केबल की विद्युत क्षमता

केबल नेटवर्क में या एसी वोल्टेज के प्रभाव में डीसी वोल्टेज को चालू या बंद करते समय, एक कैपेसिटिव करंट हमेशा होता है। वैकल्पिक वोल्टेज के प्रभाव में केवल केबलों के इन्सुलेशन में दीर्घकालिक कैपेसिटिव करंट मौजूद होता है। लगातार चालू चालन हर समय मौजूद रहता है और केबल इन्सुलेशन पर एक निरंतर करंट लगाया जाता है। केबल की क्षमता के बारे में अधिक विस्तार से, इस विशेषता के भौतिक अर्थ के बारे में और इस लेख में चर्चा की जाएगी।

भौतिकी के दृष्टिकोण से, एक ठोस गोलाकार केबल अनिवार्य रूप से एक बेलनाकार संधारित्र है। और अगर हम आंतरिक बेलनाकार प्लेट के आवेश का मान Q लेते हैं, तो इसकी सतह की प्रति इकाई बिजली की मात्रा होगी जिसकी गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:

यहाँ ई केबल इन्सुलेशन का ढांकता हुआ स्थिरांक है।

मौलिक इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के अनुसार, त्रिज्या r पर विद्युत क्षेत्र की ताकत E बराबर होगी:

और अगर हम इसके केंद्र से कुछ दूरी पर केबल की आंतरिक बेलनाकार सतह पर विचार करते हैं, और यह समविभव सतह होगी, तो इस सतह के प्रति इकाई क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र की ताकत बराबर होगी:

केबल इन्सुलेशन का ढांकता हुआ स्थिरांक परिचालन स्थितियों और उपयोग किए जाने वाले इन्सुलेशन के प्रकार के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न होता है। इस प्रकार, वल्केनाइज्ड रबर में 4 से 7.5 का ढांकता हुआ स्थिरांक होता है, और संसेचित केबल पेपर में 3 से 4.5 का ढांकता हुआ स्थिरांक होता है। नीचे यह दिखाया जाएगा कि कैसे ढांकता हुआ स्थिरांक, और इसलिए समाई, तापमान से संबंधित हैं।

आइए केल्विन की दर्पण विधि की ओर मुड़ें। प्रायोगिक डेटा केवल केबल समाई मूल्यों की अनुमानित गणना के लिए सूत्र देते हैं, और ये सूत्र स्पेक्युलर परावर्तन विधि के आधार पर प्राप्त किए जाते हैं। यह विधि इस स्थिति पर आधारित है कि क्यू के मान से आवेशित अनंत रूप से लंबे पतले तार L के चारों ओर एक बेलनाकार धातु का खोल इस तार को उसी तरह प्रभावित करता है जैसे तार L1 विपरीत रूप से आवेशित होता है, लेकिन बशर्ते कि:

प्रत्यक्ष समाई माप विभिन्न माप विधियों के साथ अलग-अलग परिणाम देते हैं। इस कारण से, केबल क्षमता को मोटे तौर पर विभाजित किया जा सकता है:

• सीएसटी - स्थैतिक समाई, जो बाद की तुलना के साथ निरंतर वर्तमान माप द्वारा प्राप्त की जाती है;

• Seff प्रभावी समाई है, जिसकी गणना सूत्र द्वारा प्रत्यावर्ती धारा के साथ परीक्षण करते समय वोल्टमीटर और एमीटर डेटा से की जाती है: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• सी वास्तविक समाई है, जो परीक्षण के दौरान अधिकतम वोल्टेज के अधिकतम चार्ज के अनुपात के संदर्भ में ऑसिलोग्राम के विश्लेषण से प्राप्त होता है।

वास्तव में, यह पता चला है कि इन्सुलेशन टूटने के मामलों को छोड़कर, केबल के वास्तविक समाई के सी का मूल्य व्यावहारिक रूप से स्थिर है, इसलिए वोल्टेज में परिवर्तन केबल के इन्सुलेशन के ढांकता हुआ स्थिरांक को प्रभावित नहीं करता है।

हालाँकि, ढांकता हुआ स्थिरांक पर तापमान के प्रभाव का एहसास होता है और बढ़ते तापमान के साथ यह घटकर 5% हो जाता है और तदनुसार केबल की वास्तविक धारिता C घट जाती है। इस मामले में, वर्तमान की आवृत्ति और आकार पर वास्तविक क्षमता की कोई निर्भरता नहीं है।

40 ° C से नीचे के तापमान पर केबल की स्थिर क्षमता C इसकी वास्तविक क्षमता C के मान के अनुरूप है और यह संसेचन के कमजोर पड़ने के कारण है; उच्च तापमान पर, स्थिर क्षमता Cst बढ़ जाती है। वृद्धि की प्रकृति को ग्राफ में दिखाया गया है, उस पर वक्र 3 तापमान में परिवर्तन के साथ केबल की स्थिर क्षमता में परिवर्तन को दर्शाता है।

प्रभावी समाई Ceff दृढ़ता से वर्तमान आकार पर निर्भर है। प्रभावी और वास्तविक समाई के संयोग में एक शुद्ध साइनसोइडल वर्तमान परिणाम। एक तीव्र वर्तमान रूप प्रभावी क्षमता में डेढ़ गुना वृद्धि की ओर जाता है, एक कुंद वर्तमान रूप प्रभावी क्षमता को कम करता है।

प्रभावी क्षमता Ceff का व्यावहारिक महत्व है, क्योंकि यह विद्युत नेटवर्क की महत्वपूर्ण विशेषताओं को निर्धारित करता है। केबल में आयनीकरण के साथ, प्रभावी समाई बढ़ जाती है।

नीचे दिए गए ग्राफ़ में:

1 - तापमान पर केबल इन्सुलेशन प्रतिरोध की निर्भरता;

2 - केबल इन्सुलेशन प्रतिरोध बनाम तापमान का लघुगणक;

3 - तापमान पर केबल की स्थिर क्षमता सीएसटी के मूल्य की निर्भरता।

केबल इन्सुलेशन के उत्पादन गुणवत्ता नियंत्रण के दौरान, सुखाने वाले बॉयलर में वैक्यूम संसेचन की प्रक्रिया को छोड़कर, क्षमता व्यावहारिक रूप से निर्णायक नहीं होती है। लो-वोल्टेज नेटवर्क के लिए, कैपेसिटेंस भी बहुत महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन यह इंडक्टिव लोड के साथ पावर फैक्टर को प्रभावित करता है।

और उच्च-वोल्टेज नेटवर्क में काम करते समय, केबल की क्षमता अत्यंत महत्वपूर्ण होती है और संपूर्ण रूप से स्थापना के संचालन के दौरान समस्याएं पैदा कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, आप 20,000 वोल्ट और 50,000 वोल्ट के ऑपरेटिंग वोल्टेज वाले इंस्टॉलेशन की तुलना कर सकते हैं।

मान लें कि आपको 15.5 किमी और 35.6 किमी की दूरी के लिए 0.9 के कोसाइन फाई के साथ 10 एमवीए संचारित करने की आवश्यकता है। पहले मामले के लिए, तार का क्रॉस-सेक्शन, अनुमेय हीटिंग को ध्यान में रखते हुए, हम 185 वर्ग मीटर चुनते हैं, दूसरे के लिए - 70 वर्ग मीटर। संयुक्त राज्य अमेरिका में तेल से भरे केबल के साथ पहले 132 kV औद्योगिक स्थापना में निम्नलिखित पैरामीटर थे: 11.3 A / किमी का चार्जिंग करंट 1490 kVA / किमी की चार्जिंग शक्ति देता है, जो ओवरहेड के अनुरूप मापदंडों से 25 गुना अधिक है। समान वोल्टेज की संचरण लाइनें।

क्षमता के संदर्भ में, पहले चरण में शिकागो भूमिगत स्थापना 14 एमवीए के समानांतर-जुड़े विद्युत संधारित्र के समान साबित हुई, और न्यूयॉर्क शहर में कैपेसिटिव वर्तमान क्षमता 28 एमवीए तक पहुंच गई और यह 98 एमवीए की संचरित शक्ति के साथ है। केबल की कार्य क्षमता लगभग 0.27 फैराड प्रति किलोमीटर है।

जब लोड हल्का होता है तो नो-लोड नुकसान ठीक कैपेसिटिव करंट के कारण होता है, जो जूल हीट उत्पन्न करता है, और फुल लोड बिजली संयंत्रों के अधिक कुशल संचालन में योगदान देता है। एक अनलोडेड नेटवर्क में, इस तरह की प्रतिक्रियाशील धारा जनरेटर के वोल्टेज को कम करती है, यही वजह है कि उनके डिजाइनों पर विशेष आवश्यकताएं लगाई जाती हैं।कैपेसिटिव करंट को कम करने के लिए, हाई-वोल्टेज करंट की आवृत्ति को बढ़ाया जाता है, उदाहरण के लिए, केबल परीक्षण के दौरान, लेकिन इसे लागू करना मुश्किल होता है, और कभी-कभी आगमनात्मक रिएक्टरों के साथ केबल चार्ज करने का सहारा लेना पड़ता है।

तो केबल में हमेशा कैपेसिटेंस और ग्राउंड रेजिस्टेंस होता है जो कैपेसिटिव करंट को निर्धारित करता है। 380 V के आपूर्ति वोल्टेज पर केबल R का इन्सुलेशन प्रतिरोध कम से कम 0.4 MΩ होना चाहिए। केबल सी की क्षमता केबल की लंबाई, बिछाने के तरीके आदि पर निर्भर करती है।

विनाइल इन्सुलेशन के साथ तीन-चरण केबल के लिए, 600 वी तक वोल्टेज और 50 हर्ट्ज की नेटवर्क आवृत्ति, वर्तमान-ले जाने वाले तारों के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र पर कैपेसिटिव करंट की निर्भरता और इसकी लंबाई को चित्र में दिखाया गया है। कैपेसिटिव करंट की गणना के लिए केबल निर्माता के विनिर्देशों के डेटा का उपयोग किया जाना चाहिए।

यदि कैपेसिटिव करंट 1 mA या उससे कम है, तो यह ड्राइव के संचालन को प्रभावित नहीं करता है।

ग्राउंडेड नेटवर्क में केबल की क्षमता एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। ग्राउंडिंग धाराएं कैपेसिटिव धाराओं के लगभग सीधे आनुपातिक होती हैं और तदनुसार, केबल के समाई के लिए। इसलिए, बड़े महानगरीय क्षेत्रों में, विशाल शहरी नेटवर्क की जमीनी धाराएँ अत्यधिक मूल्यों तक पहुँचती हैं।

हम आशा करते हैं कि इस लघु सामग्री ने आपको केबल क्षमता के बारे में एक सामान्य विचार प्राप्त करने में मदद की है कि यह विद्युत नेटवर्क और स्थापनाओं के संचालन को कैसे प्रभावित करता है, और इस केबल पैरामीटर पर उचित ध्यान देना क्यों आवश्यक है।