Bobina de supressió d'arc o Bobina de Petersen
Definició de la bobina de supressió d'arc
Una bobina de supressió d'arc, també coneguda com a bobina de Petersen, és una bobina inductiva utilitzada per neutralitzar la corrent de càrrega capacitiva en xarxes elèctriques subterrànies durant un defecte a terra.
Finalitat i funció
La bobina reduïu la gran corrent de càrrega capacitiva durant un defecte a terra creant una corrent inductiva oposada.
Principi de funcionament
La corrent inductiva generada per la bobina anul·la la corrent capacitiva, prevenint l'arc al punt del defecte.
Corrent capacitiva en sistemes subterrànies
Els cabls subterrànies tenen una corrent capacitiva contínua degut a l'aïllament dielèctric entre el conductor i la terra.
Càlcul de l'inductància
Les tensions d'un sistema equilibrat trifàsic es mostren a la figura 1.
En xarxes de cabls subterrànies d'alta i mitja tensió, cada fase té capacitancia entre el conductor i la terra, donant lloc a una corrent capacitiva contínua. Aquesta corrent precedeix la tensió de fase en 90 graus, com es mostra a la figura 2.
Si es produeix un defecte a terra en la fase groga, la tensió de la fase groga a terra es converteix en zero. El punt neutre del sistema es desplaça cap a la punta del vector de la fase groga. En conseqüència, la tensió en les fases sanes (vermella i blava) augmenta a &sqrt;3 vegades el valor original.
Naturalment, la corrent capacitiva corresponent en cada fase sana (vermella i blava) es converteix en &sqrt;3 de l'original, com es mostra a la figura 4, a continuació.
La suma vectorial que resulta d'aquestes dues corrents capacitivas ara serà 3I, on I és la corrent capacitiva nominal per fase en el sistema equilibrat. Això significa que, en condicions sanes i equilibrades del sistema, IR = IY = IB = I.
Això es il·lustra a la figura 5, a continuació,
Aquesta corrent resultant llavors flueix a través del camí defectuós a la terra, com es mostra a continuació.
Ara, si connectem una bobina inductiva amb un valor d'inductància adequat (generalment s'utilitza un inductor de nucli de ferro) entre el punt estelar o neutre del sistema i la terra, el escenari canviarà completament. En condicions defectuoses, la corrent a través de l'inductor és exactament igual i oposada en magnitud i fase a la corrent capacitiva a través del camí defectuós. La corrent inductiva també segueix el camí defectuós del sistema. Les corrents capacitiva i inductiva s'anul·len mutuament al camí defectuós, per tant, no hi haurà cap corrent resultant a través del camí defectuós degut a l'acció capacitiva del cabl subterrani. La situació ideal es il·lustra a la figura següent.
Aquest concepte va ser implementat per primer cop per W. Petersen el 1917, per això l'inductor s'utilitza per a aquest propòsit, anomenat bobina de Petersen.
El component capacitiv de la corrent de defecte és elevat en el sistema de cabl subterrani. Quan es produeix un defecte a terra, la magnitud d'aquesta corrent capacitiva a través del camí defectuós es converteix en 3 vegades més que la corrent capacitiva nominal de fase a terra de les fases sanes. Això provoca un desplaçament significatiu del pas pel zero de la corrent lluny del pas pel zero de la tensió en el sistema. Degut a la presència d'aquesta alta corrent capacitiva en el camí defectuós a terra, hi haurà una sèrie de re-estalvis al lloc del defecte. Això pot portar a sobretensions indesitjades en el sistema.
L'inductància de la bobina de Petersen es selecciona o ajusta a un valor que provoca la corrent inductiva que pot neutralitzar exactament la corrent capacitiva.
Calculem l'inductància de la bobina de Petersen per a un sistema subterrani trifàsic. Per això, considerem la capacitancia entre el conductor i la terra en cada fase del sistema, C farad. Llavors, la corrent de fuga o càrrega capacitiva en cada fase serà
Per tant, la corrent capacitiva a través del camí defectuós durant un defecte de fase única a terra és
Després del defecte, el punt estelar tindrà tensió de fase ja que el punt neutre es desplaça cap al punt de defecte. Per tant, la tensió que apareix a través de l'inductor és Vph. Per tant, la corrent inductiva a través de la bobina és
Ara, per a la cancel·lació de la corrent capacitiva de valor 3I, IL ha de tenir la mateixa magnitud però estar 180o separats elèctricament. Per tant,
Quan el disseny o la configuració del sistema canvien, com la longitud, la secció transversal, l'espessor o la qualitat de l'aïllament, l'inductància de la bobina ha de ser ajustada. Per això, les bobines de Petersen sovint tenen un dispositiu de canvi de tapes.
