Bobina de supresión de arcos ou Bobina de Petersen

Definición de Bobina de Supresión de Arco

Unha bobina de supresión de arco, tamén coñecida como bobina de Petersen, é unha bobina inductiva usada para neutralizar a corrente de carga capacitiva nas redes eléctricas subterráneas durante un fallo a terra.

Propósito e Función

A bobina reduce a gran corrente de carga capacitiva durante un fallo a terra xerando unha corrente inductiva oposta.

Principio de Funcionamento

A corrente inductiva xerada pola bobina anula a corrente capacitiva, evitando o arco no punto do fallo.

Corrente Capacitiva en Sistemas Subterráneos

Os cabos subterráneos teñen unha corrente capacitiva continua debido ásulación dieléctrica entre o conductor e a terra.

Cálculo da Inductancia

As voltaxes dun sistema trifásico equilibrado amóstranse na figura – 1.

Nas redes de cabos subterráneos de alta e media tensión, cada fase ten capacidade entre o conductor e a terra, levando a unha corrente capacitiva continua. Esta corrente antecede a voltagem da fase en 90 graos, como se mostra na figura – 2.

Se ocorre un fallo a terra na fase amarela, a voltagem da fase amarela a terra converteuse en cero. O punto neutro do sistema desprázase ao extremo do vector da fase amarela. En consecuencia, a voltagem nas fases sanas (vermella e azul) aumenta a &sqrt;3 veces o valor orixinal.

Naturalmente, a corrente capacitiva correspondente en cada fase sana (vermella e azul) converteuse en &sqrt;3 do orixinal, como se mostra na figura-4, a continuación.

A suma vectorial que é o resultado destas dúas correntes capacitivas agora será 3I, onde I é a corrente capacitiva nominal por fase no sistema equilibrado. Isso significa que, nas condicións de equilibrio do sistema, I R = IY = IB = I.

Esto ilustrase na figura- 5 a continuación,

Esta corrente resultante entón flúe a través do camiño defectuoso a terra, como se amosa a continuación.

Agora, se conectamos unha bobina inductiva de valor de inductancia adecuado (xeralmente se usa un inductor de núcleo de ferro) entre o punto estrela ou punto neutro do sistema e a terra, o escenario cambiarase completamente. Nas condicións de fallo, a corrente a través do inductor é igual e oposta en magnitudo e fase á corrente capacitiva a través do camiño defectuoso. A corrente inductiva tamén segue o camiño defectuoso do sistema. As correntes capacitiva e inductiva anúlanse no camiño defectuoso, polo que non haxa corrente resultante a través do camiño defectuoso creada debido á acción capacitiva do cabo subterráneo. A situación ideal ilustrase na figura a continuación.

Este concepto foi implementado primeiro por W. Petersen en 1917, polo que a bobina inductiva usada para este propósito chámase Bobina de Petersen.

O compoñente capacitivo da corrente de fallo é alto no sistema de cableado subterráneo. Cando ocorre un fallo a terra, a magnitude desta corrente capacitiva a través do camiño defectuoso converteuse en 3 veces maior que a corrente capacitiva nominal de fase a terra das fases sanas. Esto causa un desprazamento significativo do cruce cero da corrente lexo do cruce cero da voltagem no sistema. Debido á presenza desta corrente capacitiva alta no camiño de fallo a terra, habrá unha serie de rechispas no lugar do fallo. Esto pode levar a unha sobretensión indeseada no sistema.

A inductancia da Bobina de Petersen seleccionase ou axustase a un valor que cause a corrente inductiva que pode neutralizar exactamente a corrente capacitiva.

Calculemos a inductancia da Bobina de Petersen para un sistema subterráneo trifásico. Para iso, consideremos que a capacitancia entre o conductor e a terra en cada fase do sistema é C faradio. Entón, a corrente de fuga capacitiva ou de carga en cada fase será

Entón, a corrente capacitiva a través do camiño defectuoso durante un fallo de unha fase a terra será

Despois do fallo, o punto estrela terá voltagem de fase xa que o punto nulo desprázase ao punto de fallo. Polo tanto, a voltagem que aparece a través do inductor é Vph. Polo tanto, a corrente inductiva a través da bobina será

Agora, para a cancelación da corrente capacitiva de valor 3I, IL debe ter a mesma magnitudo pero 180o eléctricamente separada. Polo tanto,

Cando o deseño ou configuración do sistema cambia, como a lonxitude, a sección transversal, a espesor ou a calidade da isolación, a inductancia da bobina debe axustarse. Polo tanto, as bobinas de Petersen adoitan ter unha disposición de cambio de tomas.