Virtasenkuvauskytkin tai Petersen-kytkin

Virtasuppressiojänne

Virtasuppressiojänne, myös tunnettu nimellä Petersen-jänne, on induktiivinen jänne, jota käytetään maan alle sijoitetuissa sähköverkoissa maavirheen aikana aiheutuvan kapasitiivisen latausvirran neutralisointiin.

Tarkoitus ja toiminta

Jänne vähentää maavirheen aikana aiheutuvaa suurta kapasitiivista latausvirrannetta luomalla vastakkaista induktiivista virrannetta.

Toimintaperiaate

Jännelle syntynyt induktiivinen virrantili peruuttaa kapasitiivisen virrantilin, estäen saasteen virhepisteessä.

Kapasitiivinen virrantili maan alle sijoitetuissa järjestelmissä

Maan alle sijoitetuilla kaapeleilla on jatkuva kapasitiivinen virrantili johtuen dielektrisestä eristyksestä johtimesta maahan.

Induktiivisuuden laskenta

Kolmijännitevaihtovirtajärjestelmän jännitteet näkyvät kuvassa - 1.

Maan alle sijoitetuissa korkeajännite- ja keskijännitekaapeliverkoissa kukin vaiheessa on kapasitiivisuus johtimesta maahan, mikä johtaa jatkuvaan kapasitiiviseen virrantiliin. Tämä virrantili edeltää vaihejännitettä 90 astetta kuten kuvassa - 2 nähdään.

Jos maavirhe tapahtuu keltaisessa vaiheessa, keltaisen vaiheen jännite maahan nollautuu. Järjestelmän neutraalipiste siirtyy keltaisen vaihevektorin pisteeseen. Seurauksena terveiden vaiheiden (punainen ja sininen) jännite kasvaa &sqrt;3 kertaiseksi alkuperäisestä arvosta.

Luonnollisesti, jokaisen terveen vaiheen (punaisen ja sinisen) vastaava kapasitiivinen virrantili tulee olemaan &sqrt;3 kertaa alkuperäisestä kuten kuvassa - 4 nähdään.

Nämä kaksi kapasitiivista virrantiliä muodostavat vektorisumman, joka on 3I, missä I on otettu tasapainotetun järjestelmän peruskapasitiivinen virrantili vaiheittain. Tämä tarkoittaa, että tasapainoisessa järjestelmässä I R = IY = IB = I.

Tämä on havainnollistettu kuvassa - 5 alla,

Tämä summa virtaa sitten virhepolkuun maahan kuten alla nähdään.

Jos yhdistämme sopivan induktiivisuuden omaavan induktiivisen jännensarjan (yleensä rautaydininduktori käytetään) järjestelmän tähtipisteeseen tai neutraalipisteeseen ja maahan, tilanne muuttuu täysin. Virheellisessä tilanteessa induktorin läpi kulkeva virrantili on täsmälleen yhtä suuri ja vastakkaisen suuntainen kuin kapasitiivinen virrantili virhepolussa. Induktivinen virrantili seuraa myös järjestelmän virhepolkua. Kapasitiivinen ja induktiivinen virrantili peruuttavat toisensa virhepolussa, joten virhepolkuun ei muodostu mitään virrantiliä maan alle sijoitetun kaapelin kapasitiivisen toiminnan vuoksi. Ideaalitilanne on havainnollistettu kuvassa alla.

Tämä konsepti otettiin ensimmäisen kerran käyttöön W. Petersenin toimesta vuonna 1917, minkä vuoksi induktori jännensarjaan käytetään, sitä kutsutaan Petersen-jännekselle.

Virhevirrannin kapasitiivinen komponentti on suuri maan alle sijoitetuissa kaapelijärjestelmissä. Kun maavirhe tapahtuu, virhepolun kautta kulkevan kapasitiivisen virrantilin suuruus on kolme kertaa suurempi kuin terveen vaiheen peruskapasitiivinen virrantili vaihe-maan välillä. Tämä aiheuttaa merkittävän siirtymisen virrantilin nollakohdan pois jännitteen nollakohdasta järjestelmässä. Korkean kapasitiivisen virrantilin läsnäolosta virhepolussa aiheutuu sarja uudelleen syttyviä saasteita virhepaikassa. Tämä voi johtaa haluttomaan ylivolttiin järjestelmässä.

Petersen-jännensarjan induktiivisuus valitaan tai säädellään sellaiseksi arvoksi, joka aiheuttaa induktiivisen virrantilin, joka voi tarkasti neutralisoida kapasitiivisen virrantilin.

Lasketaan Petersen-jännensarjan induktiivisuus 3-faasiselle maan alle sijoitetulle järjestelmälle. Oletetaan, että jokaisessa järjestelmän vaiheessa johtimen ja maan välinen kapasitiivisuus on C farad. Silloin kapasitiivinen leviävä virrantili tai latausvirrantili jokaisessa vaiheessa on

Joten yksipaikkaiseen maavirheeseen liittyvä kapasitiivinen virrantili virhepolussa on

Virheen jälkeen tähtipisteellä on vaihejännite, koska nolla-piste on siirtynyt virhepaikkaan. Siksi induktorin päällä ilmenevä jännite on Vph. Siten induktiivinen virrantili jännensarjan kautta on

Nyt, 3I:n kokoisen kapasitiivisen virrantilin peruuttamiseksi IL:n on oltava sama suuruinen, mutta 180o elektrisesti erottunut. Siksi,

Kun järjestelmän suunnittelua tai kokoonpanoa muutetaan, kuten pituus, poikkileikkaus, paksuus tai eristyslaatu, jännensarjan induktiivisuuden on säädeltävä. Siksi Petersen-jännensarjoissa on usein napojen vaihtoasetelma.