Dutový člen nebo Petersenův člen

Definice tlumiče oblouku

Tlumič oblouku, také známý jako Petersenův člen, je induktivní cívek používaný k neutralizaci kapacitivního nabíjecího proudu v podzemních elektrických sítích během zemního zkratu.

Účel a funkce

Cívka snižuje velký kapacitivní nabíjecí proud během zemního zkratu tím, že vytváří opačný induktivní proud.

Princip fungování

Induktivní proud vygenerovaný cívkou kompenzuje kapacitivní proud, což brání vzniku oblouku v místě zkratu.

Kapacitivní proud v podzemních systémech

Podzemní kabely mají kontinuální kapacitivní proud díky dielektrické izolaci mezi vodičem a zemí.

Výpočet induktivity

Napětí trojfázové vyrovnané soustavy je znázorněno na obrázku – 1.

V podzemních vysokonapěťových a středonapěťových kabelových sítích má každá fáze kapacitu mezi vodičem a zemí, což vede k kontinuálnímu kapacitivnímu proudu. Tento proud předchází fázové napětí o 90 stupňů, jak je znázorněno na obrázku – 2.

Pokud dojde k zemnímu zkratu v žluté fázi, napětí žluté fáze k zemi se stane nulové. Nulový bod systému se posune na špičku vektoru žluté fáze. V důsledku toho se napětí v zdravých fázích (červená a modrá) zvýší na &sqrt;3 krát původní hodnotu.

Samozřejmě, odpovídající kapacitivní proud v každé zdravé fázi (červená a modrá) se stane &sqrt;3 krát původní, jak je znázorněno na obrázku-4 níže.

Vektorový součet těchto dvou kapacitivních proudů teď bude 3I, kde I je považováno za nominální kapacitivní proud na fázi ve vyrovnávaném systému. To znamená, že v zdravém stavu systému, I R = IY = IB = I.

To je znázorněno na obrázku-5 níže,

Tento výsledný proud pak protéká vadnou cestou k zemi, jak je znázorněno níže.

Teď, pokud připojíme jednu induktivní cívku s vhodnou hodnotou induktivity (obvykle se používá železný jádrový induktor) mezi hvězdicovým bodem nebo neutrálním bodem systému a zemí, situace se kompletně změní. V případě zkratu bude proud procházející induktorem přesně roven a opačný v amplitudě a fázi tomu kapacitivnímu proudu procházejícímu vadnou cestou. Induktivní proud také sleduje vadnou cestu systému. Kapacitivní a induktivní proud se navzájem ruší v místě zkratu, proto nevznikne žádný výsledný proud v vadné cestě způsobený kapacitivními účinky podzemního kabelu. Ideální situace je znázorněna na obrázku níže.

Tento koncept byl poprvé implementován W. Petersenem v roce 1917, proto se induktivní cívka používá pro tento účel a nazývá se Petersen Coil.

Kapacitivní složka zkratového proudu je vysoká v podzemních kabelových systémech. Když dojde k zemnímu zkratu, magnituda tohoto kapacitivního proudu v vadné cestě se stane 3 krát větší než nominální kapacitivní proud fáze k zemi v zdravé fázi. To způsobí významné posunutí nulového přechodu proudu pryč od nulového přechodu napětí v systému. Díky přítomnosti tohoto vysokého kapacitivního proudu v cestě zemního zkratu dojde k řadě opakovaných zapálení v místě zkratu. To může vést k nežádoucímu přetížení napětí v systému.

Induktivita Petersenovy cívky je volena nebo upravena na takovou hodnotu, která způsobí induktivní proud, který přesně neutralizuje kapacitivní proud.

Spočítáme induktivitu Petersenovy cívky pro trojfázový podzemní systém. Pro to vezmeme v úvahu kapacitu mezi vodičem a zemí v každé fázi systému, která je C farad. Potom bude kapacitivní unikající proud nebo nabíjecí proud v každé fázi

Takže kapacitivní proud v vadné cestě během jednofázového zemního zkratu je

Po zkratu bude hvězdicový bod mít fázové napětí, protože nulový bod se posunul na místo zkratu. Takže napětí, které se objeví na induktoru, je Vph. Proto induktivní proud procházející cívkou je

Pro neutralizaci kapacitivního proudu hodnoty 3I musí IL mít stejnou velikost, ale elektricky 180° odlišnou. Proto,

Když se změní návrh nebo konfigurace systému, jako je délka, průřez, tloušťka nebo kvalita izolace, musí být induktivita cívky upravena. Proto Petersenovy cívky často mají uspořádání pro měnění cívek.