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阻性感性容性,电缆是容性还是感性,如何判断?

发布日期:2021-10-20 05:48:25 作者: 点击:
电缆的特性是容性还是感性,要看电缆的工作条件。例如我们用它来传输电能,当然希望电缆的线路压降越小就越好;如果我们用它来做控制,当然希望它的分布电容越小就越好。所以,在设计电路时,作为设计者,一定要自己核算一下具体参数,以便做到心中有数。这反映出设计者的工作素质。第一个例子,用于计算电缆线路电阻压降和感抗压降的影响我们看下图:图中,我们看到控制电缆的长度达到4000米,负载是ABB的框架断路器EMAX的合闸线圈YC。翻开《工业与民用配电设备设计手册》第三版的第九章,我们能查到电缆的压降计算公式:

注意到上式参数中的R0是电缆的线路电阻,X0是由电缆电感值折算出的电抗。

题主的主题是探讨电缆的电感效应,这里的X0就是关乎主题的具体参数。

那么ΔUa%如何计算呢?

在《工业与民用配电设计手册》的表9-10中有如下数据:

再看负载的情况。这里的负载是ABB的Emax断路器的合闸线圈,它的参数如下:

我们从参数表中看到,在交流220V电压下,YC线圈工作时需要电源提供的冲击电流大约为0.91A,时间是80毫秒。冲击过后,YC线圈进入持续状态,它们只需要有23毫安的电流就足以维持。

我们用2.5平方的电缆作为控制线,把参数代入到计算式,得到:

我们已经知道控制电源的电压为220Vac,所以长达4000米的线路压降等于220的15.6%约等于34.3V,而落在YC线圈上的电压只有84.4%约为185.7V。从YC线圈的工作参数来看,要求YC线圈上的电压不得低于额定电压的85%,所以断路器的合闸操作是很不可靠的。

现在我们改用4平方的电缆作为控制线,代入公式后计算出电缆压降百分位数约为9.8%,此时YC线圈上的压降百分位数约为90.2%=198.44V,YC线圈可以可靠合闸。

这个例子说明,在长距离的工作条件下,一定要核算电缆的阻抗参数,也即它的线路电阻值和电感值,并由此确定合适截面的电缆,满足控制要求。第二个例子,用于计算电缆的分布电容我们看下图:图中的S1和S2是可闭锁控制按钮。当S1按下后,它就保持在闭合位置上,继电器K3就应当闭合;当我们再次按下S1后,它就解锁打开,K3就应当释放。现在,我们再来核算参数。我们看下表:

从表中的数据我们可以看出,这种中间继电器属于高灵敏继电器,它的线圈电阻较大,吸合电流在220Vac电压下只有13.7毫安,吸合冲击电流为0.14A。

表中未见线圈的电感量参数,我们参照一般性规则,取高灵敏继电器线圈感抗为线圈电阻阻值的5%,即XL=161Ω。同时,我们取线路的功率因数为0.8,导线的截面积取2.5平方。我们将这些数据代入计算线路压降的表达式中,得到:

我们看到,线路压降的百分位数仅为1.06%,中间继电器的压降百分比为98.94%,因此中间继电器的吸合毫无问题。

我们再看分布电容:

设电缆为截面积为2.5平方的双芯护套线,其绝缘厚度0.7。由于护套线内部芯线并未绞绕,所以λ=1;εr为5;ψ为0.94;D为3.87mm;r为0.80mm。我们已经知道电缆长度是1.8km。

现在我们来计算此电缆的电容量:

也即0.184微法的电容量。我们将此电容量折算成电抗,得到:

我们来仔细看看左边的S2和K5的等效电路图,如下:

我们看到,如果电缆的分布电容Xc足够大,并且继电器K5的灵敏度也足够高,即使S2开关并未按下,但通过Xc的漏电流足以让K5吸合。

我们已知继电器线圈电阻RK5=16100Ω,继电器线圈感抗XK5=j161Ω,1800米电缆分布电容容抗为Xc=-j17.3Ω,1800米电缆的电阻Rc=2x1.8x7.981≈28.73Ω。我们来求流经分布电容和继电器线圈的电流Ix:

注意到这里的计算方法叫做相量计算,是电气计算的最基本方法。

虽然控制按钮S2并未按下,但电缆的分布电容产生的漏电流有30毫安,而且呈现弱容性。我们已经知道中间继电器的吸合电流是13.7毫安,可见分布电容产生的漏电流足以让中间继电器吸合动作。

为此,取中间继电器的吸合电流等于线路分布电容漏电流的1.2~2.0倍,则中间继电器误动作问题就可以解决。

由此可知,分布电容产生的电流会让高灵敏的继电器动作。为了消除这种影响,应当使当地降低继电器的灵敏度,也即采用线圈电流大于分布电容电流的继电器,来避免电缆分布电容的影响。

提示:

用于通信的电缆其内部导线均需要绞接,我们把它叫做双绞线。这里绞接的目的就是增加电感量,利用电感量与电缆的分布电容进行综合,使得电缆对输入信号来说呈现出阻性。

双绞线在通信和控制中用途广泛。

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到这里,题主的主题问题已经阐述清楚。

我们通过这两个例子,明确了一个道理:电缆到底呈现出感性还是容性,要由实际工作条件和具体电气参数来决定

另外,以上计算方法,包括分布电容的计算式,均来自《工业与民用配电设计手册》第三版。若对计算式有疑问,请参阅该手册的第九章。