Калькулятор ёмкости кабеля

Зарядным током называется ёмкостный ток, протекающий по жиле под действием рабочего напряжения даже при отключённой нагрузке: кабель работает как распределённый конденсатор между жилой и заземлённым экраном. Ток вычисляется по формуле Ic = ωCUф и растёт пропорционально длине линии, удельной ёмкости и фазному напряжению. Для кабеля 10 кВ с СПЭ-изоляцией сечением 240 мм² зарядный ток составляет около 0,74 А/км. В длинных линиях зарядный ток загружает жилы и искажает работу токовых защит.

Зарядная реактивная мощность Qc = ωCU²л повышает напряжение в конце длинной линии, загружает трансформаторы и генераторы реактивным током без полезной работы. Компенсация дугогасящими реакторами настраивается в резонанс с ёмкостью сети и одновременно ограничивает ток однофазного замыкания на землю, обеспечивая самопогасание дуги. Обязательность компенсации по токам 30, 20, 15 и 10 А установлена пунктом 1.2.16 ПУЭ для сетей 6, 10, 20 и 35 кВ соответственно. Без компенсации растут перенапряжения при перемежающейся дуге.

Заводы-изготовители публикуют удельную рабочую ёмкость кабелей в мкФ/км: для кабеля 10 кВ с СПЭ-изоляцией 3×240 значение лежит в диапазоне 0,35-0,40 мкФ/км. Расчёт по формуле C0 = 2πε0εr/ln(R/r) с толщиной изоляции 3,4 мм и εr 2,4 даёт 0,406 мкФ/км — расхождение с каталогом в пределах 5-10 %. Отличие объясняется полупроводящими экранами, изменяющими эффективную геометрию поля. Для проектных расчётов компенсации принимаются каталожные значения, расчётная формула служит для оценки и проверки.

Кабель моделируется цилиндрическим конденсатором, ёмкость которого обратно пропорциональна логарифму отношения внешнего радиуса изоляции к радиусу жилы: C0 = 2πε0εr/ln(R/r). Рост толщины изоляции увеличивает R и снижает ёмкость, поэтому кабели 35 кВ с изоляцией 8,5 мм имеют удельную ёмкость около 0,18 мкФ/км, а кабели 6 кВ с изоляцией 2,5 мм — до 0,45 мкФ/км при том же сечении жилы. Диэлектрическая проницаемость материала действует линейно: переход с СПЭ на ПВХ удваивает ёмкость.

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью повреждённая фаза соединяется с землёй, и через место повреждения замыкаются ёмкостные токи неповреждённых фаз: Iз = √3ωCUл, втрое превышающий зарядный ток фазы. Дуга в месте замыкания может не гаситься и вызывать перенапряжения до трёхкратного фазного напряжения на здоровых фазах. ПУЭ 1.2.16 нормирует пороги 30, 20, 15 и 10 А, выше которых сеть переводится на компенсированную нейтраль с дугогасящим реактором.