خازن القوس أو ملف بيترسن

تعریف سیم کویل خاموش‌سازی قوس

سیم کویل خاموش‌سازی قوس، که به عنوان کویل پترسن نیز شناخته می‌شود، یک کویل القایی است که برای خنثی کردن جریان شارژ ظرفیتی در شبکه‌های برق زیرزمینی در هنگام خطای زمینی استفاده می‌شود.

هدف و عملکرد

این کویل با ایجاد یک جریان القایی مخالف، جریان شارژ ظرفیتی بزرگ را در هنگام خطای زمینی کاهش می‌دهد.

اصول کاری

جریان القایی تولید شده توسط کویل، جریان ظرفیتی را خنثی می‌کند و از قوس‌زدن در نقطه خطا جلوگیری می‌کند.

جریان ظرفیتی در سیستم‌های زیرزمینی

سیم‌های زیرزمینی به دلیل عایق دی الکتریک بین هادی و زمین یک جریان ظرفیتی مداوم دارند.

محاسبه القایی

ولتاژ‌های یک سیستم متعادل سه فاز در شکل ۱ نشان داده شده است.

در شبکه‌های کابلی زیرزمینی ولتاژ بالا و متوسط، هر فاز ظرفیت بین هادی و زمین دارد که منجر به یک جریان ظرفیتی مداوم می‌شود. این جریان ۹۰ درجه قبل از ولتاژ فازی است که در شکل ۲ نشان داده شده است.

اگر خطای زمینی در فاز زرد رخ دهد، ولتاژ فاز زرد به زمین صفر می‌شود. نقطه خنثی سیستم به نوک بردار فاز زرد منتقل می‌شود. بنابراین، ولتاژ در فازهای سالم (قرمز و آبی) به ۳ برابر مقدار اصلی افزایش می‌یابد.

به طبعیت، جریان ظرفیتی متناظر در هر فاز سالم (قرمز و آبی) به ۳ برابر مقدار اصلی می‌رسد که در شکل ۴ زیر نشان داده شده است.

مجموع برداری این دو جریان ظرفیتی حالا ۳I خواهد بود، که I به عنوان جریان ظرفیتی اسمی هر فاز در سیستم متعادل در نظر گرفته می‌شود. یعنی، در حالت متعادل و سالم سیستم، I R = IY = IB = I.

این موضوع در شکل ۵ زیر نشان داده شده است،

این جریان نتیجه‌ای سپس از طریق مسیر خطا به زمین جریان می‌یابد.

اکنون، اگر یک کویل القایی با مقادیر القایی مناسب (معمولاً از نوع هسته آهن استفاده می‌شود) بین نقطه ستاره یا نقطه خنثی سیستم و زمین متصل کنیم، سناریو کاملاً تغییر می‌کند. در حالت خطا، جریان از طریق کویل دقیقاً مساوی و مخالف جریان ظرفیتی در مسیر خطا است. جریان القایی نیز مسیر خطا را دنبال می‌کند. جریان‌های ظرفیتی و القایی یکدیگر را در مسیر خطا خنثی می‌کنند و بنابراین هیچ جریان نتیجه‌ای از طریق مسیر خطا به دلیل عمل ظرفیتی کابل زیرزمینی ایجاد نمی‌شود. وضعیت ایده‌آل در شکل زیر نشان داده شده است.

این مفهوم ابتدا توسط W. Petersen در سال ۱۹۱۷ پیاده‌سازی شد، بنابراین کویل القایی برای این منظور استفاده می‌شود که به کویل پترسن معروف است.

مؤلفه ظرفیتی جریان خطا در سیستم کابلی زیرزمینی بالا است. وقتی خطای زمینی رخ می‌دهد، مقدار این جریان ظرفیتی در مسیر خطا ۳ برابر جریان ظرفیتی اسمی فاز به زمین فاز سالم می‌شود. این باعث انتقال قابل توجه صفرگذاری جریان از صفرگذاری ولتاژ در سیستم می‌شود. به دلیل وجود این جریان ظرفیتی بالا در مسیر خطا، مجموعه‌ای از دوباره‌سوزی‌ها در محل خطا رخ می‌دهد. این می‌تواند منجر به ولتاژ غیرمنتظره در سیستم شود.

القای کویل پترسن به چنان مقداری انتخاب یا تنظیم می‌شود که جریان القایی تولید شده دقیقاً جریان ظرفیتی را خنثی کند.

بیایید القای کویل پترسن را برای یک سیستم زیرزمینی سه فاز محاسبه کنیم. برای این کار، فرض کنید ظرفیت بین هادی و زمین در هر فاز سیستم C فاراد است. در این صورت جریان تسربی یا شارژ ظرفیتی در هر فاز خواهد بود

بنابراین، جریان ظرفیتی در مسیر خطا در هنگام خطای تک فاز به زمین خواهد بود

بعد از خطا، نقطه ستاره ولتاژ فازی خواهد داشت چون نقطه خنثی به نقطه خطا منتقل شده است. بنابراین، ولتاژ ظاهر شده روی کویل Vph خواهد بود. بنابراین، جریان القایی از طریق کویل خواهد بود

اکنون، برای خنثی کردن جریان ظرفیتی با مقدار ۳I، IL باید همان مقدار ولی ۱۸۰ درجه الکتریکی دور باشد. بنابراین،

وقتی طراحی یا پیکربندی سیستم تغییر می‌کند، مانند طول، مقطع، ضخامت یا کیفیت عایق، القای کویل باید تنظیم شود. بنابراین، کویل‌های پترسن معمولاً یک ترتیب تغییر تاپ دارند.