Công suất điện của cáp

Khi bật hoặc tắt điện áp DC trong mạng cáp hoặc dưới ảnh hưởng của điện áp AC, dòng điện dung luôn xuất hiện. Dòng điện dung dài hạn chỉ tồn tại trong lớp cách điện của cáp dưới tác dụng của điện áp xoay chiều. Dòng điện không đổi luôn tồn tại và dòng điện không đổi được đặt vào lớp cách điện của cáp. Chi tiết hơn về khả năng của cáp, về ý nghĩa vật lý của đặc tính này và sẽ được thảo luận trong bài viết này.

Từ quan điểm của vật lý, một dây cáp tròn đặc về cơ bản là một tụ điện hình trụ. Và nếu chúng ta lấy giá trị điện tích của tấm hình trụ bên trong là Q, thì trên một đơn vị bề mặt của nó sẽ có một lượng điện có thể được tính theo công thức:

Ở đây e là hằng số điện môi của cách điện cáp.

Theo thuyết tĩnh điện cơ bản, cường độ điện trường E ở bán kính r sẽ bằng:

Và nếu chúng ta coi bề mặt hình trụ bên trong của cáp ở một khoảng cách nào đó so với tâm của nó và đây sẽ là bề mặt đẳng thế, thì cường độ điện trường trên một đơn vị diện tích của bề mặt này sẽ bằng:

Hằng số điện môi của cách điện cáp rất khác nhau tùy thuộc vào điều kiện vận hành và loại cách điện được sử dụng. Do đó, cao su lưu hóa có hằng số điện môi từ 4 đến 7,5 và giấy cáp được ngâm tẩm có hằng số điện môi từ 3 đến 4,5. Dưới đây sẽ chỉ ra hằng số điện môi, và do đó, điện dung, có liên quan như thế nào đến nhiệt độ.

Hãy chuyển sang phương pháp gương của Kelvin. Dữ liệu thực nghiệm chỉ đưa ra các công thức tính toán gần đúng giá trị điện dung của cáp và các công thức này thu được dựa trên phương pháp phản xạ gương. Phương pháp này dựa trên vị trí mà một lớp vỏ kim loại hình trụ bao quanh một dây mảnh L dài vô hạn được tích điện tới giá trị Q tác động lên dây này giống như cách dây L1 tích điện trái dấu, nhưng với điều kiện là:

Đo điện dung trực tiếp cho các kết quả khác nhau với các phương pháp đo khác nhau. Vì lý do này, dung lượng cáp có thể được tạm chia thành:

• Cst - điện dung tĩnh, thu được bằng phép đo dòng điện liên tục với phép so sánh tiếp theo;

• Seff là điện dung hiệu dụng, được tính từ số liệu của vôn kế và ampe kế khi thử nghiệm với dòng điện xoay chiều theo công thức: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C là điện dung thực, thu được từ phân tích biểu đồ dao động theo tỷ lệ của điện tích cực đại với điện áp cực đại trong quá trình thử nghiệm.

Trên thực tế, hóa ra giá trị C của điện dung thực tế của cáp thực tế không đổi, ngoại trừ trường hợp đánh thủng cách điện, do đó sự thay đổi điện áp không ảnh hưởng đến hằng số điện môi của cách điện của cáp.

Tuy nhiên, ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số điện môi được nhận ra và khi nhiệt độ tăng, nó giảm xuống 5% và theo đó, điện dung thực tế C của cáp giảm. Trong trường hợp này, không có sự phụ thuộc của công suất thực tế vào tần số và hình dạng của dòng điện.

Dung lượng tĩnh Cst của cáp ở nhiệt độ dưới 40 ° C phù hợp với giá trị của dung lượng C thực tế của nó và điều này là do sự pha loãng của chất ngâm tẩm; ở nhiệt độ cao hơn, khả năng tĩnh Cst tăng Bản chất của sự tăng trưởng được thể hiện trong đồ thị, đường cong 3 trên đó cho thấy sự thay đổi khả năng tĩnh của cáp với sự thay đổi nhiệt độ.

Điện dung hiệu quả Ceff phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng hiện tại. Dòng điện hình sin thuần túy dẫn đến sự trùng hợp giữa điện dung hiệu dụng và điện dung thực. Dạng dòng điện sắc nét dẫn đến tăng công suất hiệu dụng lên một lần rưỡi, dạng dòng điện cùn làm giảm công suất hiệu dụng.

Công suất hiệu dụng Ceff có tầm quan trọng thực tế, vì nó xác định các đặc tính quan trọng của mạng điện. Với quá trình ion hóa trong cáp, điện dung hiệu quả tăng lên.

Trong biểu đồ dưới đây:

1 - sự phụ thuộc của điện trở cách điện của cáp vào nhiệt độ;

2 — logarit của điện trở cách điện của cáp so với nhiệt độ;

3 - sự phụ thuộc của giá trị công suất tĩnh Cst của cáp vào nhiệt độ.

Trong quá trình sản xuất, kiểm soát chất lượng cách điện của cáp, công suất thực tế không mang tính quyết định, ngoại trừ trong quá trình ngâm tẩm chân không trong nồi hơi sấy khô. Đối với mạng hạ áp, điện dung cũng không quan trọng lắm nhưng lại ảnh hưởng đến hệ số công suất với tải cảm.

Và khi làm việc trong các mạng điện áp cao, công suất của cáp là cực kỳ quan trọng và có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành toàn bộ quá trình cài đặt. Ví dụ: bạn có thể so sánh cài đặt với điện áp hoạt động là 20.000 vôn và 50.000 vôn.

Giả sử bạn cần truyền 10 MVA với cosin phi bằng 0,9 cho khoảng cách 15,5 km và 35,6 km. Đối với trường hợp đầu tiên, mặt cắt ngang của dây, có tính đến nhiệt độ cho phép, chúng tôi chọn 185 Mm vuông, đối với trường hợp thứ hai - 70 Mm vuông. Hệ thống lắp đặt công nghiệp 132 kV đầu tiên ở Hoa Kỳ với cáp đầy dầu có các thông số sau: dòng sạc 11,3 A / km cho công suất sạc 1490 kVA / km, cao gấp 25 lần so với thông số tương tự của đường dây trên không đường dây tải điện có cùng điện áp.

Về công suất, việc lắp đặt ngầm ở Chicago trong giai đoạn đầu tiên tỏ ra tương tự như một tụ điện được kết nối song song 14 MVA, và ở Thành phố New York, công suất dòng điện dung đạt 28 MVA và điều này với công suất truyền tải là 98 MVA. Khả năng làm việc của cáp là khoảng 0,27 Farad trên một km.

Tổn thất không tải khi tải nhẹ được gây ra chính xác bởi dòng điện dung tạo ra nhiệt Joule và toàn tải góp phần giúp các nhà máy điện vận hành hiệu quả hơn. Trong một mạng không tải, dòng điện phản ứng như vậy làm giảm điện áp của máy phát điện, đó là lý do tại sao các yêu cầu đặc biệt được đặt ra cho thiết kế của chúng.Để giảm dòng điện dung, tần số của dòng điện cao áp được tăng lên, chẳng hạn như trong quá trình thử nghiệm cáp, nhưng điều này khó thực hiện và đôi khi phải dùng đến việc sạc cáp bằng cuộn kháng cảm ứng.

Vì vậy, cáp luôn có điện dung và điện trở đất xác định dòng điện dung. Điện trở cách điện của cáp R ở điện áp nguồn 380 V tối thiểu phải là 0,4 MΩ. Dung lượng của cáp C phụ thuộc vào chiều dài của cáp, cách đặt, v.v.

Đối với cáp ba pha có cách điện vinyl, điện áp lên đến 600 V và tần số mạng 50 Hz, sự phụ thuộc của dòng điện dung vào diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn mang dòng điện và chiều dài của nó được thể hiện trong hình. Dữ liệu từ thông số kỹ thuật của nhà sản xuất cáp nên được sử dụng để tính toán dòng điện dung.

Nếu dòng điện dung từ 1 mA trở xuống thì không ảnh hưởng đến hoạt động của biến tần.

Dung lượng của cáp trong mạng nối đất đóng một vai trò quan trọng. Dòng điện nối đất gần như tỷ lệ thuận với dòng điện dung và theo đó, với điện dung của chính cáp. Do đó, ở các khu vực đô thị lớn, dòng điện mặt đất của mạng lưới đô thị khổng lồ đạt đến giá trị rất lớn.

Chúng tôi hy vọng rằng tài liệu ngắn này đã giúp bạn có được ý tưởng chung về công suất cáp, nó ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động của mạng và lắp đặt điện cũng như lý do tại sao cần phải quan tâm đúng mức đến thông số cáp này.