કેબલની વિદ્યુત ક્ષમતા

જ્યારે કેબલ નેટવર્કમાં અથવા એસી વોલ્ટેજના પ્રભાવ હેઠળ ડીસી વોલ્ટેજને ચાલુ અથવા બંધ કરવામાં આવે છે, ત્યારે કેપેસિટીવ કરંટ હંમેશા થાય છે. વૈકલ્પિક વોલ્ટેજના પ્રભાવ હેઠળ કેબલના ઇન્સ્યુલેશનમાં જ લાંબા ગાળાના કેપેસિટીવ પ્રવાહ અસ્તિત્વમાં છે. સતત વર્તમાન વહન દરેક સમયે અસ્તિત્વમાં છે અને કેબલ ઇન્સ્યુલેશન પર સતત પ્રવાહ લાગુ કરવામાં આવે છે. કેબલની ક્ષમતા વિશે વધુ વિગતવાર, આ લાક્ષણિકતાના ભૌતિક અર્થ વિશે અને આ લેખમાં ચર્ચા કરવામાં આવશે.

ભૌતિકશાસ્ત્રના દૃષ્ટિકોણથી, ઘન ગોળાકાર કેબલ આવશ્યકપણે નળાકાર કેપેસિટર છે. અને જો આપણે આંતરિક નળાકાર પ્લેટના ચાર્જનું મૂલ્ય Q તરીકે લઈએ, તો તેની સપાટીના એકમ દીઠ ત્યાં વીજળીનો જથ્થો હશે જેની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરી શકાય છે:

અહીં e એ કેબલ ઇન્સ્યુલેશનનો ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ છે.

મૂળભૂત ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સ અનુસાર, ત્રિજ્યા r પર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત E સમાન હશે:

અને જો આપણે તેના કેન્દ્રથી અમુક અંતરે કેબલની આંતરિક નળાકાર સપાટીને ધ્યાનમાં લઈએ, અને તે સમકક્ષ સપાટી હશે, તો આ સપાટીના એકમ ક્ષેત્ર દીઠ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ સમાન હશે:

કેબલ ઇન્સ્યુલેશનનો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ અને ઉપયોગમાં લેવાતા ઇન્સ્યુલેશનના પ્રકારને આધારે વ્યાપકપણે બદલાય છે. આમ, વલ્કેનાઈઝ્ડ રબરમાં 4 થી 7.5 ના ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક હોય છે, અને ગર્ભિત કેબલ પેપરમાં 3 થી 4.5 ના ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક હોય છે. નીચે તે બતાવવામાં આવશે કે કેવી રીતે ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક, અને તેથી કેપેસીટન્સ, તાપમાન સાથે સંબંધિત છે.

ચાલો કેલ્વિનની મિરર પદ્ધતિ તરફ વળીએ. પ્રાયોગિક ડેટા ફક્ત કેબલ કેપેસીટન્સ મૂલ્યોની અંદાજિત ગણતરી માટેના સૂત્રો આપે છે, અને આ સૂત્રો સ્પેક્યુલર પ્રતિબિંબ પદ્ધતિના આધારે મેળવવામાં આવે છે. પદ્ધતિ એ સ્થિતિ પર આધારિત છે કે મૂલ્ય Q પર ચાર્જ કરાયેલા અનંત લાંબા પાતળા વાયર Lની આસપાસનો નળાકાર ધાતુનો શેલ આ વાયરને એ રીતે અસર કરે છે જે રીતે વાયર L1 વિરુદ્ધ ચાર્જ કરવામાં આવે છે, પરંતુ પૂરી પાડવામાં આવેલ છે કે:

ડાયરેક્ટ કેપેસીટન્સ માપન વિવિધ માપન પદ્ધતિઓ સાથે વિવિધ પરિણામો આપે છે. આ કારણોસર, કેબલ ક્ષમતાને આશરે વિભાજિત કરી શકાય છે:

• Cst — સ્ટેટિક કેપેસીટન્સ, જે અનુગામી સરખામણી સાથે સતત વર્તમાન માપન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે;

• સેફ એ અસરકારક કેપેસીટન્સ છે, જે ફોર્મ્યુલા દ્વારા વૈકલ્પિક પ્રવાહ સાથે પરીક્ષણ કરતી વખતે વોલ્ટમીટર અને એમીટર ડેટામાંથી ગણવામાં આવે છે: Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C એ વાસ્તવિક કેપેસીટન્સ છે, જે પરીક્ષણ દરમિયાન મહત્તમ ચાર્જ અને મહત્તમ વોલ્ટેજના ગુણોત્તરના સંદર્ભમાં ઓસિલોગ્રામના વિશ્લેષણમાંથી મેળવવામાં આવે છે.

હકીકતમાં, તે બહાર આવ્યું છે કે ઇન્સ્યુલેશન ભંગાણના કિસ્સાઓ સિવાય કેબલની વાસ્તવિક ક્ષમતાના C ​​નું મૂલ્ય વ્યવહારીક રીતે સ્થિર છે, તેથી વોલ્ટેજમાં ફેરફાર કેબલના ઇન્સ્યુલેશનના ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરતાને અસર કરતું નથી.

જો કે, ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક પર તાપમાનનો પ્રભાવ સમજાય છે અને વધતા તાપમાન સાથે તે ઘટીને 5% થાય છે અને તે મુજબ કેબલની વાસ્તવિક ક્ષમતા C ઘટે છે. આ કિસ્સામાં, વર્તમાનની આવર્તન અને આકાર પર વાસ્તવિક ક્ષમતાની કોઈ અવલંબન નથી.

40 °C થી નીચેના તાપમાને કેબલની સ્થિર ક્ષમતા Cst તેની વાસ્તવિક ક્ષમતા C ના મૂલ્ય સાથે સુસંગત છે અને આ ગર્ભાધાનના મંદનને કારણે છે; ઊંચા તાપમાને, સ્થિર ક્ષમતા Cst વધે છે. વૃદ્ધિની પ્રકૃતિ ગ્રાફમાં દર્શાવવામાં આવી છે, તેના પર વળાંક 3 તાપમાનમાં ફેરફાર સાથે કેબલની સ્થિર ક્ષમતામાં ફેરફાર દર્શાવે છે.

અસરકારક કેપેસીટન્સ Ceff વર્તમાન આકાર પર ખૂબ આધાર રાખે છે. શુદ્ધ સાઇનસાઇડલ કરંટ અસરકારક અને વાસ્તવિક ક્ષમતાના સંયોગમાં પરિણમે છે. તીક્ષ્ણ વર્તમાન સ્વરૂપ અસરકારક ક્ષમતામાં દોઢ ગણો વધારો તરફ દોરી જાય છે, એક અસ્પષ્ટ વર્તમાન સ્વરૂપ અસરકારક ક્ષમતા ઘટાડે છે.

અસરકારક ક્ષમતા Ceff વ્યવહારુ મહત્વ ધરાવે છે, કારણ કે તે વિદ્યુત નેટવર્કની મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરે છે. કેબલમાં ionization સાથે, અસરકારક ક્ષમતા વધે છે.

નીચેના ગ્રાફમાં:

1 - તાપમાન પર કેબલ ઇન્સ્યુલેશન પ્રતિકારની અવલંબન;

2 — તાપમાન વિરુદ્ધ કેબલ ઇન્સ્યુલેશન પ્રતિકારનું લઘુગણક;

3 — તાપમાન પર કેબલની સ્થિર ક્ષમતા Cst ના મૂલ્યની અવલંબન.

કેબલ ઇન્સ્યુલેશનના ઉત્પાદન ગુણવત્તા નિયંત્રણ દરમિયાન, સૂકવણી બોઈલરમાં વેક્યૂમ ગર્ભાધાનની પ્રક્રિયા સિવાય, ક્ષમતા વ્યવહારીક રીતે નિર્ણાયક નથી. લો-વોલ્ટેજ નેટવર્ક્સ માટે, કેપેસીટન્સ પણ ખૂબ મહત્વનું નથી, પરંતુ તે ઇન્ડક્ટિવ લોડ્સ સાથે પાવર ફેક્ટરને અસર કરે છે.

અને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ નેટવર્ક્સમાં કામ કરતી વખતે, કેબલની ક્ષમતા અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે અને સમગ્ર રીતે ઇન્સ્ટોલેશનની કામગીરી દરમિયાન સમસ્યાઓ ઊભી કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તમે 20,000 વોલ્ટ અને 50,000 વોલ્ટના ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ સાથે ઇન્સ્ટોલેશનની તુલના કરી શકો છો.

ચાલો કહીએ કે તમારે 15.5 કિમી અને 35.6 કિમીના અંતર માટે 0.9 ની કોસાઇન સાથે 10 MVA ટ્રાન્સમિટ કરવાની જરૂર છે. પ્રથમ કેસ માટે, વાયરનો ક્રોસ-સેક્શન, અનુમતિપાત્ર હીટિંગને ધ્યાનમાં લેતા, અમે 185 ચોરસ મીમી પસંદ કરીએ છીએ, બીજા માટે - 70 ચોરસ મીમી. તેલ ભરેલા કેબલ સાથે યુએસએમાં પ્રથમ 132 kV ઔદ્યોગિક ઇન્સ્ટોલેશનમાં નીચેના પરિમાણો હતા: 11.3 A/k.મી.નો ચાર્જિંગ કરંટ 1490 kVA/km ની ચાર્જિંગ શક્તિ આપે છે, જે ઓવરહેડના સમાન પરિમાણો કરતાં 25 ગણો વધારે છે. સમાન વોલ્ટેજની ટ્રાન્સમિશન લાઇન.

ક્ષમતાની દ્રષ્ટિએ, પ્રથમ તબક્કામાં શિકાગોનું ભૂગર્ભ સ્થાપન 14 MVA ના સમાંતર-જોડાયેલ વિદ્યુત કેપેસિટર જેવું જ સાબિત થયું અને ન્યુ યોર્ક સિટીમાં કેપેસિટીવ વર્તમાન ક્ષમતા 28 MVA સુધી પહોંચી અને આ 98 MVA ની ટ્રાન્સમિટેડ પાવર સાથે. કેબલની કાર્યકારી ક્ષમતા આશરે 0.27 ફેરાડ્સ પ્રતિ કિલોમીટર છે.

જ્યારે લોડ હળવો હોય ત્યારે નો-લોડ નુકસાન ચોક્કસ રીતે કેપેસિટીવ પ્રવાહ દ્વારા થાય છે, જે જૌલ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે અને સંપૂર્ણ લોડ પાવર પ્લાન્ટના વધુ કાર્યક્ષમ સંચાલનમાં ફાળો આપે છે. અનલોડ કરેલા નેટવર્કમાં, આવા પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રવાહ જનરેટરના વોલ્ટેજને ઘટાડે છે, તેથી જ તેમની ડિઝાઇન પર વિશેષ આવશ્યકતાઓ લાદવામાં આવે છે.કેપેસિટિવ વર્તમાનને ઘટાડવા માટે, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ પ્રવાહની આવૃત્તિમાં વધારો કરવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કેબલ પરીક્ષણ દરમિયાન, પરંતુ આ અમલમાં મૂકવું મુશ્કેલ છે, અને કેટલીકવાર ઇન્ડક્ટિવ રિએક્ટર સાથે કેબલને ચાર્જ કરવાનો આશરો લે છે.

તેથી કેબલમાં હંમેશા કેપેસીટન્સ અને ગ્રાઉન્ડ રેઝિસ્ટન્સ હોય છે જે કેપેસીટીવ વર્તમાન નક્કી કરે છે. 380 V ના સપ્લાય વોલ્ટેજ પર કેબલ R નો ઇન્સ્યુલેશન પ્રતિકાર ઓછામાં ઓછો 0.4 MΩ હોવો જોઈએ. કેબલ C ની ક્ષમતા કેબલની લંબાઈ, નાખવાની રીત વગેરે પર આધાર રાખે છે.

વિનાઇલ ઇન્સ્યુલેશન, 600 V સુધીના વોલ્ટેજ અને નેટવર્ક ફ્રિક્વન્સી 50 હર્ટ્ઝ સાથે ત્રણ-તબક્કાની કેબલ માટે, વર્તમાન-વહન વાયરના ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર પર કેપેસિટીવ પ્રવાહની અવલંબન અને તેની લંબાઈ આકૃતિમાં બતાવવામાં આવી છે. કેપેસિટીવ વર્તમાનની ગણતરી કરવા માટે કેબલ ઉત્પાદકના સ્પષ્ટીકરણોમાંથી ડેટાનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ.

જો કેપેસિટીવ વર્તમાન 1 એમએ અથવા ઓછું હોય, તો તે ડ્રાઇવ્સના સંચાલનને અસર કરતું નથી.

ગ્રાઉન્ડેડ નેટવર્ક્સમાં કેબલ્સની ક્ષમતા મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. ગ્રાઉન્ડિંગ કરંટ લગભગ સીધા કેપેસિટીવ કરંટ અને તે મુજબ કેબલની કેપેસીટન્સ માટે પ્રમાણસર હોય છે. તેથી, મોટા મેટ્રોપોલિટન વિસ્તારોમાં, વિશાળ શહેરી નેટવર્કના ગ્રાઉન્ડ પ્રવાહો પ્રચંડ મૂલ્યો સુધી પહોંચે છે.

અમે આશા રાખીએ છીએ કે આ ટૂંકી સામગ્રીએ તમને કેબલની ક્ષમતા, તે ઇલેક્ટ્રિકલ નેટવર્ક અને ઇન્સ્ટોલેશનના સંચાલનને કેવી રીતે અસર કરે છે અને આ કેબલ પરિમાણ પર શા માટે ધ્યાન આપવું જરૂરી છે તે વિશે સામાન્ય વિચાર મેળવવામાં મદદ કરી છે.