ความจุไฟฟ้าของสายเคเบิล

เมื่อเปิดหรือปิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงในเครือข่ายเคเบิลหรือภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสตัวเก็บประจุจะเกิดขึ้นเสมอ กระแส capacitive ระยะยาวมีอยู่เฉพาะในฉนวนของสายเคเบิลภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ การนำกระแสคงที่มีอยู่ตลอดเวลาและกระแสคงที่จะถูกนำไปใช้กับฉนวนของสายเคเบิล รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับความจุของสายเคเบิลเกี่ยวกับความหมายทางกายภาพของคุณลักษณะนี้และจะกล่าวถึงในบทความนี้

จากมุมมองของฟิสิกส์ สายเคเบิลทรงกลมทึบนั้นโดยพื้นฐานแล้วเป็นตัวเก็บประจุทรงกระบอก และถ้าเราใช้ค่าของประจุของแผ่นทรงกระบอกด้านในเป็น Q แล้วต่อหน่วยของพื้นผิวจะมีปริมาณไฟฟ้าที่สามารถคำนวณได้โดยสูตร:

ที่นี่ e คือค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของฉนวนสายเคเบิล

ตามไฟฟ้าสถิตพื้นฐาน ความแรงของสนามไฟฟ้า E ที่รัศมี r จะเท่ากับ:

และถ้าเราพิจารณาพื้นผิวทรงกระบอกด้านในของสายเคเบิลที่ระยะหนึ่งจากจุดศูนย์กลาง และนี่จะเป็นพื้นผิวที่มีศักย์เท่ากัน ความแรงของสนามไฟฟ้าต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวนี้จะเท่ากับ:

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของฉนวนสายเคเบิลจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งานและประเภทของฉนวนที่ใช้ ดังนั้น ยางวัลคาไนซ์มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก 4 ถึง 7.5 และกระดาษเคเบิลที่อาบซึมมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก 3 ถึง 4.5 ด้านล่างนี้จะแสดงให้เห็นว่าค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและความจุนั้นสัมพันธ์กับอุณหภูมิอย่างไร

มาดูวิธีการสะท้อนของเคลวินกัน ข้อมูลการทดลองให้สูตรสำหรับการคำนวณโดยประมาณของค่าความจุของสายเคเบิลเท่านั้น และสูตรเหล่านี้ได้มาจากวิธีการสะท้อนแบบสเปกกูลาร์ วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่เปลือกโลหะทรงกระบอกที่ล้อมรอบเส้นลวดบางยาวไม่จำกัด L ที่ประจุเป็นค่า Q ส่งผลต่อเส้นลวดนี้ในลักษณะเดียวกับเส้นลวด L1 ที่มีประจุตรงข้ามกัน แต่มีเงื่อนไขว่า:

การวัดความจุโดยตรงให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันด้วยวิธีการวัดที่แตกต่างกัน ด้วยเหตุผลนี้ ความจุของสายเคเบิลสามารถแบ่งออกเป็น:

• Cst — ความจุคงที่ซึ่งได้มาจากการวัดกระแสอย่างต่อเนื่องพร้อมการเปรียบเทียบที่ตามมา

• Seff คือความจุที่มีประสิทธิภาพซึ่งคำนวณจากข้อมูลโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์เมื่อทดสอบด้วยกระแสสลับตามสูตร: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C คือความจุจริงซึ่งได้จากการวิเคราะห์ออสซิลโลแกรมในแง่ของอัตราส่วนของประจุสูงสุดต่อแรงดันสูงสุดในระหว่างการทดสอบ

ในความเป็นจริงพบว่าค่า C ของความจุที่แท้จริงของสายเคเบิลนั้นมีค่าคงที่จริง ๆ ยกเว้นในกรณีที่ฉนวนแตกดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าจึงไม่ส่งผลกระทบต่อค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของฉนวนของสายเคเบิล

อย่างไรก็ตาม อิทธิพลของอุณหภูมิที่มีต่อค่าคงที่ไดอิเล็กตริกนั้นรับรู้ได้ และเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จะลดลงถึง 5% และตามความจุจริง C ของสายเคเบิลจะลดลง ในกรณีนี้ จะไม่มีการขึ้นอยู่กับความจุจริงของความถี่และรูปร่างของกระแส

ความจุคงที่ Cst ของสายเคเบิลที่อุณหภูมิต่ำกว่า 40 ° C นั้นสอดคล้องกับค่าของความจุจริง C และนี่เกิดจากการเจือจางของการเคลือบ ที่อุณหภูมิสูงขึ้นความจุคงที่ Cst จะเพิ่มขึ้น ลักษณะของการเติบโตจะแสดงในกราฟ เส้นโค้ง 3 ที่แสดงการเปลี่ยนแปลงความจุคงที่ของสายเคเบิลเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

Ceff ความจุที่มีประสิทธิภาพนั้นขึ้นอยู่กับรูปร่างปัจจุบันเป็นอย่างมาก กระแสไซน์ซอยด์ที่บริสุทธิ์ส่งผลให้เกิดความบังเอิญของความจุที่มีประสิทธิภาพและแท้จริง รูปแบบปัจจุบันที่คมชัดนำไปสู่การเพิ่มความจุที่มีประสิทธิภาพโดยหนึ่งเท่าครึ่ง รูปแบบกระแสทื่อจะลดความจุที่มีประสิทธิภาพ

ความจุที่มีประสิทธิภาพ Ceff มีความสำคัญในทางปฏิบัติเนื่องจากกำหนดคุณลักษณะที่สำคัญของเครือข่ายไฟฟ้า ด้วยการแตกตัวเป็นไอออนในสายเคเบิล ความจุที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้น

ในกราฟด้านล่าง:

1 — การพึ่งพาความต้านทานของฉนวนสายเคเบิลกับอุณหภูมิ

2 — ลอการิทึมของความต้านทานของฉนวนสายเคเบิลกับอุณหภูมิ

3 — ขึ้นอยู่กับค่าของความจุคงที่ Cst ของสายเคเบิลกับอุณหภูมิ

ในระหว่างการควบคุมคุณภาพการผลิตของฉนวนสายเคเบิล ความจุนั้นไม่ได้ชี้ขาดจริง ๆ ยกเว้นในกระบวนการทำให้มีขึ้นในสุญญากาศในหม้อไอน้ำเพื่อการทำให้แห้ง สำหรับเครือข่ายแรงดันต่ำ ความจุก็ไม่สำคัญมากเช่นกัน แต่จะส่งผลต่อตัวประกอบกำลังด้วยโหลดอุปนัย

และเมื่อทำงานในเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงความจุของสายเคเบิลมีความสำคัญอย่างยิ่งและอาจทำให้เกิดปัญหาระหว่างการติดตั้งโดยรวม ตัวอย่างเช่น คุณสามารถเปรียบเทียบการติดตั้งที่มีแรงดันไฟฟ้า 20,000 โวลต์และ 50,000 โวลต์

สมมติว่าคุณต้องส่ง 10 MVA ด้วยโคไซน์ของ phi เท่ากับ 0.9 สำหรับระยะทาง 15.5 กม. และ 35.6 กม. ในกรณีแรก ส่วนตัดขวางของเส้นลวดโดยคำนึงถึงความร้อนที่อนุญาต เราเลือก 185 ตร.มม. สำหรับส่วนที่สอง - 70 ตร.มม. การติดตั้งทางอุตสาหกรรมขนาด 132 kV ครั้งแรกในสหรัฐอเมริกาที่มีสายเคเบิลเติมน้ำมันมีพารามิเตอร์ต่อไปนี้: กระแสไฟชาร์จ 11.3 A / km ให้กำลังชาร์จ 1,490 kVA / km ซึ่งสูงกว่าพารามิเตอร์แบบอะนาล็อกของค่าโสหุ้ย 25 เท่า สายส่งที่มีแรงดันไฟฟ้าใกล้เคียงกัน

ในแง่ของความจุ การติดตั้งใต้ดินในชิคาโกในระยะแรกได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความคล้ายคลึงกับตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่เชื่อมต่อแบบขนานขนาด 14 MVA และในนครนิวยอร์ก ความจุกระแสไฟฟ้าแบบเก็บประจุสูงถึง 28 MVA และมีกำลังส่ง 98 MVA ความสามารถในการทำงานของสายเคเบิลอยู่ที่ประมาณ 0.27 ฟารัดต่อกิโลเมตร

การสูญเสียที่ไม่มีโหลดเมื่อโหลดเบาเกิดจากกระแสคาปาซิทีฟซึ่งสร้างความร้อนของจูล และโหลดเต็มจะช่วยให้การทำงานของโรงไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้น ในเครือข่ายที่ไม่ได้โหลด กระแสรีแอกทีฟดังกล่าวจะลดแรงดันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการออกแบบจึงต้องมีข้อกำหนดพิเศษเพื่อลดกระแส capacitive ความถี่ของกระแสไฟฟ้าแรงสูงจะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการทดสอบสายเคเบิล แต่การดำเนินการนี้ทำได้ยาก และบางครั้งก็หันไปใช้การชาร์จสายเคเบิลด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบเหนี่ยวนำ

ดังนั้นสายเคเบิลจึงมีความจุและความต้านทานดินเสมอซึ่งกำหนดกระแสของตัวเก็บประจุ ความต้านทานฉนวนของสายเคเบิล R ที่แรงดันไฟฟ้า 380 V ต้องมีอย่างน้อย 0.4 MΩ ความจุของสายเคเบิล C ขึ้นอยู่กับความยาวของสายเคเบิล วิธีการวาง ฯลฯ

สำหรับสายเคเบิลสามเฟสที่มีฉนวนไวนิล แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 600 V และความถี่เครือข่าย 50 Hz การพึ่งพากระแส capacitive บนพื้นที่หน้าตัดของสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าและความยาวจะแสดงในรูป ควรใช้ข้อมูลจากข้อมูลจำเพาะของผู้ผลิตสายเคเบิลเพื่อคำนวณกระแสตัวเก็บประจุ

หากกระแสตัวเก็บประจุเป็น 1 mA หรือน้อยกว่า จะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของไดรฟ์

ความจุของสายเคเบิลในเครือข่ายที่ต่อสายดินมีบทบาทสำคัญ กระแสกราวด์นั้นเกือบจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสของตัวเก็บประจุและตามด้วยความจุของสายเคเบิลเอง ดังนั้นในเขตเมืองใหญ่ กระแสน้ำภาคพื้นดินของเครือข่ายเมืองขนาดใหญ่จึงมีมูลค่ามหาศาล

เราหวังว่าเนื้อหาสั้น ๆ นี้จะช่วยให้คุณได้รับแนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับความจุของสายเคเบิล ผลกระทบต่อการทำงานของเครือข่ายไฟฟ้าและการติดตั้งอย่างไร และเหตุใดจึงจำเป็นต้องให้ความสนใจกับพารามิเตอร์ของสายเคเบิลนี้