السعة الكهربائية للكابل

عند تشغيل أو إيقاف تشغيل جهد التيار المستمر في شبكة كبلية أو تحت تأثير جهد التيار المتردد ، يحدث تيار سعوي دائمًا. التيار السعوي طويل الأمد موجود فقط في عزل الكابلات تحت تأثير الجهد المتناوب. يوجد توصيل تيار ثابت في جميع الأوقات ويتم تطبيق تيار ثابت على عزل الكابل. بمزيد من التفاصيل حول سعة الكابل ، وحول المعنى المادي لهذه الخاصية وسيتم مناقشتها في هذه المقالة.

من وجهة نظر الفيزياء ، فإن الكابل الدائري الصلب هو في الأساس مكثف أسطواني. وإذا أخذنا قيمة شحنة اللوح الأسطواني الداخلي على أنها Q ، فسيكون لكل وحدة من سطحها كمية من الكهرباء يمكن حسابها بالصيغة:

هنا e هو ثابت العزل لعزل الكابل.

وفقًا للكهرباء الساكنة ، فإن شدة المجال الكهربائي E عند نصف القطر r ستكون مساوية لـ:

وإذا اعتبرنا السطح الأسطواني الداخلي للكابل على مسافة ما من مركزه ، وسيكون هذا هو السطح متساوي الجهد ، فإن شدة المجال الكهربائي لكل وحدة مساحة من هذا السطح ستكون مساوية لـ:

يختلف ثابت العزل الكهربائي لعزل الكابل بشكل كبير حسب ظروف التشغيل ونوع العزل المستخدم. وبالتالي ، فإن المطاط المفلكن له ثابت عازل من 4 إلى 7.5 ، ولورق الكابل المشرب ثابت عازل من 3 إلى 4.5. أدناه سوف يظهر كيف يرتبط ثابت العزل ، وبالتالي السعة ، بدرجة الحرارة.

دعنا ننتقل إلى طريقة مرآة كلفن. تعطي البيانات التجريبية فقط الصيغ لحساب تقريبي لقيم سعة الكبل ، ويتم الحصول على هذه الصيغ بناءً على طريقة الانعكاس المرآوي. تعتمد الطريقة على الموضع الذي يكون فيه غلاف معدني أسطواني يحيط بسلك رفيع طويل بشكل لا نهائي مشحون بقيمة Q يؤثر على هذا السلك بنفس طريقة السلك L1 المشحون بشكل معاكس ، ولكن بشرط أن:

تعطي قياسات السعة المباشرة نتائج مختلفة بطرق قياس مختلفة. لهذا السبب ، يمكن تقسيم سعة الكبل تقريبًا إلى:

• Cst - السعة الساكنة ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق قياس التيار المستمر مع المقارنة اللاحقة ؛

• Seff هي السعة الفعالة ، والتي يتم حسابها من بيانات الفولتميتر ومقياس التيار عند الاختبار بالتيار المتردد بالصيغة: Сeff = Ieff / (ωUeff)

• C هي السعة الفعلية ، والتي يتم الحصول عليها من تحليل مخطط الذبذبات من حيث نسبة الشحنة القصوى إلى الحد الأقصى للجهد أثناء الاختبار.

في الواقع ، اتضح أن قيمة C للسعة الفعلية للكابل ثابتة عمليًا ، باستثناء حالات انهيار العزل ، وبالتالي فإن التغيير في الجهد لا يؤثر على ثابت العزل لعزل الكابل.

ومع ذلك ، يتم تحقيق تأثير درجة الحرارة على ثابت العزل ومع زيادة درجة الحرارة تنخفض إلى 5٪ وبالتالي تقل السعة الفعلية C للكابل. في هذه الحالة ، لا يعتمد السعة الفعلية على تردد وشكل التيار.

تتوافق السعة الثابتة Cst للكابل عند درجات حرارة أقل من 40 درجة مئوية مع قيمة سعته الفعلية C وهذا يرجع إلى تخفيف التشريب ؛ في درجات الحرارة المرتفعة ، تزداد السعة الساكنة Cst وتظهر طبيعة النمو في الرسم البياني ، يوضح المنحنى 3 عليه التغير في السعة الثابتة للكابل مع تغير في درجة الحرارة.

السعة الفعالة Ceff تعتمد بشدة على الشكل الحالي. ينتج عن التيار الجيبي النقي مصادفة السعة الفعالة والحقيقية. يؤدي الشكل الحالي الحاد إلى زيادة القدرة الفعالة بمقدار مرة ونصف ، بينما يقلل الشكل الحالي الحاد من السعة الفعالة.

تعتبر القدرة الفعالة Ceff ذات أهمية عملية ، حيث إنها تحدد الخصائص المهمة للشبكة الكهربائية. مع التأين في الكابل ، تزداد السعة الفعالة.

في الرسم البياني أدناه:

1 - اعتماد مقاومة عزل الكابلات على درجة الحرارة ؛

2 - لوغاريتم مقاومة عزل الكابلات مقابل درجة الحرارة ؛

3 - اعتماد قيمة السعة الساكنة Cst للكابل على درجة الحرارة.

أثناء مراقبة جودة إنتاج عزل الكابل ، تكون السعة غير حاسمة عمليًا ، باستثناء عملية التشريب الفراغي في غلاية التجفيف. بالنسبة لشبكات الجهد المنخفض ، لا تعد السعة أيضًا مهمة جدًا ، ولكنها تؤثر على عامل القدرة مع الأحمال الاستقرائية.

وعند العمل في شبكات الجهد العالي ، فإن سعة الكابل مهمة للغاية ويمكن أن تسبب مشاكل أثناء تشغيل التثبيت ككل. على سبيل المثال ، يمكنك مقارنة التركيبات بجهد تشغيل يبلغ 20000 فولت و 50000 فولت.

لنفترض أنك بحاجة إلى إرسال 10 ميجا فولت أمبير بجيب التمام فاي يساوي 0.9 لمسافة 15.5 كم و 35.6 كم. في الحالة الأولى ، المقطع العرضي للسلك ، مع مراعاة التسخين المسموح به ، نختار 185 ملم مربع ، للحالة الثانية - 70 ملم مربع. كان للتركيب الصناعي الأول 132 كيلو فولت في الولايات المتحدة باستخدام كبل مملوء بالنفط المعلمات التالية: يعطي تيار الشحن البالغ 11.3 أمبير / كم قوة شحن تبلغ 1490 كيلو فولت أمبير / كم ، وهو أعلى بمقدار 25 مرة من المعلمات المماثلة للحمل العلوي خطوط نقل ذات جهد مماثل.

من حيث السعة ، أثبت تركيب شيكاغو تحت الأرض في المرحلة الأولى أنه مشابه لمكثف كهربائي متصل بالتوازي 14 ميجا فولت أمبير ، وفي مدينة نيويورك وصلت السعة الحالية بالسعة إلى 28 ميجا فولت أمبير وهذا مع طاقة مرسلة تبلغ 98 ميجا فولت أمبير. تبلغ قدرة تشغيل الكابل حوالي 0.27 فاراد لكل كيلومتر.

خسائر عدم التحميل عندما يكون الحمل خفيفًا ناتجة على وجه التحديد عن التيار السعوي ، الذي يولد حرارة جول ، ويساهم الحمل الكامل في التشغيل الأكثر كفاءة لمحطات الطاقة. في شبكة غير محملة ، يعمل مثل هذا التيار التفاعلي على تقليل جهد المولدات ، وهذا هو سبب فرض متطلبات خاصة على تصميماتها.من أجل تقليل التيار السعوي ، يتم زيادة تردد تيار الجهد العالي ، على سبيل المثال ، أثناء اختبار الكابلات ، ولكن هذا صعب التنفيذ ، وفي بعض الأحيان اللجوء إلى شحن الكابلات بمفاعلات حثي.

لذلك فإن الكبل دائمًا لديه السعة ومقاومة الأرض التي تحدد التيار السعوي. يجب أن تكون مقاومة عزل الكابل R بجهد إمداد 380 فولت 0.4 متر مكعب على الأقل. تعتمد سعة الكابل C على طول الكابل وطريقة التمديد وما إلى ذلك.

بالنسبة للكابل ثلاثي الأطوار مع عزل الفينيل ، والجهد حتى 600 فولت وتردد الشبكة 50 هرتز ، يظهر اعتماد التيار السعوي على منطقة المقطع العرضي للأسلاك الحاملة للتيار وطوله في الشكل. يجب استخدام البيانات من مواصفات الشركة المصنعة للكابل لحساب التيار السعوي.

إذا كان التيار السعوي 1 مللي أمبير أو أقل ، فلن يؤثر ذلك على تشغيل محركات الأقراص.

تلعب قدرة الكابلات في الشبكات الأرضية دورًا مهمًا. تتناسب تيارات التأريض بشكل مباشر تقريبًا مع التيارات السعوية ، وبالتالي مع سعة الكابل نفسه. لذلك ، في المناطق الحضرية الكبيرة ، تصل التيارات الأرضية للشبكات الحضرية الضخمة إلى قيم هائلة.

نأمل أن تكون هذه المادة القصيرة قد ساعدتك في الحصول على فكرة عامة عن سعة الكابلات ، وكيف تؤثر على تشغيل الشبكات والتركيبات الكهربائية ، ولماذا من الضروري إيلاء الاهتمام الواجب لمعامل الكبل هذا.