電纜的電氣容量

在有線網絡中或在交流電壓的影響下接通或斷開直流電壓時，總會產生電容電流。長期電容電流僅存在於交變電壓影響下的電纜絕緣層中。恆定電流傳導始終存在，並向電纜絕緣施加恆定電流。有關電纜容量的更多詳細信息，有關此特性的物理含義，將在本文中進行討論。

從物理學的角度來看，實心圓形電纜本質上是一個圓柱形電容器。而如果我們將內圓柱板的電荷值取為Q，那麼每單位表面就會有電量，可以通過以下公式計算：

這裡 e 是電纜絕緣層的介電常數。

根據基本靜電學，半徑 r 處的電場強度 E 將等於：

如果我們考慮距離中心一定距離的電纜內圓柱表面，這將是等勢面，則該表面每單位面積的電場強度將等於：

電纜絕緣層的介電常數根據操作條件和所用絕緣層的類型而有很大差異。因此，硫化橡膠的介電常數為 4 至 7.5，浸漬電纜紙的介電常數為 3 至 4.5。下面將顯示介電常數以及電容與溫度的關係。

讓我們轉向開爾文的鏡像法。實驗數據只給出了電纜電容值的近似計算公式，這些公式是基於鏡面反射法得到的。該方法基於這樣的位置，即圍繞無限長細線 L 的圓柱形金屬殼充電到值 Q 以與帶相反電荷的線 L1 相同的方式影響該線，但前提是：

直接電容測量使用不同的測量方法會給出不同的結果。為此，電纜容量大致可分為：

• Cst——靜態電容，通過連續電流測量並隨後比較得到；

• Seff為有效電容，由交流電測試時的電壓表和電流表數據計算得出，公式為：Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C是實際電容，它是根據測試期間最大電荷與最大電壓之比從示波圖分析得到的。

事實上，電纜的實際電容 C 值實際上是恆定的，除非絕緣擊穿，因此電壓的變化不會影響電纜絕緣的介電常數。

然而，溫度對介電常數的影響是顯而易見的，隨著溫度的升高，介電常數降低到 5%，因此電纜的實際電容 C 也隨之降低。在這種情況下，實際容量與電流的頻率和形狀無關。

電纜在40℃以下的靜態容量Cst與其實際容量C值一致，這是由於浸漬稀釋所致；在更高的溫度下，靜態容量 Cst 增加。增長的性質如圖所示，曲線 3 顯示了電纜靜態容量隨溫度變化的變化。

有效電容 Ceff 強烈依賴於電流形狀。純正弦電流導致有效電容和實際電容重合。尖電流形式導致有效容量增加一倍半，鈍電流形式降低有效容量。

有效容量 Ceff 具有實際重要性，因為它決定了電網的重要特性。隨著電纜中的電離，有效電容增加。

在下圖中：

1——電纜絕緣電阻對溫度的依賴性；

2——電纜絕緣電阻對溫度的對數；

3 — 電纜的靜態電容 Cst 值與溫度的相關性。

在電纜絕緣的生產質量控製過程中，容量實際上不是決定性的，除了在乾燥鍋爐中的真空浸漬過程。對於低壓網絡，電容也不是很重要，但它會影響電感負載的功率因數。

在高壓網絡中工作時，電纜的容量極其重要，可能會在整個裝置的運行過程中出現問題。例如，您可以比較工作電壓為 20,000 伏和 50,000 伏的裝置。

假設您需要在 15.5 公里和 35.6 公里的距離內傳輸 10 MVA，phi 的餘弦等於 0.9。對於第一種情況，考慮到允許的加熱，我們選擇 185 平方毫米的導線橫截面，對於第二種情況 - 70 平方毫米。美國第一個使用充油電纜的 132 kV 工業裝置具有以下參數：11.3 A / km 的充電電流提供 1490 kVA / km 的充電功率，比架空的類似參數高 25 倍相似電壓的傳輸線。

在容量方面，第一階段的芝加哥地下安裝被證明類似於 14 MVA 的並聯電容器，而在紐約市，電容電流容量達到 28 MVA，傳輸功率為 98 MVA。電纜的工作容量約為每公里 0.27 法拉。

輕載時的空載損耗正是由產生焦耳熱的電容電流引起的，而滿載有助於發電廠更高效地運行。在空載網絡中，這種無功電流會降低發電機的電壓，這就是對其設計提出特殊要求的原因。為了減小電容電流，提高高壓電流的頻率，例如在電纜測試時，但實現起來比較困難，有時需要用電感電抗器給電纜充電。

所以電纜總是有電容和接地電阻，它們決定了電容電流。電源電壓為 380 V 時電纜的絕緣電阻 R 必須至少為 0.4 MΩ。電纜C的容量取決於電纜的長度、敷設方式等。

對於具有乙烯基絕緣、電壓高達 600 V 和網絡頻率 50 Hz 的三相電纜，電容電流對載流導線橫截面積及其長度的依賴性如圖所示。應使用電纜製造商規範中的數據來計算電容電流。

如果電容電流為 1 mA 或更小，則不會影響驅動器的運行。

接地網絡中電纜的容量起著重要作用。接地電流幾乎與電容電流成正比，因此與電纜本身的電容成正比。因此，在大都市地區，巨大的城市網絡的地電流達到巨大的價值。

我們希望這篇簡短的材料能幫助您對電纜容量、它如何影響電力網絡和安裝的運行以及為什麼有必要對這個電纜參數給予應有的關注有一個大致的了解。