Bueudtrykksring eller Petersen-ring

Definition af Bueundertrykkelseskreds

En bueundertrykkelseskreds, også kendt som en Petersen-kreds, er en induktiv spole, der bruges til at neutralisere den kapacitive opladningsstrøm i underjordiske strømningsnetværk under en jordfejl.

Formål og Funktion

Spolen reducerer den store kapacitive opladningsstrøm under en jordfejl ved at oprette en modsatretted induktiv strøm.

Arbejdssætningsprincip

Den induktive strøm, der genereres af spolen, udligner den kapacitive strøm, hvilket forhindrer buedannelse ved fejlpunktet.

Kapacitiv Strøm i Underjordiske Systemer

Underjordiske kabler har en kontinuerlig kapacitiv strøm på grund af dielektrisk isolering mellem ledningen og jorden.

Beregning af Induktans

Spændingerne i et trefas-balanceret system vises i figur – 1.

I underjordiske højspændings- og mediumspændingskabelnetværk har hver fase kapacitans mellem ledningen og jorden, hvilket fører til en kontinuerlig kapacitiv strøm. Denne strøm følger fasens spænding med 90 grader, som vist i figur – 2.

Hvis en jordfejl opstår i den gule fase, bliver spændingen fra den gule fase til jorden nul. Systemets neutrale punkt flytter sig til spidset af den gule fasevektor. Deraf følger, at spændingen i de sunde faser (rød og blå) stiger til &sqrt;3 gange den oprindelige værdi.

Natuurligvis bliver den tilsvarende kapacitive strøm i hver sund fase (rød og blå) &sqrt;3 gange den oprindelige, som vist i figur-4 nedenfor.

Vektorsummen, der er resultatet af disse to kapacitive strømme, vil nu være 3I, hvor I er den nominelle kapacitive strøm pr. fase i det balancerede system. Det betyder, at ved sundt, balanceret system, I R = IY = IB = I.

Dette illustreres i figur-5 nedenfor,

Den resulterende strøm strømmer derefter gennem den defekte vej til jorden, som vist nedenfor.

Nu, hvis vi forbinder en induktiv spole med passende induktansværdi (generelt anvendes en jernkerne-induktor) mellem stjernepunktet eller det neutrale punkt i systemet og jorden, vil scenariet være helt ændret. Under fejltilstand er strømmen gennem induktoren nøjagtigt lig og modsat i størrelse og fase af den kapacitive strøm gennem den defekte vej. Den induktive strøm følger også den defekte vej i systemet. De kapacitive og induktive strømme udligner hinanden ved det defekte punkt, så der ikke vil være nogen resulterende strøm gennem den defekte vej, som skyldes den kapacitive virkning af det underjordiske kabel. Den ideelle situation er illustreret i figuren nedenfor.

Dette koncept blev først implementeret af W. Petersen i 1917, hvilket er årsagen til, at induktoren kaldes Petersen-spole.

Den kapacitive komponent af fejlstrømmen er høj i underjordiske kablersystemer. Når en jordfejl opstår, bliver størrelsen af denne kapacitive strøm gennem den defekte vej 3 gange større end den nominelle kapacitive strøm fra fase til jord i de sunde faser. Dette forårsager en betydelig skiftning af nulpunktskrydsningen af strømmen væk fra nulpunktskrydsningen af spændingen i systemet. På grund af denne høje kapacitive strøm i jordfejlvejen vil der være en række genoplysninger ved fejlstedet. Dette kan føre til uønsket overspænding i systemet.

Induktansen af Petersen-spolen vælges eller justeres til en sådan værdi, at den induktive strøm nøjagtigt neutraliserer den kapacitive strøm.

Lad os beregne induktansen af Petersen-spolen for et trefas-underjordisk system. Lad os antage, at kapacitansen mellem ledningen og jorden i hver fase af systemet er C farad. Så vil den kapacitive leckstrøm eller opladningsstrøm i hver fase være

Således vil den kapacitive strøm gennem den defekte vej under en enkelfase til jordfejl være

Efter fejlen vil stjernepunktet have fasens spænding, da nulpunktet er flyttet til fejlstedet. Så spændingen, der optræder over induktoren, er Vph. Derfor er den induktive strøm gennem spolen

Nu, for at udligne en kapacitiv strøm på 3I, skal IL have samme størrelse, men være 180o elektrisk adskilt. Derfor,

Når designet eller konfigurationen af systemet ændres, f.eks. længde, tværsnit, tykkelse eller isolationskvalitet, skal induktansen af spolen justeres. Derfor har Petersen-spoler ofte en tap-changing-opstilling.