对称电缆电容特性分析

电缆回路的电容与一般电容概念相似，两根导线相当于两个极板，导线间的绝缘层相当于电容器极板间的介质。

当回路两导线带有等量异性电荷时，此电荷的电量Q与两导线间的电位差U之比，为该回路的电容，即。

对称电缆回路的电容是比较复杂的，因为电缆中往往包括很多线对，而且外面又有屏蔽层和金属套，所以任何相邻线芯间及线芯与屏蔽层或金属套间都会有电容存在。

图3-20 电缆四线组的工作电容和部分电容

对称电缆回路的电容有两种：工作电容和部分电容。一次传输参数中的电容即指工作电容。

现以一个四线组为例，电缆四线组的工作电容和部分电容如图3-20所示，当考虑其他电容影响时，回路两导体间的等效电容称为工作电容，如C₁和C₁₁，而线芯间或线芯对地（铅套）间，不考虑其他线芯影响的电容，称为部分电容，如C₁₃、C₁₄、C₂₃、C₂₄及C₁₀、C₂₀、C₃₀、C₄₀等。

先研究孤立二导线间的工作电容。一对称回路二导线a、b，导线a上的电荷Q在距导线a为r点的电场强度

导线b上的电荷Q在同一点的电场强度为

则在该点总的电场强度为

回路两导线间的电位差

回路两导线，则

因此，孤立回路的工作电容为

将，代入上式可变为

式中C的单位为F／m。

或

式中C的单位为F／km。

在多芯电缆中，工作电容可按下式计算：(www.xing528.com)

式中 λ——总的绞合系数；

ε_r——组合绝缘介质的等效相对介电常数；

a——回路两导线中心间距离（mm）；

d——导电线芯直径（mm）；

ψ——由于接地金属套和邻近导线产生影响而引起的修正系数，当距离相当大时，ψ＝1。

修正系数ψ的值由线组类型来决定，工作电容的修正系数公式见表3-19。

表3-19 工作电容的修正系数公式

表中：d——导电线芯直径（mm）；

d₁——绝缘线芯直径（mm）；

d₂——对绞组外径（mm）；

d₄——星绞组外径（mm）；

d₂×2——复对绞组外径（mm）；

D_S——屏蔽层内径（mm）。

工作电容（F／km）的计算还可采用下列经验公式

式中 λ——总绞合系数；

ε_r——等效相对介电常数；

D——线组直径（mm）；

d——导电线芯的直径（mm）；

α——校正系数，它与线组的绞合类型有关，对绞组a＝0.94，星绞组a＝0.75，复对绞组a＝0.65。

用式（3-15）计算工作电容，对于与屏蔽层接近的线组来说，计算结果要比实际数值小一些。

工作电容与导电线芯直径、线间距离和绝缘介质有关。增大线芯直径相当于增加电容器的极板面积，所以电容增加。导电线芯间距离的增加，则相当于电容器极板间距离的加大，显然电容就减小。工作电容与介电常数有密切的关系，介电常数越大，工作电容也越大。由于绝缘材料的介电常数均大于空气的介电常数，所以在使绝缘结构有一定的机械稳定性的情况下，总希望空气所占的体积尽量大些，以减小介电常数而使电容下降，从而使电缆的衰减下降。当绝缘介质的介电常数与频率无关时，工作电容与频率无关。