Capacité électrique du câble

Lors de l'activation ou de la désactivation de la tension continue dans un réseau câblé ou sous l'influence de la tension alternative, un courant capacitif se produit toujours. Le courant capacitif à long terme n'existe que dans l'isolation des câbles sous l'influence de la tension alternative. La conduction de courant constant existe à tout moment et un courant constant est appliqué à l'isolation du câble. Plus en détail sur la capacité du câble, sur la signification physique de cette caractéristique et seront discutés dans cet article.

Du point de vue de la physique, un câble circulaire solide est essentiellement un condensateur cylindrique. Et si nous prenons la valeur de la charge de la plaque cylindrique intérieure comme Q, alors par unité de sa surface, il y aura une quantité d'électricité qui peut être calculée par la formule :

Ici e est la constante diélectrique de l'isolation du câble.

Selon l'électrostatique fondamentale, l'intensité du champ électrique E au rayon r sera égale à :

Et si nous considérons la surface cylindrique interne du câble à une certaine distance de son centre, et ce sera la surface équipotentielle, alors l'intensité du champ électrique par unité de surface de cette surface sera égale à:

La constante diélectrique de l'isolation des câbles varie considérablement en fonction des conditions de fonctionnement et du type d'isolation utilisé. Ainsi, le caoutchouc vulcanisé a une constante diélectrique de 4 à 7,5 et le papier câblé imprégné a une constante diélectrique de 3 à 4,5. Ci-dessous, il sera montré comment la constante diélectrique, et donc la capacité, sont liées à la température.

Passons à la méthode du miroir de Kelvin. Les données expérimentales ne donnent que des formules pour le calcul approximatif des valeurs de capacité de câble, et ces formules sont obtenues sur la base de la méthode de réflexion spéculaire. La méthode est basée sur le postulat qu'une coque métallique cylindrique entourant un fil mince L infiniment long chargé à une valeur Q affecte ce fil de la même manière qu'un fil L1 de charge opposée, mais à condition que :

Les mesures de capacité directes donnent des résultats différents avec différentes méthodes de mesure. Pour cette raison, la capacité du câble peut être grossièrement divisée en :

• Cst — capacité statique, obtenue par mesure continue du courant avec comparaison ultérieure ;

• Seff est la capacité effective, qui est calculée à partir des données du voltmètre et de l'ampèremètre lors du test avec un courant alternatif par la formule : Сeff = Ieff /(ωUeff)

• C est la capacité réelle, qui est obtenue à partir de l'analyse de l'oscillogramme en termes de rapport de la charge maximale à la tension maximale pendant le test.

En fait, il s'est avéré que la valeur de C de la capacité réelle du câble est pratiquement constante, sauf en cas de rupture d'isolation, donc le changement de tension n'affecte pas la constante diélectrique de l'isolation du câble.

Cependant, l'influence de la température sur la constante diélectrique est réalisée et avec l'augmentation de la température, elle diminue à 5 % et, par conséquent, la capacité réelle C du câble diminue. Dans ce cas, la capacité réelle ne dépend pas de la fréquence et de la forme du courant.

La capacité statique Cst du câble à des températures inférieures à 40°C est cohérente avec la valeur de sa capacité réelle C et cela est dû à la dilution de l'imprégnation ; à des températures plus élevées, la capacité statique Cst augmente.La nature de la croissance est indiquée dans le graphique, la courbe 3 montre l'évolution de la capacité statique du câble avec un changement de température.

La capacité effective Ceff dépend fortement de la forme du courant. Un courant sinusoïdal pur entraîne une coïncidence de capacité effective et réelle. Une forme de courant forte entraîne une augmentation de la capacité effective d'une fois et demie, une forme de courant brutale réduit la capacité effective.

La capacité effective Ceff est d'une importance pratique, car elle détermine les caractéristiques importantes du réseau électrique. Avec l'ionisation dans le câble, la capacité effective augmente.

Dans le graphique ci-dessous :

1 — dépendance de la résistance d'isolement du câble à la température ;

2 — logarithme de la résistance d'isolement du câble en fonction de la température ;

3 — dépendance de la valeur de la capacité statique Cst du câble à la température.

Lors du contrôle qualité de la production de l'isolation des câbles, la capacité n'est pratiquement pas déterminante, sauf dans le processus d'imprégnation sous vide dans une chaudière de séchage. Pour les réseaux basse tension, la capacité n'est pas non plus très importante, mais elle affecte le facteur de puissance avec des charges inductives.

Et lorsque l'on travaille dans des réseaux à haute tension, la capacité du câble est extrêmement importante et peut poser des problèmes lors du fonctionnement de l'installation dans son ensemble. Par exemple, vous pouvez comparer des installations avec une tension de fonctionnement de 20 000 volts et 50 000 volts.

Disons que vous devez transmettre 10 MVA avec un cosinus de phi égal à 0,9 pour une distance de 15,5 km et 35,6 km. Pour le premier cas, la section du fil, en tenant compte du chauffage admissible, nous choisissons 185 mm², pour le second - 70 mm². La première installation industrielle de 132 kV aux États-Unis avec un câble rempli d'huile avait les paramètres suivants : le courant de charge de 11,3 A/km donne une puissance de charge de 1490 kVA/km, ce qui est 25 fois plus élevé que les paramètres analogues de la ligne aérienne lignes de transmission de tension similaire.

En termes de capacité, l'installation souterraine de Chicago dans la première étape s'est avérée similaire à un condensateur électrique connecté en parallèle de 14 MVA, et à New York, la capacité de courant capacitif a atteint 28 MVA et cela avec une puissance transmise de 98 MVA. La capacité de travail du câble est d'environ 0,27 Farads par kilomètre.

Les pertes à vide lorsque la charge est faible sont causées précisément par le courant capacitif, qui génère de la chaleur Joule, et la pleine charge contribue au fonctionnement plus efficace des centrales électriques. Dans un réseau non chargé, un tel courant réactif abaisse la tension des générateurs, c'est pourquoi des exigences particulières sont imposées à leurs conceptions.Afin de réduire le courant capacitif, on augmente la fréquence du courant haute tension, par exemple lors des tests de câbles, mais cela est difficile à mettre en oeuvre, et recourt parfois à charger les câbles avec des réactances inductives.

Ainsi, le câble a toujours une capacité et une résistance de terre qui déterminent le courant capacitif. La résistance d'isolement du câble R à une tension d'alimentation de 380 V doit être d'au moins 0,4 MΩ. La capacité du câble C dépend de la longueur du câble, du mode de pose, etc.

Pour un câble triphasé avec isolation en vinyle, tension jusqu'à 600 V et fréquence du réseau 50 Hz, la dépendance du courant capacitif à la section des fils porteurs de courant et à sa longueur est indiquée sur la figure. Les données des spécifications du fabricant du câble doivent être utilisées pour calculer le courant capacitif.

Si le courant capacitif est de 1 mA ou moins, cela n'affecte pas le fonctionnement des variateurs.

La capacité des câbles dans les réseaux mis à la terre joue un rôle important. Les courants de mise à la terre sont presque directement proportionnels aux courants capacitifs et, par conséquent, à la capacité du câble lui-même. Par conséquent, dans les grandes zones métropolitaines, les courants de terre des grands réseaux urbains atteignent des valeurs énormes.

Nous espérons que ce court document vous a aidé à vous faire une idée générale de la capacité des câbles, de son incidence sur le fonctionnement des réseaux et des installations électriques et de la raison pour laquelle il est nécessaire de prêter une attention particulière à ce paramètre de câble.