Κατασβεστής Τόξου Ή Σπείρα Petersen

Ορισμός Σπείρας Καταστολής Τόξου

Η σπείρα καταστολής τόξου, επίσης γνωστή ως σπείρα Petersen, είναι μια συνεχής σπείρα που χρησιμοποιείται για την ευθυγράμμιση του χωρητικού φορτιστικού ρεύματος σε υπόγειες δικτύωσες ενέργειας κατά την εμφάνιση σφάλματος στη γη.

Σκοπός και Λειτουργία

Η σπείρα μειώνει το μεγάλο χωρητικό φορτιστικό ρεύμα κατά την εμφάνιση σφάλματος στη γη, δημιουργώντας ένα αντίθετο ενδεικτικό ρεύμα.

Πρίνιπιο Λειτουργίας

Το ενδεικτικό ρεύμα που δημιουργείται από τη σπείρα αναιρεί το χωρητικό ρεύμα, εμποδίζοντας τη δημιουργία τόξου στο σημείο του σφάλματος.

Χωρητικό Ρεύμα σε Υπόγεια Συστήματα

Οι υπόγειες καλωδιακές εγκαταστάσεις έχουν συνεχή χωρητικό ρεύμα λόγω της διελεκτρικής απομόνωσης μεταξύ του ηλεκτροδοτικού καθοδήγητρου και της γης.

Υπολογισμός Ενδεικτικότητας

Οι τάσεις ενός ισορροπημένου συστήματος τριφασικής ενέργειας είναι δείκνυμενες στο σχήμα – 1.

Σε υπόγειες δικτύωσες υψηλής και μεσαίας τάσης, κάθε φάση έχει χωρητικότητα μεταξύ του ηλεκτροδοτικού καθοδήγητρου και της γης, οδηγώντας σε συνεχή χωρητικό ρεύμα. Αυτό το ρεύμα προηγείται της τάσης της φάσης κατά 90 βαθμούς, όπως φαίνεται στο σχήμα – 2.

Εάν εμφανιστεί σφάλμα στη γη στη κίτρινη φάση, η τάση της κίτρινης φάσης προς τη γη γίνεται μηδέν. Το σημείο ουδετερότητας του συστήματος μετατοπίζεται στο πέρας του διανυσματικού της κίτρινης φάσης. Ως αποτέλεσμα, η τάση στις υγιείς φάσεις (κόκκινη και μπλε) αυξάνεται κατά &sqrt;3 φορές την αρχική τιμή.

Φυσικά, το αντίστοιχο χωρητικό ρεύμα σε κάθε υγιή φάση (κόκκινη και μπλε) γίνεται &sqrt;3 φορές την αρχική τιμή, όπως φαίνεται στο σχήμα-4, παρακάτω.

Η διανυσματική άθροιση που είναι το αποτέλεσμα αυτών των δύο χωρητικών ρευμάτων τώρα θα είναι 3I, όπου I λαμβάνεται ως ρεύμα χωρητικός ρυθμός ανά φάση στο ισορροπημένο σύστημα. Αυτό σημαίνει ότι, σε υγιή ισορροπημένη κατάσταση του συστήματος, IR = IY = IB = I.

Αυτό είναι δείκνυμενο στο σχήμα- 5, παρακάτω,

Αυτό το αποτέλεσμα ρεύμα τότε ρέει μέσω της εσφαλμένης διαδρομής προς τη γη, όπως φαίνεται παρακάτω.

Τώρα, αν συνδέσουμε μια συνεχή σπείρα με κατάλληλη ενδεικτικότητα (συνήθως χρησιμοποιείται σπείρα με σιδηρούχο πυρήνα) μεταξύ του σημείου του αστέρα ή του σημείου ουδετερότητας του συστήματος και της γης, το σενάριο θα αλλάξει εντελώς. Κατά την εμφάνιση σφάλματος, το ρεύμα μέσω της σπείρας είναι ακριβώς ίσο και αντίθετο σε μέγεθος και φάση με το χωρητικό ρεύμα μέσω της εσφαλμένης διαδρομής. Το ενδεικτικό ρεύμα ακολουθεί επίσης την εσφαλμένη διαδρομή του συστήματος. Το χωρητικό και το ενδεικτικό ρεύμα αναιρούνται μεταξύ τους στην εσφαλμένη διαδρομή, οπότε δεν θα υπάρχει κανένα αποτέλεσμα ρεύμα μέσω της εσφαλμένης διαδρομής που δημιουργείται λόγω της χωρητικής δράσης του υπόγειου καλωδίου. Η ιδανική κατάσταση είναι δείκνυμενη στο σχήμα παρακάτω.

Αυτή η έννοια εφαρμόστηκε πρώτη φορά από τον W. Petersen το 1917, γι' αυτό ονομάζεται η σπείρα Petersen.

Η χωρητική συνιστώσα του ρεύματος του σφάλματος είναι υψηλή στο υπόγειο καλωδιακό σύστημα. Κατά την εμφάνιση σφάλματος στη γη, το μέγεθος αυτού του χωρητικού ρεύματος μέσω της εσφαλμένης διαδρομής γίνεται 3 φορές μεγαλύτερο από το ρεύμα χωρητικός ρυθμός φάσης προς γη της υγιής φάσης. Αυτό προκαλεί σημαντική μετατοπίζει τη διασταύρωση του ρεύματος μακριά από τη διασταύρωση της τάσης στο σύστημα. Λόγω της παρουσίας αυτού του υψηλού χωρητικού ρεύματος στη διαδρομή του σφάλματος στη γη, θα υπάρξει μια σειρά επαναφορών στο σημείο του σφάλματος. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ανεπιθύμητη υπερτάση στο σύστημα.

Η ενδεικτικότητα της σπείρας Petersen επιλέγεται ή προσαρμόζεται σε τιμή που προκαλεί το ενδεικτικό ρεύμα που μπορεί ακριβώς να ευθυγραμμίσει το χωρητικό ρεύμα.

Ας υπολογίσουμε την ενδεικτικότητα της σπείρας Petersen για ένα τριφασικό υπόγειο σύστημα.Για αυτό, ας θεωρήσουμε ότι η χωρητικότητα μεταξύ του ηλεκτροδοτικού καθοδήγητρου και της γης σε κάθε φάση του συστήματος είναι C farad. Τότε, το χωρητικό ρεύμα διαρροής ή φορτιστικό ρεύμα σε κάθε φάση θα είναι

Άρα, το χωρητικό ρεύμα μέσω της εσφαλμένης διαδρομής κατά την εμφάνιση σφάλματος μιας φάσης προς τη γη είναι

Μετά το σφάλμα, το σημείο του αστέρα θα έχει τάση φάσης, καθώς το σημείο μηδενικής τιμής μετατοπίζεται στο σημείο του σφάλματος. Οπότε, η τάση που εμφανίζεται στη σπείρα είναι Vph. Άρα, το ενδεικτικό ρεύμα μέσω της σπείρας είναι

Τώρα, για την ευθυγράμμιση του χωρητικού ρεύματος με τιμή 3I, το IL πρέπει να έχει το ίδιο μέγεθος αλλά να είναι 180o ηλεκτρικά απέναντι. Άρα,

Όταν η σχεδίαση ή η διάρθρωση του συστήματος αλλάζει, όπως η μήκος, το διάστημα, η πάχος ή η ποιότητα της απομόνωσης, η ενδεικτικότητα της σπείρας πρέπει να προσαρμοστεί. Έτσι, οι σπείρες Petersen συχνά έχουν μια διάταξη αλλαγής πλέξης.