Bobina di soppressione dell'arco o Bobina di Petersen

Definizione del Coil di Suppressione dell'Arco

Un coil di suppressione dell'arco, noto anche come coil di Petersen, è un coil induttivo utilizzato per neutralizzare la corrente di carica capacitiva nelle reti elettriche sotterranee in caso di guasto a terra.

Scopo e Funzione

Il coil riduce la grande corrente di carica capacitiva durante un guasto a terra creando una corrente induttiva opposta.

Principio di Funzionamento

La corrente induttiva generata dal coil annulla la corrente capacitiva, prevenendo l'arco all'interruzione del guasto.

Corrente Capacitiva nei Sistemi Sotterranei

I cavi sotterranei hanno una corrente capacitiva continua a causa dell'isolamento dielettrico tra il conduttore e la terra.

Calcolo dell'Induttanza

Le tensioni di un sistema trifase bilanciato sono mostrate nella figura – 1.

Nei sistemi di cavi ad alta e media tensione sotterranei, ogni fase ha una capacitance tra il conduttore e la terra, portando a una corrente capacitiva continua. Questa corrente precede la tensione della fase di 90 gradi come mostrato nella figura – 2.

Se si verifica un guasto a terra nella fase gialla, la tensione della fase gialla rispetto alla terra diventa zero. Il punto neutro del sistema si sposta sulla punta del vettore della fase gialla. Di conseguenza, la tensione nelle fasi sane (rossa e blu) aumenta a &sqrt;3 volte il valore originale.

Naturalmente, la corrente capacitiva corrispondente in ciascuna fase sana (rossa e blu) diventa &sqrt;3 del valore originale, come mostrato nella figura-4, qui sotto.

La somma vettoriale risultante di queste due correnti capacitive ora sarà 3I, dove I è considerata la corrente capacitiva nominale per fase nel sistema bilanciato. Ciò significa che, in condizioni di equilibrio del sistema, IR = IY = IB = I.

Questo è illustrato nella figura- 5 qui sotto,

Questa corrente risultante poi fluisce attraverso il percorso difettoso verso la terra, come mostrato di seguito.

Ora, se connettiamo un coil induttivo di valore di induttanza appropriato (generalmente viene utilizzato un induttore a nucleo di ferro) tra il punto stellato o neutrale del sistema e la terra, lo scenario cambierà completamente. In condizioni di guasto, la corrente attraverso l'induttore sarà esattamente uguale e opposta in magnitudine e fase a quella della corrente capacitiva attraverso il percorso difettoso. La corrente induttiva segue anche il percorso difettoso del sistema. Le correnti capacitiva e induttiva si annullano nel percorso difettoso, quindi non ci sarà alcuna corrente risultante attraverso il percorso difettoso causata dall'azione capacitiva del cavo sotterraneo. La situazione ideale è illustrata nella figura qui sotto.

Questo concetto fu implementato per la prima volta da W. Petersen nel 1917, per questo motivo l'induttore coil utilizzato per questo scopo è chiamato Coil di Petersen.

Il componente capacitivo della corrente di guasto è elevato nei sistemi di cavi sotterranei. Quando si verifica un guasto a terra, l'entità di questa corrente capacitiva attraverso il percorso difettoso diventa 3 volte superiore alla corrente capacitiva nominale fase-terra delle fasi sane. Questo causa uno spostamento significativo dello zero crossing della corrente rispetto allo zero crossing della tensione nel sistema. A causa della presenza di questa corrente capacitiva elevata nel percorso di guasto a terra, si verificheranno una serie di riaccensioni al punto del guasto. Questo può portare a sovratensioni indesiderate nel sistema.

L'induttanza del Coil di Petersen è selezionata o regolata a tale valore che causa la corrente induttiva che può esattamente neutralizzare la corrente capacitiva.

Calcoliamo l'induttanza del Coil di Petersen per un sistema sotterraneo trifase. Per questo, consideriamo la capacitance tra il conduttore e la terra in ciascuna fase del sistema, C farad. Allora, la corrente di carica o di perdita capacitiva in ciascuna fase sarà

Quindi, la corrente capacitiva attraverso il percorso difettoso durante un guasto monofase a terra sarà

Dopo il guasto, il punto stellato avrà una tensione di fase poiché il punto nullo si sposta al punto del guasto. Quindi, la tensione appare attraverso l'induttore è Vph. Pertanto, la corrente induttiva attraverso il coil sarà

Ora, per annullare la corrente capacitiva di valore 3I, IL deve avere la stessa magnitudine ma essere elettricamente separato di 180°. Quindi,

Quando il design o la configurazione del sistema cambia, come lunghezza, sezione trasversale, spessore o qualità dell'isolamento, l'induttanza del coil deve essere regolata. Pertanto, i coil di Petersen spesso hanno un dispositivo di cambio di passo.