Kapasitas listrik kabel

Saat menghidupkan atau mematikan tegangan DC di jaringan kabel atau di bawah pengaruh tegangan AC, arus kapasitif selalu terjadi. Arus kapasitif jangka panjang hanya ada pada isolasi kabel di bawah pengaruh tegangan bolak-balik. Konduksi arus konstan ada setiap saat dan arus konstan diterapkan pada isolasi kabel. Lebih detail tentang kapasitas kabel, tentang arti fisik dari karakteristik ini akan dibahas dalam artikel ini.

Dari sudut pandang fisika, kabel lingkaran padat pada dasarnya adalah sebuah kapasitor silinder. Dan jika nilai muatan pelat silinder bagian dalam kita ambil sebagai Q, maka per satuan permukaannya akan ada sejumlah listrik yang dapat dihitung dengan rumus:

Di sini e adalah konstanta dielektrik isolasi kabel.

Menurut elektrostatik dasar, kekuatan medan listrik E pada jari-jari r akan sama dengan:

Dan jika kita mempertimbangkan permukaan silinder bagian dalam kabel agak jauh dari pusatnya, dan ini akan menjadi permukaan ekuipotensial, maka kekuatan medan listrik per satuan luas permukaan ini akan sama dengan:

Konstanta dielektrik isolasi kabel sangat bervariasi tergantung pada kondisi operasi dan jenis isolasi yang digunakan. Jadi, karet vulkanisasi memiliki konstanta dielektrik 4 hingga 7,5, dan kertas kabel yang diresapi memiliki konstanta dielektrik 3 hingga 4,5. Di bawah ini akan diperlihatkan bagaimana konstanta dielektrik, dan karenanya kapasitansi, terkait dengan suhu.

Mari beralih ke metode cermin Kelvin. Data eksperimen hanya memberikan rumus untuk perhitungan perkiraan nilai kapasitansi kabel, dan rumus ini diperoleh berdasarkan metode refleksi spekuler. Metode ini didasarkan pada posisi bahwa selubung logam silindris yang mengelilingi kawat tipis panjang tak terhingga L yang diisi dengan nilai Q mempengaruhi kawat ini dengan cara yang sama seperti kawat L1 yang bermuatan berlawanan, tetapi asalkan:

Pengukuran kapasitansi langsung memberikan hasil yang berbeda dengan metode pengukuran yang berbeda. Untuk alasan ini, kapasitas kabel secara kasar dapat dibagi menjadi:

• Cst — kapasitansi statis, yang diperoleh dengan pengukuran arus kontinu dengan perbandingan selanjutnya;

• Seff adalah kapasitansi efektif, yang dihitung dari data voltmeter dan ammeter saat pengujian dengan arus bolak-balik dengan rumus: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C adalah kapasitansi aktual, yang diperoleh dari analisis osilogram dalam hal rasio muatan maksimum dengan tegangan maksimum selama pengujian.

Nyatanya, ternyata nilai C kapasitansi aktual kabel praktis konstan, kecuali dalam kasus kerusakan isolasi, oleh karena itu perubahan tegangan tidak mempengaruhi konstanta dielektrik isolasi kabel.

Namun, pengaruh suhu pada konstanta dielektrik disadari dan dengan kenaikan suhu berkurang menjadi 5% dan karenanya kapasitansi aktual kabel C berkurang. Dalam hal ini, tidak ada ketergantungan kapasitas aktual pada frekuensi dan bentuk arus.

Kapasitas statis Cst kabel pada suhu di bawah 40 ° C konsisten dengan nilai kapasitas sebenarnya C dan ini disebabkan pengenceran impregnasi; pada suhu yang lebih tinggi, kapasitas statis Cst meningkat Sifat pertumbuhan ditunjukkan pada grafik, kurva 3 di atasnya menunjukkan perubahan kapasitas statis kabel dengan perubahan suhu.

Kapasitansi efektif Ceff sangat bergantung pada bentuk saat ini. Arus sinusoidal murni menghasilkan kebetulan kapasitansi efektif dan nyata. Bentuk arus yang tajam menyebabkan peningkatan kapasitas efektif sebanyak satu setengah kali, bentuk arus tumpul mengurangi kapasitas efektif.

Kapasitas efektif Ceff sangat penting secara praktis, karena menentukan karakteristik penting dari jaringan listrik. Dengan ionisasi pada kabel, kapasitansi efektif meningkat.

Pada grafik di bawah ini:

1 - ketergantungan resistansi isolasi kabel pada suhu;

2 - logaritma tahanan isolasi kabel versus suhu;

3 — ketergantungan nilai kapasitas statis Cst kabel pada suhu.

Selama kontrol kualitas produksi isolasi kabel, kapasitasnya praktis tidak menentukan, kecuali dalam proses impregnasi vakum di boiler pengering. Untuk jaringan tegangan rendah, kapasitansi juga tidak terlalu penting, tetapi mempengaruhi faktor daya dengan beban induktif.

Dan saat bekerja di jaringan bertegangan tinggi, kapasitas kabel sangatlah penting dan dapat menimbulkan masalah selama pengoperasian instalasi secara keseluruhan. Misalnya, Anda dapat membandingkan instalasi dengan tegangan operasi 20.000 volt dan 50.000 volt.

Katakanlah Anda perlu mengirimkan 10 MVA dengan kosinus phi sama dengan 0,9 untuk jarak 15,5 km dan 35,6 km. Untuk kasus pertama, penampang kawat, dengan mempertimbangkan pemanasan yang diizinkan, kami memilih 185 mm persegi, untuk yang kedua - 70 mm persegi. Instalasi industri 132 kV pertama di AS dengan kabel berisi oli memiliki parameter berikut: arus pengisian 11,3 A / km memberikan daya pengisian 1490 kVA / km, yang 25 kali lebih tinggi daripada parameter analog dari overhead saluran transmisi tegangan yang sama.

Dalam hal kapasitas, instalasi bawah tanah Chicago pada tahap pertama terbukti mirip dengan kapasitor listrik 14 MVA yang terhubung paralel, dan di New York City kapasitas arus kapasitif mencapai 28 MVA dan ini dengan daya pancar 98 MVA. Kapasitas kerja kabel ini kira-kira 0,27 Farads per kilometer.

Kerugian tanpa beban saat beban ringan justru disebabkan oleh arus kapasitif, yang menghasilkan panas Joule, dan beban penuh berkontribusi pada pengoperasian pembangkit listrik yang lebih efisien. Dalam jaringan tanpa beban, arus reaktif seperti itu menurunkan tegangan generator, itulah sebabnya persyaratan khusus diterapkan pada desainnya.Untuk mengurangi arus kapasitif, frekuensi arus tegangan tinggi dinaikkan, misalnya, selama pengujian kabel, tetapi ini sulit diterapkan, dan terkadang menggunakan pengisian kabel dengan reaktor induktif.

Jadi kabel selalu memiliki kapasitansi dan tahanan tanah yang menentukan arus kapasitif. Resistansi isolasi kabel R pada tegangan suplai 380 V harus minimal 0,4 MΩ. Kapasitas kabel C tergantung pada panjang kabel, cara peletakan, dll.

Untuk kabel tiga fase dengan insulasi vinil, tegangan hingga 600 V dan frekuensi jaringan 50 Hz, ketergantungan arus kapasitif pada luas penampang kabel pembawa arus dan panjangnya ditunjukkan pada gambar. Data dari spesifikasi pabrikan kabel harus digunakan untuk menghitung arus kapasitif.

Jika arus kapasitif adalah 1 mA atau kurang, itu tidak mempengaruhi pengoperasian drive.

Kapasitas kabel dalam jaringan grounded memainkan peran penting. Arus pentanahan hampir berbanding lurus dengan arus kapasitif dan, karenanya, dengan kapasitansi kabel itu sendiri. Oleh karena itu, di wilayah metropolitan yang besar, arus tanah dari jaringan perkotaan yang besar mencapai nilai yang sangat besar.

Kami berharap materi singkat ini membantu Anda mendapatkan gambaran umum tentang kapasitas kabel, bagaimana pengaruhnya terhadap pengoperasian jaringan dan instalasi listrik, dan mengapa perlu memperhatikan parameter kabel ini.