Podstawowe charakterystyki elektryczne przewodów i kabli

Główne charakterystyki elektryczne przewodów i kabli obejmują charakterystyki mierzone przy stałym napięciu, a mianowicie:

• rezystancja omowa przewodów przewodzących prąd,

• rezystancja izolacji,

• pojemność.

Rezystancja omowa

Rezystancja omowa przewodów przewodzących przewodów i kabli jest wyrażana w omach i zwykle odnosi się do jednostki długości (m lub km) przewodu lub kabla. Opór omowy, odnoszący się do jednostki długości i przekroju, nazywany jest oporem i jest wyrażany w om·cm.

W warunkach technicznych dla przewodów i kabli rezystancję wyraża się w omach, odnosząc się do długości jednostkowej 1 m i przekroju przewodu 1 mm2.

Rezystancja miedzianych żył przewodów i kabli jest obliczana na podstawie wartości rezystancji miedzi w produktach. Dla drutu niehartowanego (klasa MT) o średnicy do 0,99 mm — 0,0182, o średnicy powyżej 1 mm — 0,018 — 0,0179, dla drutu podgrzewanego (klasa MM) wszystkich średnic — 0,01754 omów mm2/m.

Właściwa rezystancja omowa drutu aluminiowego nie może przekraczać 0,0295 om·mm2/m przy 20 ° C wszystkich marek i średnic.

Rezystancja izolacji

Rezystancja izolacji jest jedną z najczęstszych cech przewodów i kabli. We wczesnym okresie rozwoju technologii kablowej rezystancja izolacji jest uważana za cechę definiującą wytrzymałość na zerwanie i niezawodność produktów kablowych.

W tamtych czasach materiał izolacyjny był uważany za bardzo słaby przewodnik i oczywiście z tego punktu widzenia uważano, że im większa rezystancja izolacji, tym bardziej ten materiał różni się od przewodnika, a więc tym lepiej będzie izolował przewodnik .

Normy dotyczące rezystancji izolacji przewodów i kabli mają nadal fundamentalne znaczenie w wielu przypadkach, na przykład w przypadku przewodów podłączonych do przyrządów pomiarowych lub obwodów o niskim prądzie upływu. Oczywiście w tym przypadku konieczne jest wymaganie wysokiej rezystancji izolacji, tak samo jak w przypadku wszystkich przewodów i kabli komunikacyjnych itp.

Dla kabli elektroenergetycznych przenoszących stosunkowo dużą ilość energii elektrycznej wyciek jako strata energii jest praktycznie nieistotny, jeśli nie zmniejsza wytrzymałości elektrycznej i niezawodności kabla, dlatego rezystancja izolacji dla kabli elektroenergetycznych z izolacją z papieru impregnowanego nie jest tak istotna jak dla kabli elektroenergetycznych z izolacją z papieru impregnowanego inne rodzaje kabli i przewodów, które przenoszą stosunkowo niewielką ilość energii elektrycznej.

Na podstawie tych rozważań dla kabli elektroenergetycznych z izolacją z papieru impregnowanego zwykle określa się tylko dolną granicę rezystancji izolacji obowiązującą na długości 1 km, np. nie mniej niż 50 megaomów dla kabli na napięcia 1 i 3 kV oraz nie więcej niż mniej niż 100 megaomów dla kabli 6–35 kV w temperaturze 20 °C.

Rezystancja izolacji nie jest wartością stałą — silnie zależy nie tylko od jakości materiałów i perfekcji procesu technologicznego, ale także od temperatury i czasu przyłożenia napięcia podczas badania.

W celu uzyskania większej pewności podczas pomiaru rezystancji izolacji należy zwrócić szczególną uwagę na temperaturę mierzonego obiektu oraz czas trwania napięcia (naelektryzowania).

W dielektrykach niejednorodnych, zwłaszcza w obecności w nich wilgoci, pod wpływem przyłożonego do nich stałego napięcia pojawia się ładunek szczątkowy.

Aby uniknąć uzyskania błędnych wyników, należy przed pomiarami przeprowadzić długie rozładowanie kabla poprzez podłączenie żył kabla do ziemi i do powłoki ołowianej.

W celu sprowadzenia wyników pomiarów do stałej temperatury, np. 20°C, uzyskane wartości przelicza się według wzorów, w których współczynniki ustalane są z góry w zależności od materiału warstwy izolacyjnej oraz budowa kabla.

Zależność rezystancji izolacji od czasu przyłożenia napięcia określa zmiana natężenia prądu przepływającego przez warstwę izolacji przy stałym napięciu przyłożonym do dielektryka. Wraz ze wzrostem czasu przyłożenia napięcia (elektryfikacji) prąd maleje.

Największą rolę odgrywa rezystancja izolacji w kablach komunikacyjnych, ponieważ tam decyduje o jakości transmisji sygnału w kablu i jest jedną z głównych cech. Dla przewodów podstawowych tego typu rezystancja izolacji wynosi od 1000 do 5000 MΩ i spada do 100 MΩ.

Pojemność

Pojemność jest również jedną z głównych cech kabli i przewodów, zwłaszcza tych używanych do komunikacji i sygnalizacji.

Wartość pojemności zależy od jakości materiału warstwy izolacyjnej oraz wymiarów geometrycznych kabla. W kablach komunikacyjnych, gdzie poszukiwane są mniejsze wartości pojemności, o pojemności kabla decyduje również objętość powietrza w kablu (izolacja z papieru powietrznego).

Pomiar pojemności jest obecnie wykorzystywany do kontroli kompletności impregnacji kabla oraz jego wymiarów geometrycznych. W wysokonapięciowych kablach trójżyłowych pojemność kabla jest definiowana jako kombinacja pojemności cząstkowych.

Aby obliczyć prąd ładowania kabla po przyłożeniu do niego wysokiego napięcia przemiennego i obliczyć prądy zwarciowe, konieczna jest znajomość wartości pojemności kabla.

Pomiar pojemności odbywa się w większości przypadków przy napięciu przemiennym i tylko w celu uproszczenia i przyspieszenia pomiarów stosuje się wyznaczanie pojemności przy prądzie stałym.

Podczas pomiaru pojemności DC należy pamiętać, że pojemność kabla, wyznaczona galwanometrem balistycznym z wyładowania po ładowaniu kabla napięciem stałym przez pewien czas, będzie zależała od czasu ładowania kabla.Zwykle przy pomiarze pojemności przewodów i kabli przyjmuje się czas trwania zasilania napięciem 0,5 lub 1 min.

Wykaz charakterystyk przewodów i kabli, które są mierzone pod napięciem przemiennym

Przy napięciu przemiennym mierzone są następujące charakterystyki przewodów i kabli:

• kąt strat dielektrycznych a raczej tangens tego kąta i przyrost kąta strat w zakresie 30% od nominalnego napięcia roboczego kabla do napięcia podczas pomiaru;

• zależność kąta strat dielektrycznych od napięcia (krzywa jonizacji);

• zależność kąta strat dielektrycznych od temperatury (przebieg temperatur);

• wytrzymałość elektryczna;

• zależność wytrzymałości dielektrycznej od czasu przyłożenia napięcia.

Zgodnie z wymaganiami specyfikacji technicznej, niektóre z tych charakterystyk są mierzone na wszystkich szpulach kablowych produkowanych przez fabrykę (badania bieżące), inne tylko na małych próbkach lub odcinkach pobranych z partii szpul kablowych według określonej prędkości (typ testy).

Bieżące badania kabli elektroenergetycznych wysokiego napięcia obejmują: pomiar kąta strat dielektrycznych i jego zmiany wraz z napięciem (krzywa jonizacji i wzrost kąta strat).

Badania typu obejmują zachowanie się temperatury i zależność wytrzymałości kabla na zerwanie od czasu przyłożenia napięcia. Rozpowszechnił się również test wytrzymałości izolacji kabli na impuls.