Capacitat elèctrica del cable

Quan s'activa o desactiva la tensió de CC en una xarxa de cable o sota la influència de la tensió CA, sempre es produeix un corrent capacitiu. El corrent capacitiu a llarg termini només existeix en l'aïllament dels cables sota la influència de la tensió alterna. La conducció de corrent constant existeix en tot moment i s'aplica un corrent constant a l'aïllament del cable. Amb més detall sobre la capacitat del cable, sobre el significat físic d'aquesta característica i es tractarà en aquest article.

Des del punt de vista de la física, un cable circular sòlid és essencialment un condensador cilíndric. I si prenem el valor de la càrrega de la placa cilíndrica interna com a Q, aleshores per unitat de la seva superfície hi haurà una quantitat d'electricitat que es pot calcular amb la fórmula:

Aquí e és la constant dielèctrica de l'aïllament del cable.

Segons l'electrostàtica fonamental, la intensitat del camp elèctric E al radi r serà igual a:

I si considerem la superfície cilíndrica interna del cable a una certa distància del seu centre, i aquesta serà la superfície equipotencial, aleshores la intensitat del camp elèctric per unitat d'àrea d'aquesta superfície serà igual a:

La constant dielèctrica de l'aïllament del cable varia molt segons les condicions de funcionament i el tipus d'aïllament utilitzat. Així, el cautxú vulcanitzat té una constant dielèctrica de 4 a 7,5 i el paper de cable impregnat té una constant dielèctrica de 3 a 4,5. A continuació es mostrarà com la constant dielèctrica i, per tant, la capacitat, estan relacionades amb la temperatura.

Passem al mètode mirall de Kelvin. Les dades experimentals només donen fórmules per al càlcul aproximat dels valors de la capacitat del cable, i aquestes fórmules s'obtenen a partir del mètode de reflexió especular. El mètode es basa en la posició que una carcassa metàl·lica cilíndrica que envolta un cable prim L infinitament llarg carregat amb un valor Q afecta aquest cable de la mateixa manera que un cable L1 amb càrrega oposada, però sempre que:

Les mesures directes de capacitat donen resultats diferents amb diferents mètodes de mesura. Per aquest motiu, la capacitat del cable es pot dividir aproximadament en:

• Cst — capacitat estàtica, que s'obté per mesura de corrent contínua amb comparació posterior;

• Seff és la capacitat efectiva, que es calcula a partir de les dades del voltímetre i l'amperímetre quan es prova amb corrent altern mitjançant la fórmula: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C és la capacitat real, que s'obté de l'anàlisi de l'oscil·lograma en termes de la relació entre la càrrega màxima i la tensió màxima durant la prova.

De fet, va resultar que el valor de C de la capacitat real del cable és pràcticament constant, excepte en casos de ruptura de l'aïllament, per tant, el canvi de tensió no afecta la constant dielèctrica de l'aïllament del cable.

Tanmateix, la influència de la temperatura sobre la constant dielèctrica es realitza i amb l'augment de la temperatura disminueix al 5% i, en conseqüència, la capacitat real C del cable disminueix. En aquest cas, no hi ha dependència de la capacitat real de la freqüència i la forma del corrent.

La capacitat estàtica Cst del cable a temperatures inferiors a 40 °C és coherent amb el valor de la seva capacitat real C i això es deu a la dilució de la impregnació; a temperatures més altes, augmenta la capacitat estàtica Cst. La naturalesa del creixement es mostra al gràfic, la corba 3 mostra el canvi de la capacitat estàtica del cable amb un canvi de temperatura.

La capacitat efectiva Ceff depèn fortament de la forma actual. Un corrent sinusoïdal pur dóna com a resultat una coincidència de capacitat efectiva i real. Una forma de corrent aguda condueix a un augment de la capacitat efectiva en una vegada i mitja, una forma de corrent contundent redueix la capacitat efectiva.

La capacitat efectiva Ceff és d'importància pràctica, ja que determina les característiques importants de la xarxa elèctrica. Amb la ionització al cable, la capacitat efectiva augmenta.

En el gràfic següent:

1 - dependència de la resistència d'aïllament del cable de la temperatura;

2 — logaritme de la resistència d'aïllament del cable en funció de la temperatura;

3 — dependència del valor de la capacitat estàtica Cst del cable de la temperatura.

Durant el control de qualitat de producció de l'aïllament del cable, la capacitat pràcticament no és determinant, excepte en el procés d'impregnació al buit en una caldera d'assecat. Per a xarxes de baixa tensió, la capacitat tampoc és molt important, però afecta el factor de potència amb càrregues inductives.

I quan es treballa en xarxes d'alta tensió, la capacitat del cable és extremadament important i pot provocar problemes durant el funcionament de la instal·lació en conjunt. Per exemple, podeu comparar instal·lacions amb una tensió de funcionament de 20.000 volts i 50.000 volts.

Suposem que necessiteu transmetre 10 MVA amb un cosinus de phi igual a 0,9 per a una distància de 15,5 km i 35,6 km. Per al primer cas, la secció transversal del cable, tenint en compte l'escalfament admissible, escollim 185 mm quadrats, per al segon - 70 mm quadrats. La primera instal·lació industrial de 132 kV als EUA amb un cable ple d'oli tenia els paràmetres següents: el corrent de càrrega d'11,3 A / km dóna una potència de càrrega de 1490 kVA / km, que és 25 vegades superior als paràmetres anàlegs de la sobrecàrrega. línies de transmissió de tensió similar.

Pel que fa a la capacitat, la instal·lació subterrània de Chicago en la primera etapa va demostrar ser similar a un condensador elèctric connectat en paral·lel de 14 MVA, i a la ciutat de Nova York la capacitat de corrent capacitiva va arribar als 28 MVA i això amb una potència transmesa de 98 MVA. La capacitat de treball del cable és d'aproximadament 0,27 Farads per quilòmetre.

Les pèrdues sense càrrega quan la càrrega és lleugera són causades precisament pel corrent capacitiu, que genera calor Joule, i la càrrega completa contribueix al funcionament més eficient de les centrals elèctriques. En una xarxa sense càrrega, un corrent tan reactiu redueix la tensió dels generadors, per això s'imposen requisits especials als seus dissenys.Per reduir el corrent capacitiu, s'augmenta la freqüència del corrent d'alta tensió, per exemple, durant les proves de cables, però això és difícil d'implementar i, de vegades, es recorre a carregar els cables amb reactors inductius.

Així, el cable sempre té capacitat i resistència de terra que determinen el corrent capacitiu. La resistència d'aïllament del cable R a una tensió d'alimentació de 380 V ha de ser com a mínim de 0,4 MΩ. La capacitat del cable C depèn de la longitud del cable, la forma de col·locació, etc.

Per a un cable trifàsic amb aïllament de vinil, tensió de fins a 600 V i freqüència de xarxa 50 Hz, a la figura es mostra la dependència del corrent capacitiu de l'àrea de la secció transversal dels cables que transporten corrent i la seva longitud. Les dades de les especificacions del fabricant del cable s'han d'utilitzar per calcular el corrent capacitiu.

Si el corrent capacitiu és d'1 mA o menys, no afecta el funcionament de les unitats.

La capacitat dels cables a les xarxes posades a terra té un paper important. Els corrents de connexió a terra són gairebé directament proporcionals als corrents capacitius i, en conseqüència, a la capacitat del propi cable. Per tant, a les grans àrees metropolitanes, els corrents terrestres de les grans xarxes urbanes assoleixen valors enormes.

Esperem que aquest breu material us hagi servit per fer-vos una idea general de la capacitat del cable, com afecta el funcionament de les xarxes i instal·lacions elèctriques i per què cal parar la deguda atenció a aquest paràmetre del cable.