.

De statische capaciteit Cst van de kabel bij temperaturen onder 40 ° C komt overeen met de waarde van zijn werkelijke capaciteit C en dit komt door de verdunning van de impregnering; bij hogere temperaturen neemt de statische capaciteit Cst toe.De aard van de groei wordt weergegeven in de grafiek, curve 3 daarop toont de verandering in de statische capaciteit van de kabel bij een verandering in temperatuur.

De effectieve capaciteit Ceff is sterk afhankelijk van de stroomvorm. Een zuivere sinusvormige stroom resulteert in een samenloop van effectieve en reële capaciteit. Een scherpe stroomvorm leidt tot een toename van de effectieve capaciteit met anderhalf keer, een stompe stroomvorm vermindert de effectieve capaciteit.

De effectieve capaciteit Ceff is van praktisch belang, omdat deze de belangrijke kenmerken van het elektriciteitsnet bepaalt. Met ionisatie in de kabel neemt de effectieve capaciteit toe.

In onderstaande grafiek:

1 — afhankelijkheid van kabelisolatieweerstand van temperatuur;

2 — logaritme van kabelisolatieweerstand versus temperatuur;

3 — afhankelijkheid van de waarde van de statische capaciteit Cst van de kabel van de temperatuur.

Bij de productiekwaliteitscontrole van de kabelisolatie is de capaciteit praktisch niet doorslaggevend, behalve bij het vacuüm impregneren in een droogketel. Voor laagspanningsnetwerken is capaciteit ook niet erg belangrijk, maar het beïnvloedt de arbeidsfactor bij inductieve belastingen.

En bij het werken in hoogspanningsnetwerken is de capaciteit van de kabel enorm belangrijk en kan deze problemen veroorzaken tijdens de werking van de installatie als geheel. U kunt bijvoorbeeld installaties vergelijken met een bedrijfsspanning van 20.000 volt en 50.000 volt.

Stel dat u 10 MVA moet verzenden met een cosinus van phi gelijk aan 0,9 voor een afstand van 15,5 km en 35,6 km. Voor het eerste geval, de doorsnede van de draad, rekening houdend met de toegestane verwarming, kiezen we 185 vierkante mm, voor de tweede - 70 vierkante mm. De eerste industriële installatie van 132 kV in de VS met een met olie gevulde kabel had de volgende parameters: de laadstroom van 11,3 A/km geeft een laadvermogen van 1490 kVA/km, wat 25 keer hoger is dan de analoge parameters van de bovenleiding transmissielijnen van vergelijkbare spanning.

Qua capaciteit bleek de ondergrondse installatie van Chicago in de eerste fase vergelijkbaar te zijn met een parallel geschakelde elektrische condensator van 14 MVA, en in New York City bereikte de capacitieve stroomcapaciteit 28 MVA en dit met een uitgezonden vermogen van 98 MVA. De werkcapaciteit van de kabel is ongeveer 0,27 Farad per kilometer.

Nullastverliezen bij lichte belasting worden precies veroorzaakt door de capacitieve stroom, die Joule-warmte genereert, en vollast draagt ​​bij aan een efficiëntere werking van energiecentrales. In een onbelast netwerk verlaagt zo'n reactieve stroom de spanning van de generatoren, daarom worden er speciale eisen gesteld aan hun ontwerp.Om de capacitieve stroom te verminderen, wordt de frequentie van de hoogspanningsstroom verhoogd, bijvoorbeeld tijdens het testen van kabels, maar dit is moeilijk te implementeren en soms worden de kabels opgeladen met inductieve spoelen.

De kabel heeft dus altijd capaciteit en aardingsweerstand die de capacitieve stroom bepalen. De isolatieweerstand van de kabel R bij een voedingsspanning van 380 V moet minimaal 0,4 MΩ bedragen. De capaciteit van kabel C is afhankelijk van de lengte van de kabel, de manier van leggen etc.

Voor een driefasige kabel met vinylisolatie, spanning tot 600 V en netwerkfrequentie 50 Hz, wordt de afhankelijkheid van de capacitieve stroom van het dwarsdoorsnede-oppervlak van de stroomvoerende draden en de lengte ervan weergegeven in de afbeelding. Gegevens uit de specificaties van de kabelfabrikant moeten worden gebruikt om de capacitieve stroom te berekenen.

Als de capacitieve stroom 1 mA of minder is, heeft dit geen invloed op de werking van de aandrijvingen.

De capaciteit van kabels in geaarde netwerken speelt een belangrijke rol. Aardingsstromen zijn bijna recht evenredig met capacitieve stromen en dus met de capaciteit van de kabel zelf. Daarom bereiken de grondstromen van enorme stedelijke netwerken in grote stedelijke gebieden enorme waarden.

We hopen dat dit korte materiaal u heeft geholpen een algemeen idee te krijgen over kabelcapaciteit, hoe dit de werking van elektrische netwerken en installaties beïnvloedt en waarom het nodig is om de nodige aandacht te besteden aan deze kabelparameter.