Bobine d'extinction d'arc ou bobine de Petersen
Définition de la bobine d'extinction d'arc
Une bobine d'extinction d'arc, également connue sous le nom de bobine Petersen, est une bobine inductive utilisée pour neutraliser le courant de charge capacitive dans les réseaux électriques souterrains en cas de défaut à la terre.
Objectif et fonction
La bobine réduit le grand courant de charge capacitive en cas de défaut à la terre en créant un courant inductif opposé.
Principe de fonctionnement
Le courant inductif généré par la bobine annule le courant capacitive, empêchant ainsi l'arcing au point de défaut.
Courant capacitive dans les systèmes souterrains
Les câbles souterrains ont un courant capacitive continu en raison de l'isolation diélectrique entre le conducteur et la terre.
Calcul de l'inductance
Les tensions d'un système triphasé équilibré sont montrées dans la figure – 1.
Dans les réseaux de câbles souterrains haute tension et moyenne tension, chaque phase a une capacitance entre le conducteur et la terre, conduisant à un courant capacitive continu. Ce courant précède la tension de phase de 90 degrés, comme montré dans la figure – 2.
Si un défaut à la terre se produit dans la phase jaune, la tension de la phase jaune par rapport à la terre devient nulle. Le point neutre du système se déplace vers l'extrémité du vecteur de la phase jaune. Par conséquent, la tension dans les phases saines (rouge et bleue) augmente à &sqrt;3 fois la valeur initiale.
Naturellement, le courant capacitive correspondant dans chaque phase saine (rouge et bleue) devient &sqrt;3 de la valeur initiale, comme montré dans la figure-4 ci-dessous.
La somme vectorielle résultante de ces deux courants capacitives sera maintenant 3I, où I est pris comme le courant capacitive nominal par phase dans le système équilibré. Cela signifie que, dans des conditions équilibrées saines du système, I R = IY = IB = I.
Ceci est illustré dans la figure- 5 ci-dessous,
Ce courant résultant circule ensuite à travers le chemin défectueux vers la terre, comme montré ci-dessous.
Maintenant, si nous connectons une bobine inductive de valeur d'inductance appropriée (généralement un inducteur à noyau de fer est utilisé) entre le point d'étoile ou le point neutre du système et la terre, le scénario changera entièrement. En cas de défaut, le courant à travers l'inducteur est exactement égal et opposé en magnitude et en phase à celui du courant capacitive à travers le chemin défectueux. Le courant inductif suit également le chemin défectueux du système. Les courants capacitive et inductif s'annulent mutuellement sur le chemin défectueux, il n'y aura donc aucun courant résultant à travers le chemin défectueux créé par l'action capacitive du câble souterrain. La situation idéale est illustrée dans la figure ci-dessous.
Ce concept a été mis en œuvre pour la première fois par W. Petersen en 1917, c'est pourquoi la bobine inductive utilisée pour cet objectif est appelée bobine Petersen.
La composante capacitive du courant de défaut est élevée dans le système de câblage souterrain. Lorsqu'un défaut à la terre se produit, la magnitude de ce courant capacitive à travers le chemin défectueux devient 3 fois plus grande que le courant capacitive nominal phase-terre des phases saines. Cela provoque un décalage significatif du passage par zéro du courant par rapport au passage par zéro de la tension dans le système. En raison de la présence de ce courant capacitive élevé dans le chemin de défaut à la terre, il y aura une série de reprises d'arc au point de défaut. Cela peut entraîner une surtension indésirable dans le système.
L'inductance de la bobine Petersen est sélectionnée ou ajustée à une valeur qui provoque un courant inductif capable d'exactement neutraliser le courant capacitive.
Calculons l'inductance de la bobine Petersen pour un système souterrain triphasé. Pour cela, considérons que la capacité entre le conducteur et la terre dans chaque phase du système est C farad. Alors, le courant de fuite capacitive ou de charge dans chaque phase sera
Ainsi, le courant capacitive à travers le chemin défectueux lors d'un défaut monophasé à la terre est
Après le défaut, le point d'étoile aura une tension de phase car le point neutre est déplacé vers le point de défaut. Ainsi, la tension apparaît à travers l'inducteur est Vph. Par conséquent, le courant inductif à travers la bobine est
Maintenant, pour l'annulation d'un courant capacitive de valeur 3I, IL doit avoir la même magnitude mais être éloigné de 180o électriquement. Par conséquent,
Lorsque la conception ou la configuration du système change, tels que la longueur, la section transversale, l'épaisseur ou la qualité de l'isolation, l'inductance de la bobine doit être ajustée. Par conséquent, les bobines Petersen ont souvent un dispositif de changement de prise.
