Grundlegende elektrische Eigenschaften von Drähten und Kabeln

Zu den wichtigsten elektrischen Eigenschaften von Drähten und Kabeln gehören die bei konstanter Spannung gemessenen Eigenschaften, nämlich:

• ohmscher Widerstand stromführender Leitungen,

• Isolationswiderstand,

• Kapazität.

Ohmscher Widerstand

Der ohmsche Widerstand der leitenden Leiter von Drähten und Kabeln wird in Ohm ausgedrückt und bezieht sich normalerweise auf eine Längeneinheit (m oder km) eines Drahtes oder Kabels. Der ohmsche Widerstand, der sich auf eine Längen- und Querschnittseinheit bezieht, wird als Widerstand bezeichnet und in Ohm·cm ausgedrückt.

In den Technischen Bedingungen für Leitungen und Kabel wird der Widerstand in Ohm angegeben, bezogen auf eine Einheitslänge von 1 m und einen Leitungsquerschnitt von 1 mm2.

Der Widerstand von Kupferleitern von Drähten und Kabeln wird basierend auf dem Wert des Kupferwiderstands in den Produkten berechnet. Für ungehärteten Draht (Klasse MT) mit einem Durchmesser bis 0,99 mm – 0,0182, mit einem Durchmesser über 1 mm – 0,018 – 0,0179, für erhitzten Draht (Klasse MM) aller Durchmesser – 0,01754 Ohm mm2/m.

Der spezifische ohmsche Widerstand des Aluminiumdrahtes darf bei 20 °C aller Marken und Durchmesser 0,0295 Ohm·mm2/m nicht überschreiten.

Isolationswiderstand

Der Isolationswiderstand ist eine der häufigsten Eigenschaften von Drähten und Kabeln. In der frühen Phase der Entwicklung der Kabeltechnologie Der Isolationswiderstand gilt als bestimmendes Merkmal im Hinblick auf die Bruchfestigkeit und Zuverlässigkeit von Kabelprodukten.

Damals galt Isoliermaterial als sehr schlechter Leiter, und aus dieser Sicht ging man offensichtlich davon aus, dass das Material umso stärker vom Leiter abweicht, je größer der Widerstand der Isolierung ist, und somit den Leiter umso besser isoliert .

In vielen Fällen sind Normen für den Isolationswiderstand von Leitungen und Kabeln immer noch von grundlegender Bedeutung, beispielsweise für Leitungen, die an Messgeräte angeschlossen sind, oder für Stromkreise mit geringem Ableitstrom. Natürlich ist in diesem Fall wie bei allen Leitungen und Kommunikationskabeln usw. ein hoher Isolationswiderstand erforderlich.

Bei Stromkabeln, die eine relativ große Menge elektrischer Energie übertragen, ist Leckage als Energieverlust praktisch irrelevant, sofern dadurch die elektrische Festigkeit und Zuverlässigkeit des Kabels nicht beeinträchtigt wird. Daher ist der Isolationswiderstand bei Stromkabeln mit imprägnierter Papierisolierung nicht so wichtig wie bei andere Arten von Kabeln und Leitungen, die relativ wenig elektrische Energie übertragen.

Basierend auf diesen Überlegungen wird für Stromkabel mit imprägnierter Papierisolierung üblicherweise nur die untere Grenze des Isolationswiderstands für eine Länge von 1 km angegeben, beispielsweise nicht weniger als 50 Megaohm für Kabel für Spannungen von 1 und 3 kV und nicht mehr als weniger als 100 Megaohm für 6-35-kV-Kabel bei 20 °C.

Der Isolationswiderstand ist kein konstanter Wert – er hängt nicht nur stark von der Qualität der Materialien und der Perfektion des technologischen Prozesses ab, sondern auch von der Temperatur und Dauer der Spannungsanlegung während der Prüfung.

Um eine größere Sicherheit bei der Messung des Isolationswiderstandes zu erreichen, sollte besonderes Augenmerk auf die Temperatur des Messobjektes und die Dauer der Spannung (Elektrisierung) gelegt werden.

In inhomogenen Dielektrika, insbesondere wenn darin Feuchtigkeit vorhanden ist, entsteht unter dem Einfluss einer an sie angelegten konstanten Spannung eine Restladung.

Um falsche Ergebnisse zu vermeiden, ist es notwendig, vor der Messung eine lange Entladung des Kabels durchzuführen, indem die Kabeladern mit der Erde und dem Bleimantel verbunden werden.

Um die Ergebnisse der Messungen auf eine konstante Temperatur, beispielsweise 20 °C, zu bringen, werden die erhaltenen Werte nach den Formeln neu berechnet, deren Koeffizienten je nach Material der Dämmschicht und dem vorab ermittelt werden Aufbau des Kabels.

Die Abhängigkeit des Isolationswiderstands von der Dauer der Spannungsanlegung wird durch die Änderung des durch die Isolationsschicht fließenden Stroms bei konstanter am Dielektrikum angelegter Spannung bestimmt. Mit zunehmender Dauer der Spannungsanlegung (Elektrisierung) nimmt der Strom ab.

Die größte Rolle spielt der Isolationswiderstand bei Kommunikationskabeln, denn dort bestimmt er die Qualität der Signalübertragung auf dem Kabel und ist eines der Hauptmerkmale. Bei Basiskabeln dieser Art beträgt der Isolationswiderstand 1000 bis 5000 MΩ und sinkt auf 100 MΩ.

Kapazität

Die Kapazität ist auch eines der Hauptmerkmale von Kabeln und Leitungen, insbesondere solchen, die für Kommunikation und Signalisierung verwendet werden.

Der Wert der Kapazität wird durch die Qualität des Materials der Isolationsschicht und die geometrischen Abmessungen des Kabels bestimmt. Bei Kommunikationskabeln, bei denen niedrigere Kapazitätswerte angestrebt werden, wird die Kabelkapazität auch durch das Luftvolumen im Kabel bestimmt (Luft-Papier-Isolierung).

Zur Kontrolle der Vollständigkeit der Kabelimprägnierung und ihrer geometrischen Abmessungen wird derzeit die Kapazitätsmessung eingesetzt. Bei Hochspannungs-Dreileiterkabeln wird die Kabelkapazität als Kombination von Teilkapazitäten definiert.

Um den Ladestrom des Kabels bei Anlegen einer hohen Wechselspannung und die Kurzschlussströme zu berechnen, ist es notwendig, den Wert der Kapazität des Kabels zu kennen.

Die Kapazitätsmessung wird in den meisten Fällen mit Wechselspannung durchgeführt und nur zur Vereinfachung und Beschleunigung der Messungen wird die Bestimmung der Kapazität bei Gleichstrom verwendet.

Bei der Messung der Gleichstromkapazität ist zu berücksichtigen, dass die Kapazität des Kabels, die mit dem ballistischen Galvanometer aus der Entladung ermittelt wird, nachdem das Kabel eine Zeit lang mit Gleichspannung aufgeladen wurde, von der Ladedauer des Kabels abhängt.Üblicherweise wird bei der Messung der Kapazität von Drähten und Kabeln die Dauer der Spannungsversorgung mit 0,5 oder 1 Minute angenommen.

Liste der Eigenschaften von Drähten und Kabeln, die unter Wechselspannung gemessen werden

Bei Wechselspannung werden folgende Eigenschaften von Drähten und Kabeln gemessen:

• der Winkel der dielektrischen Verluste bzw. der Tangens dieses Winkels und die Zunahme des Verlustwinkels im Bereich von 30 % von der Nennbetriebsspannung des Kabels bis zur Spannung während der Messung;

• Abhängigkeit des Winkels der dielektrischen Verluste von der Spannung (Ionisationskurve);

• Abhängigkeit des dielektrischen Verlustwinkels von der Temperatur (Temperaturverlauf);

• elektrische Stärke;

• die Abhängigkeit der Spannungsfestigkeit von der Dauer der Spannungsanlegung.

Gemäß den Anforderungen der technischen Spezifikationen werden einige dieser Eigenschaften an allen im Werk hergestellten Kabeltrommeln gemessen (aktuelle Tests), andere nur an kleinen Proben oder Längen, die einer Charge von Kabeltrommeln entsprechend einer bestimmten Geschwindigkeit entnommen werden (Typ). Tests).

Die aktuelle Prüfung von Hochspannungskabeln umfasst: Messung des dielektrischen Verlustwinkels und seiner Variation mit der Spannung (Ionisationskurve und Anstieg des Verlustwinkels).

Typprüfungen umfassen das Temperaturverhalten und die Abhängigkeit der Bruchfestigkeit des Kabels von der Dauer der Spannungsbeaufschlagung. Auch die Impulsfestigkeitsprüfung der Kabelisolierung hat sich durchgesetzt.