Villanysugár kör vagy Petersen-kör
Izgalmas kör Definíció
Az izgalmas kör, más néven Petersen-kör, egy induktív kör, amelyet föld alatti hálózatokban használnak az északi fajtájú hibák során fellépő kapacitív töltési áram neutralizálására.
Cél és Függvény
A kör csökkenti a nagy kapacitív töltési áramot egy ellentétes irányú induktív áram létrehozásával.
Működési Elv
A kör által generált induktív áram kitöri a kapacitív áramot, megelőzve az izgalmat a hiba helyén.
Kapacitív Áram Föld Alatti Rendszerekben
A föld alatti kábeleknek van folyamatos kapacitív áramuk a vezeték és a föld közötti dielektromos izoláció miatt.
Induktivitás Kiszámítása
Egy háromfázisú egyensúlyban lévő rendszer feszültségei láthatók az 1. ábrán.
A föld alatti magas- és közepes feszültségű kábelhálózatokban minden fázisnak van kapacitása a vezeték és a föld között, ami folyamatos kapacitív áramot eredményez. Ez az áram 90 fokkal meghaladja a fázis feszültséget, ahogy a 2. ábra mutatja.
Ha egy föld hiba történik a sárga fázisban, a sárga fázis feszültsége a földre nézve nulla lesz. A rendszer neutrális pontja eltolódik a sárga fázis vektorának tetejére. Ennek következtében a többi (piros és kék) egészséges fázis feszültsége &sqrt;3-szorosára nő az eredeti értékből.
Természetesen, a piros és kék fázisban lévő kapacitív áram &sqrt;3-szorosa az eredetihez képest, ahogy az 4. ábra mutatja.
A két kapacitív áram vektorszumma most 3I, ahol I az egyensúlyban lévő rendszerben az egy fázisonkénti nominális kapacitív áram. Azaz, a rendszer egészséges egyensúlyi állapotában, I R = IY = IB = I.
Ez a 5. ábrán látható.
Ez az eredményül kapott áram áramlik a hibás útvonalon a földre, ahogy az alábbi ábra mutatja.
Most, ha egy alkalmas induktivitású induktív kört kötünk a rendszer csillagpontjához vagy neutrális pontjához a földre, a helyzet teljesen megváltozik. Hiba esetén a körön átmenő áram pontosan egyenlő és ellentétes a hibás útvonalon átmenő kapacitív árral. Az induktív áram is a rendszer hibás útvonalán halad. A kapacitív és induktív áram kiejti egymást a hibás útvonalon, így nincs eredményül kapott áram a hibás útvonalon a föld alatti kábel kapacitív hatásából. Az ideális helyzet az alábbi ábrán látható.
Ez az elv először 1917-ben volt implementálva W. Petersen által, ezért az induktív kör ezen célra használt, nevezetes Petersen-kör.
A föld alatti kábelrendszerben a hibaáram kapacitív komponense magas. Amikor földhiba történik, a hibás útvonalon átmenő kapacitív áram nagysága 3-szorosa lesz az egészséges fázis feszültségének nominális értékének. Ez jelentősen eltoltja a feszültség nullátmetszését a rendszerben. A magas kapacitív áram miatt a hibahelyen többszörös iszapodás történhet, ami indokolhatja a rendszerben nem kívánt túlfeszültségeket.
A Petersen-kör induktivitása olyan értékre van beállítva vagy kijelölve, hogy az induktív áram pontosan kiejti a kapacitív áramot.
Számoljuk ki a Petersen-kör induktivitását egy háromfázisú föld alatti rendszer számára. Tegyük fel, hogy a rendszer minden fázisának vezetéke és a föld közötti kapacitása C farad. Ekkor a kapacitív lecsengési áram vagy töltési áram minden fázisban:
Tehát a hibás útvonalon átmenő kapacitív áram egy fázis-föld hiba esetén:
A hiba után a csillagpont fázisfeszültséget fog mutatni, mivel a nullpont eltolódik a hiba helyére. Így a feszültség, amely a körön jelenik meg, Vph. Tehát a körön átmenő induktív áram:
Most, a 3I nagyságú kapacitív áram kiejtéséhez, IL-nek ugyanolyan nagyságúnak kell lennie, de 180 fokkal elektrikusan eltérőnek. Tehát,
Amikor a rendszer tervezése vagy konfigurációja változik, például a hossz, a keretszelet, a vastagság vagy az izoláció minősége, a kör induktivitását be kell állítani. Ezért a Petersen-körök gyakran tap-váltó rendszert tartalmaznak.
