Собственный емкостной ток кабельной линии
Активное и индуктивное сопротивление
Различные факторы играют важную роль для вычисления потерь в линиях транспортировки электрической энергии. Для постоянного тока вполне хватает стандартных данных об омическом сопротивлении. А вот для цепей переменной разновидности необходимо учитывать активное и индуктивное сопротивление в сочетании с емкостной проводимостью токопроводников.
Можно воспользоваться для вычислений специальными таблицами. В них представлены с большой точностью различные варианты для выполнения расчетов в сетях переменного тока. Но, чтобы быстро разобраться в специфике представленных характеристик, желательно знать природу подобного явления и его основные характеристики.
Собственный емкостной ток кабельной линии
В связи измерение ёмкости относится к измерениям постоянным током. У меня всегда это обстоятельство вызывало улыбку. Всё-таки радиотехническое образование мешает понять, как связисты заставили течь постоянный ток через конденсатор, который такой ток пропускать не должен вовсе. В некоторых книгах описан баллистический метод. По сути это тот же метод, что используется для проверки конденсаторов обычным тестером. По скачку стрелки в момент переключения конденсатора судят о его ёмкости.
На практике все приборы, специально предназначенные для измерения ёмкости, используют генераторы переменного тока. В старых ПКП использовалось специальное реле, которое при включении издавало характерный писк. Сейчас приборы уже не «писчат», вместо реле используются полупроводниковые схемы. Но ток на выходе прибора всё-таки переменный.
Чтобы лучше понять суть измерений полезно вспомнить о физике и конденсаторе.
Чем больше площадь пластин S тем больше ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами, тем ёмкость меньше. Имеет значение так же то, что находится между пластинами и температура этого диэлектрика, но сползать дальше в физику не буду (читайте классиков).
В кабеле такими пластинами являются жилы кабеля. Чем они длиннее, тем больше площадь S и, соответственно ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами d, тем ёмкость меньше.
Если мерить этот параметр между жилами многопарного кабеля максимальные значения будут между жилами правильно скрученных пар, ведь они всю длину идут вместе. Эту особенность можно использовать для поиска «разнопарки» или разбитости пар. (Измерения переменным током)
Официально учитывается рабочая ёмкость и ёмкость к земле. Причём нормируется только рабочая ёмкость (измеряется между жилами пары). Для протокола заносится ещё и ёмкость к земле т.е. ёмкость между жилой и экраном. Норм на второй параметр не встречал, но как правило она на 40-50% больше рабочей. (Экран кабеля при этом измерении должен быть заземлён)
Поиск обрывов жил кабеля
Поиск повреждений. С помощью измерения ёмкости довольно неплохо ищутся обрывы. Действительно, если целая пара 78 нФ, а обрывная 16 нФ можно просто разделить второе на первое получим 0,205 или 20,5% от длины целой пары.
В новых приборах есть функции расчёта длины по типу кабеля и мостовая схема сравнения. Так что ответ они выдают сразу в метрах. Казалось бы, только отмеряй, но. Погрешность измерения по ёмкости намного больше измерений по шлейфу и всё это работает при хорошей изоляции измеряемого кабеля.
Меня жизнь научила подходить к этому методу очень осторожно. В поисках обрывов лучше использовать импульсный метод т.е. рефлектометр.
Тем, у кого только ПКП могут посетить эту страницу с методикой работы с ПКП-5
Поиск разбитости пар (разнопарки)
Разбитость, разнопарка, место перепутывания жил. Поиск места разбитости пар измерением ёмкости.
Разбивка пар, разнопарка, битость пар, прослушка. Пониженное переходное затухание. Это ещё один тип повреждений, который можно искать измерением ёмкости. Для поиска места, где спайщики «начудили» с муфтой, а именно оттуда берётся это повреждение, придётся ввести ещё один параметр: ёмкость искусственно разбитой пары. Мерится она так же, как и рабочая ёмкость только жилы берутся от разных пар.
Рабочая ёмкость правильно скрученной пары всегда больше ёмкости искусственно разбитой. Неудивительно, ведь жилы в паре идут всю длину вплотную друг к другу, величина d из рисунка минимальна, значит, ёмкость максимальна.
1. Мерим рабочую ёмкость хорошей пары этого кабеля. Предположим 81 нФ. Обозначу Снорм.
2. Мерим ёмкость искусственно битой, пары. Причём лучше не одной, а нескольких с усреднением. Предположим получилось 62 нФ. Обозначим Сбит.
3. Мерим рабочую ёмкость повреждённой пары. Пускай она будет 70 нФ (у разбитой пары она всегда меньше). И назовётся Сповр.
4. Далее формула:
Этот же метод заложен в некоторых ИРК-ПРО. Довольно большая погрешность и хорош если точно известны все муфты. Часть инструкции к ИРК-ПРО Альфа от «Связьприбор»
РАЗБИТОСТЬ ПАР
Расстояние до разбитости пары (перепутывания жил) проводится стандартным методом сравнения емкостей.
Только для кабеля без вставок!
| В режиме ЕМКОСТЬ в Меню 1 выберите пункт — [ОК]. Подключите жилы к входам А, В, С согласно приведенной схеме (неверное соединение даст некорректный результат). Подключив перепутанные провода, нажмите [ОК] и считайте результат с экрана прибора. Примечание: сравнение пар/жил кабеля ВЫКЛЮЧЕНО |  |
Лично я всё же предпочитаю рефлектометр, получается точнее.
Виды энергии
Ниже представлены основные виды нагрузок, которые используются в повседневной жизни. Они могут быть как в бытовых приборах, как и в различных двигателях или датчиках.
Активная
Для данной работы используется закон Ома, который выполняется в каждую секунду времени и схож с правилом для переменного тока. Такой тип применяется в лампах для освещения или в электроплитах.
Емкостная
Этот вид превращает в течении определенного времени энергию электрического тока в электрополе, а далее превращает ее в электрический ток. А также, здесь сила тока будет опережать напряжение.
В качестве примера может быть конденсатор. К сожалению, встретить полные реактивные нагрузки невозможно ни в одном приборе. Каждый вид не имеет коэффициент полезного действия 100%, потому что существуют потери энергии в воздухе и прочее. Потому чаще всего используется название активно-реактивной работы.
Индуктивная
Данный вид превращает энергию в магнитное поле, а далее меняет ее в электрический ток. Сила тока в этом случае будет отставать от напряжения. Для примера можно взять индуктивную катушку или датчик дросселя на автомобиле.
Функционирование выпрямителей
Какова опасность двухфазного прикосновения?
Под двухфазным прикосновением понимается одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением (рис. 1).
Рис. 1. Схема двухфазного прикосновения человека к сети переменного тока
Двухфазное прикосновение более опасно. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека по одному из самых опасных для организма путей (рука—рука), будет зависеть от прикладываемого к телу человека напряжения, равного линейному напряжению сети, а также от сопротивления тела человека:
- Uл — линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети;
- Rчел — сопротивление тела человека.
В сети с линейным напряжением Uл = 380 В при сопротивлении тела человека Rчел = 1000 Ом ток, проходящий через тело человека, будет равен:
Этот ток для человека смертельно опасен. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, практически не зависит от режима нейтрали сети. Следовательно, двухфазное прикосновение одинаково опасно как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью (при условии равенства линейных напряжений этих сетей).
Случаи прикосновения человека к двум фазам происходят сравнительно редко.
Как найти активную, реактивную и полную мощности. Пример расчета
Все расчеты строятся на указанных ранее формулах и треугольнике мощностей. Давайте рассмотрим задачу, наиболее часто встречающуюся на практике.
Обычно на электроприборах указана активная мощность и значение коэффициента cosφ. Имея эти данные несложно рассчитать реактивную и полную составляющие.
Для этого разделим активную мощность на коэффициент cosφ и получим произведение тока и напряжения. Это и будет полной мощностью.
Далее, исходя из треугольника мощностей, найдем реактивную мощность равную квадрату из разности квадратов полной и активной мощностей.
Виды нейтралей в сетях
В зависимости от используемых сетей, режим нейтрали разделяют, с учетом использования на следующих магистралях:
- до 1 кВ;
- свыше 1 кВ.
Сети напряжением менее 1 000 В по способу выполнения нейтрали в свою очередь подразделяют на системы TN, IT, TT, первые буквы в обозначениях которых говорят о следующем:
- Т (терра) – глухозаземленной нейтрали;
- I (изолят) – изолированной нейтрали.
Расшифровка вторых букв свидетельствует о таком значении:
- N (нейтраль) – заземление ОПЧ выполнено посредством глухозаземленной нейтрали от энергоисточника;
- Т – независимое заземление.
TN делят еще на три подгруппы с дополнительным обозначением С, S и С-S. В данном случае С и S соответственно указывают на возможность совмещения в одном заземляющем проводнике защитных и рабочих функций (комбинированный и раздельный).
Сети до 1 кВ
Далее представлен краткий обзор систем нейтралей для сетей с напряжением менее 1 кВ.
Выполняют с глухозаземленной нейтралью, с заземлением через нее открытых проводящих частей. Заземляющий проводник непосредственно соединяют с заземлительным контуром электросваркой или болтовым контактом. Возможно подключение через незначительный резистор (токовый трансформатор).
В указанных сетях назначение глухозаземленной нейтрали предполагает питание потребителей с однофазными и трехфазными характеристиками.
В данном случае также устраивают глухозаземленную нейтраль, а для заземления открытых проводников подключенной установки используют отдельное устройство, отделенное от нейтрального провода. Т. е. вывод защитного заземления производят не от энергоисточника, а от потребляющего агрегата.
Для системы IT трансформаторные и генераторные нейтральные проводники изолированы и заземлены, с применением устройства с высоким сопротивлением, при независимом заземлении открытой части. Такой способ применяют на электросетях для подключения промышленных комплексов, где перерыв энергоснабжения не допускается.
Сети более 1 кВ
На высоковольтных сетях применяются другие способы подключения нейтрали.
- сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью,
- сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор,
- сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление,
- сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью,
- сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.
Изолированная нейтраль
Система при отсутствии нулевой точки, когда три фазы соединены треугольником. Применяют при величине напряжения в диапазоне от 6 до 35 кВ.
Изолированная нейтраль
Эффективно-заземленная нейтраль
Используют для сетей, при значении напряжения более 110 кВ. При возникновении однофазного замыкания, на фазах, сохранивших целостность, величина напряжения удерживается на уровне 0,8 по отношению к междуфазному при нормальной работе сети. Требует выполнения сложного и дорогого заземлительного контура, поскольку система рассчитана на большие токи короткого замыкания.
Заземление посредством резистора или реактора
Применяют в сетях от 6 до 35 кВ, чтобы снизить значение тока при КЗ. При использовании реактора, в момент, когда задействован заземлитель, через него протекает КЗ емкостного происхождения и индуктивного (от данного устройства). При равной величине этих токов, происходит резонанс, с нулевой нагрузкой в сети.
При использовании резистора, возможна организация низкоомного и высокоомного заземления, в зависимости от величины тока, инициируемого сопротивлением при пробое на землю. При малых емкостных токах в сети, заземление отличается высокоомными характеристиками, что позволяет задержку отключения подачи энергии.
При большом емкостном токе, предусмотрено использование низкоомного заземления.
Емкостной делитель напряжения
Простейший емкостной делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов и используется для снижения величины U на отдельных элементах электрической цепи.
Делитель постоянного напряжения на конденсаторах чаще всего применяют многоуровневых инверторов напряжения, широко используемых как на электроподвижном составе, так и в других направлениях силовой электроники.
Главная сложность практического применения такой схемы (и всех подобных схем) заключается в невозможности обеспечения равномерного разряда конденсаторов, вследствие чего напряжения на них будет распределяться не поровну. Чем сильнее разряжен один конденсатор по сравнению с другим (иди с другими), тем большая разница в U будет на них, что наглядно отображает формула:
По этой причине подобные схемы крайне нестабильно работают и обязательно предусматривают узлов подзарядки конденсаторов с целью выравнивания напряжения на последних.
Емкостной делитель напряжения в цепи переменного тока
В радиоэлектронике в большей степени находят применение емкостные делители переменного напряжения.
Конденсатор, как и катушка индуктивности, относится к реактивному элементу, то есть потребляет реактивную мощность от источника переменного тока, в отличие от резистора, который является активным элементов и потребляет исключительно активную мощность.
Реактивный элемент
Здесь следует кратко пояснить разницу между активной и реактивной мощностями. Активная мощность выполняет полезную работу и реализуется только в том случае, когда ток и напряжение направлены в одном направлении и не отстают друг от друга, то есть находятся в одной фазе, что имеет место только на резисторе. На конденсаторе ток отстает от напряжения на угол φ = 90°. В результате чего ток напряжение находятся в противофазе, поэтому когда ток имеет максимальное значение напряжение равно нулю, а произведение этих двух величин дают мощность, которая в таком случае равна нулю, так как один из множителей равен нулю. Следовательно, мощность не потребляется.
Аналогичные процессы протекают и в цепи с катушкой индуктивности. Разница лишь в том, что на индуктивности i отстает от u на угол φ = 90°.
Реактивная мощность проявляется только в цепях переменного тока. Она составляет часть полной мощности и определяется по формуле:
Реактивная мощность в отличие от активной, не потребляется нагрузкой, а циркулирует между источником питания и нагрузкой. Поэтому конденсатора и катушка индуктивности являются реактивными элементами, не потребляющими активную мощность и по этой причине они практически не нагреваются.
Расчет сопротивления делителя напряжения на конденсаторах заключается в определении необходимых значений сопротивлений.
Сопротивление конденсатора XC является величиной не постоянной и зависит от частоты переменного тока f и емкости C:
Как видно из формулы, сопротивление снижается с увеличением частоты и емкости. Для постоянного тока, частота которого равна нулю, сопротивление стремится к бесконечности, поэтому, рассматриваемая далее схема емкостного делителя напряжения не применяется постоянном токе.
Для снижения величины uвых, например в два раза, емкости C1 и C2 должны быть равны. Универсальные формулами для определения выходных uвых1 и uвых2 в зависимости от входного и емкостей C1 и C2 имеют вид, аналогичный для резисторных делителей:
Поскольку частота переменного тока для всех конденсаторов одинакова, то формулу можно упростить:
Индуктивный делитель напряжения
В качестве делителей переменного напряжения также, но гораздо реже, применяют катушки индуктивности, которые относятся к реактивным элементам. Однако, в отличие от конденсаторов, которые являются накопителями электрического поля, катушки индуктивности накапливают магнитное поле.
Индуктивное сопротивление зависит от индуктивности L и частоты переменного тока f. С ростом этих параметров сопротивление катушки переменному току возрастает.
Упрощенный вариант формулы:
Как вы наверняка уже заметили, чтобы рассчитать емкостной делитель напряжения достаточно знать емкости конденсаторов, а индуктивный делитель – индуктивности.
Еще статьи по данной теме
При расчёте напряжения ёмкостного делителя где вместо реактивного сопротивления конденсатора пишется ёмкость конденсаторов(упрошённая формула)-ОШИБКА,КОТОРУЮ НАДО ИСПРАВИТЬ!А заключается она в том,что в Uвых1 не C2 в числителе должно быть,а C1.Аналогично в Uвых2.
