감쇠코일 또는 페터센코일

전류 억제 코일 정의

전류 억제 코일, 또는 페터슨 코일은 지하 전력망에서 대지 고장이 발생했을 때 발생하는 용량성 충전 전류를 중화시키는 데 사용되는 인덕티브 코일입니다.

목적 및 기능

코일은 대지 고장 시 큰 용량성 충전 전류를 반대 방향의 인덕티브 전류를 생성하여 감소시킵니다.

작동 원리

코일이 생성한 인덕티브 전류가 용량성 전류를 상쇄하여 고장 위치에서 아크가 발생하지 않습니다.

지하 시스템의 용량성 전류

지하 케이블은 도체와 지구 사이의 유전체 절연으로 인해 지속적인 용량성 전류가 있습니다.

인덕턴스 계산

3상 균형 시스템의 전압은 도표 1에 표시되어 있습니다.

고압 및 중압 지하 케이블 네트워크에서는 각 상이 도체와 지구 사이에 용량성을 가지며, 이로 인해 지속적인 용량성 전류가 발생합니다. 이 전류는 도표 2에서 보여주듯이 위상 전압보다 90도 앞서게 됩니다.

노란색 상에서 대지 고장이 발생하면, 노란색 상의 대지 전압이 0이 됩니다. 시스템의 중성점은 노란색 상 벡터의 끝으로 이동합니다. 결과적으로 건강한 상 (빨간색과 파란색)의 전압은 √3 배 증가하게 됩니다.

자연스럽게, 건강한 상 (빨간색과 파란색)의 각각의 용량성 전류는 도표 4에서 보여주듯이 √3 배 증가하게 됩니다.

이 두 용량성 전류의 벡터 합은 3I가 됩니다. 여기서 I는 균형 시스템에서의 정격 용량성 전류를 나타냅니다. 즉, 시스템이 건강하고 균형 상태일 때, IR = IY = IB = I 입니다.

이는 도표 5에서 설명되어 있습니다.

이 결과 전류는 아래 그림에서 보여주듯이 고장 경로를 통해 지구로 흐릅니다.

이제, 적절한 인덕턴스 값을 가진 하나의 인덕티브 코일 (일반적으로 철심 인덕터를 사용)을 시스템의 스타 포인트나 중성점과 지구 사이에 연결하면, 상황이 완전히 바뀝니다. 고장 상태에서 코일을 통과하는 전류는 고장 경로를 통과하는 용량성 전류와 크기와 위상이 정확히 같고 반대입니다. 인덕티브 전류도 시스템의 고장 경로를 따릅니다. 용량성 전류와 인덕티브 전류가 고장 경로에서 서로 상쇄되므로, 지하 케이블의 용량성 작용으로 인한 고장 경로를 통한 결과 전류는 없습니다. 이상적인 상황은 아래 도표에서 설명되어 있습니다.

이 개념은 1917년 W. Petersen에 의해 처음으로 구현되었으며, 이것이 이러한 목적을 위해 사용되는 인덕터 코일이 페터슨 코일이라고 불리는 이유입니다.

지하 케이블링 시스템에서 고장 전류의 용량성 구성 요소는 매우 큽니다. 대지 고장이 발생하면, 고장 경로를 통과하는 이 용량성 전류의 크기는 건강한 상의 정격 대지 용량성 전류의 3배가 됩니다. 이로 인해 시스템 내에서 전류의 제로 크로싱이 전압의 제로 크로싱에서 크게 이동하게 됩니다. 이 고용량성 전류가 대지 고장 경로에 존재하기 때문에, 고장 위치에서 일련의 재발생이 발생할 수 있으며, 이는 시스템 내에서 원하지 않는 과전압을 초래할 수 있습니다.

페터슨 코일의 인덕턴스는 용량성 전류를 정확히 중화시킬 수 있는 인덕티브 전류를 생성하도록 선택되거나 조정됩니다.

3상 지하 시스템을 위한 페터슨 코일의 인덕턴스를 계산해보겠습니다. 이를 위해 시스템의 각 상에서 도체와 지구 사이의 용량이 C Farad라고 가정하겠습니다. 그러면 각 상의 용량성 누설 전류 또는 충전 전류는 다음과 같습니다.

따라서, 단일 상 대지 고장 시 고장 경로를 통과하는 용량성 전류는 다음과 같습니다.

고장 후, 스타 포인트에는 위상 전압이 나타나며, 널 포인트가 고장 포인트로 이동합니다. 따라서 인덕터를 가로지르는 전압은 Vph가 됩니다. 따라서 코일을 통과하는 인덕티브 전류는 다음과 같습니다.

이제, 3I의 용량성 전류를 상쇄하기 위해서 IL은 같은 크기를 가져야 하지만 전기적으로 180도 차이가 있어야 합니다. 따라서,

시스템의 설계나 구성이 길이, 단면적, 두께, 절연 품질 등으로 변경되면, 코일의 인덕턴스를 조정해야 합니다. 따라서 페터슨 코일은 종종 탭 변경 장치를 가지고 있습니다.