سیم پیچ خاموش کننده قوس یا سیم پیچ پترسن

تعریف کویل سرکوب قوس

کویل سرکوب قوس، که به عنوان کویل پیترسن نیز شناخته می‌شود، یک کویل القایی است که برای خنثی کردن جریان شارژ ظرفیتی در شبکه‌های برق زیرزمینی در حین وقوع خطای زمینی استفاده می‌شود.

هدف و عملکرد

کویل با ایجاد یک جریان القایی متضاد، جریان شارژ ظرفیتی بزرگ در حین وقوع خطای زمینی را کاهش می‌دهد.

اصول کاری

جریان القایی تولید شده توسط کویل، جریان ظرفیتی را خنثی می‌کند و از تشکیل قوس الکتریکی در محل خطا جلوگیری می‌کند.

جریان ظرفیتی در سیستم‌های زیرزمینی

سیم‌های زیرزمینی دارای یک جریان ظرفیتی مداوم هستند به دلیل عایق دی‌الکتریک بین هادی و زمین.

محاسبه القایی

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

در شبکه‌های سیم زیرزمینی با ولتاژ بالا و متوسط، هر فاز دارای ظرفیت بین هادی و زمین است که منجر به یک جریان ظرفیتی مداوم می‌شود. این جریان ۹۰ درجه قبل از ولتاژ فازی قرار می‌گیرد، مانند آنچه در شکل ۲ نشان داده شده است.

اگر خطای زمینی در فاز زرد رخ دهد، ولتاژ فاز زرد به زمین صفر می‌شود. نقطه متعادل سیستم به سمت انتهای بردار فاز زرد حرکت می‌کند. بنابراین، ولتاژ در فازهای سالم (قرمز و آبی) به √۳ برابر مقدار اصلی افزایش می‌یابد.

به طور طبیعی، جریان ظرفیتی متناظر در هر فاز سالم (قرمز و آبی) به √۳ برابر مقدار اصلی افزایش می‌یابد، مانند آنچه در شکل ۴ 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 تعادلی در نظر گرفته می‌شود. یعنی، در حالت سالم و تعادلی سیستم، IR = 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، مانند آنچه در زیر نشان داده شده است.

حالا، اگر یک کویل القایی با مقادیر القایی مناسب (معمولاً از نوع هسته آهن استفاده می‌شود) بین نقطه ستاره یا نقطه متعادل سیستم و زمین وصل کنیم، سناریو کاملاً تغییر خواهد کرد. در حالت خطا، جریان از طریق کویل دقیقاً برابر و در جهت مخالف جریان ظرفیتی در مسیر خطا خواهد بود. جریان القایی نیز مسیر خطا را دنبال می‌کند. جریان‌های ظرفیتی و القایی یکدیگر را در مسیر خطا خنثی می‌کنند، بنابراین هیچ جریان نتیجه‌ای از طریق مسیر خطا به دلیل عمل ظرفیتی سیم زیرزمینی ایجاد نخواهد شد. وضعیت ایده‌آل در شکل زیر نشان داده شده است.

این مفهوم ابتدا در سال ۱۹۱۷ توسط W. Petersen پیاده‌سازی شد، بنابراین کویل القایی که برای این منظور استفاده می‌شود، کویل پیترسن نامیده می‌شود.

جزء ظرفیتی جریان خطا در سیستم‌های سیم‌کشی زیرزمینی بالا است. وقتی خطای زمینی رخ می‌دهد، مقدار این جریان ظرفیتی در مسیر خطا ۳ برابر جریان ظرفیتی اسمی فاز به زمین در 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 زمین، مجموعه‌ای از بازآتش‌ها در محل خطا رخ می‌دهد. این می‌تواند منجر به ولتاژ بیش از حد در سیستم شود.

القایی کویل پیترسن به چنین مقداری تنظیم یا انتخاب می‌شود که جریان القایی تولید شده بتواند جریان ظرفیتی را به طور دقیق خنثی کند.

بیایید القایی کویل پیترسن را برای یک سیستم زیرزمینی سه فاز محاسبه کنیم. برای این منظور، فرض کنید ظرفیت بین هادی و زمین در هر فاز سیستم C فاراد باشد. سپس جریان نشتی یا شارژ ظرفیتی در هر فاز خواهد بود

بنابراین، جریان ظرفیتی در مسیر خطا در حین وقوع خطای زمینی تک فاز خواهد بود

پس از خطا، نقطه ستاره ولتاژ فازی خواهد داشت زیرا نقطه صفر به محل خطا منتقل شده است. بنابراین، ولتاژ ظاهر شده در کویل Vph خواهد بود. بنابراین، جریان القایی از طریق کویل خواهد بود

حالا، برای خنثی کردن جریان ظرفیتی به مقدار ۳I، IL باید همان مقدار اما ۱۸۰ درجه الکتریکی جدا باشد. بنابراین،

وقتی طراحی یا کنفیگوراسیون سیستم تغییر می‌کند، مانند طول، مقطع، ضخامت یا کیفیت عایق، القایی کویل باید تنظیم شود. بنابراین، کویل‌های پیترسن معمولاً دارای سیستم تغییر تاپ هستند.