Buekversteringsspole eller Petersen-spole

Definisjon av bueløpsdempende spole

En bueløpsdempende spole, også kjent som en Petersen-spole, er en induktiv spole som brukes for å neutralisere den kapasitive opladningsstrømmen i underjordiske kraftnett under jordfeil.

Formål og funksjon

Spolen reduserer den store kapasitive opladningsstrømmen under jordfeil ved å opprette en motstykkende induktiv strøm.

Arbeidsprinsipp

Den induktive strømmen generert av spolen nullstiller den kapasitive strømmen, noe som hindrer bueilding ved feilpunktet.

Kapasitiv strøm i underjordiske systemer

Underjordiske kabler har en kontinuerlig kapasitiv strøm på grunn av dielektrisk isolasjon mellom ledningen og jorden.

Induktansberegning

Spanningen i et trefasert balansert system vises i figur – 1.

I underjordiske høy- og mediumspenningskabelnett har hver fase kapasitet mellom ledningen og jorden, noe som fører til en kontinuerlig kapasitiv strøm. Denne strømmen følger fasens spenning med 90 grader, som vist i figur – 2.

Hvis det oppstår et jordfeil i gule fasen, blir spenningen fra gul fase til jord null. Systemets nøytralpunkt flyttes til tippet av vektoren for den gule fasen. Dermed øker spenningen i de sunne fasene (rød og blå) til &sqrt;3 ganger den opprinnelige verdien.

Naturgitt blir den tilsvarende kapasitive strømmen i hver sunn fase (rød og blå) &sqrt;3 av den opprinnelige, som vist i figur-4 nedenfor.

Vektorsummen, som er resultatet av disse to kapasitive strømmer, vil nå være 3I, der I er den normale kapasitive strømmen per fase i det balanserte systemet. Dette betyr at ved sunn balansert tilstand i systemet, I R = IY = IB = I.

Dette er illustrert i figur- 5 nedenfor,

Denne resulterende strømmen strømmer så gjennom den feilfulle banen til jord som vist nedenfor.

Nå, hvis vi kobler en induktiv spole med passende induktansverdi (vanligvis bruker man en jernkjernespole) mellom stjernetopp eller nøytralpunktet i systemet og jord, vil situasjonen endres helt. Under feiltilfelle vil strømmen gjennom induktoren være akkurat like stor men motsatt i størrelse og fase av den kapasitive strømmen gjennom den feilfulle banen. Den induktive strømmen følger også den feilfulle banen i systemet. De kapasitive og induktive strømmene nullstiller hverandre i den feilfulle banen, slik at det ikke vil være noen resulterende strøm gjennom den feilfulle banen som skyldes den kapasitive virkningen av den underjordiske kabelen. Den ideelle situasjonen er illustrert i figuren nedenfor.

Dette konseptet ble først implementert av W. Petersen i 1917, derfor kalles induktoren for Petersen-spole.

Den kapasitive komponenten av feilstrømmen er høy i underjordiske kablersystemer. Når det oppstår jordfeil, blir størrelsen på denne kapasitive strømmen gjennom den feilfulle banen 3 ganger større enn den normale fasen til jord-kapasitive strømmen i sunne faser. Dette forårsaker en betydelig forskyvning av nullgjennomgangen av strømmen unna nullgjennomgangen av spenning i systemet. På grunn av denne høye kapasitive strømmen i jordfeilbanen vil det være en rekke re-striking ved feilstedet. Dette kan føre til uønsket overvoltage i systemet.

Induktansen til Petersen-spolen velges eller justeres til en verdi som forårsaker en induktiv strøm som kan nøyaktig neutralisere den kapasitive strømmen.

La oss beregne induktansen til Petersen-spolen for et trefasert underjordisk system. For dette antar vi at kapasiteten mellom ledningen og jorden i hver fase i systemet er C farad. Da vil den kapasitive lekkasjestrømmen eller opladningsstrømmen i hver fase være

Så den kapasitive strømmen gjennom den feilfulle banen under en-fase til jordfeil er

Etter feil vil stjernetopp ha fasens spenning da nullpunktet er flyttet til feilpunktet. Så spenningen som opptrer over induktoren er Vph. Dermed er den induktive strømmen gjennom spolen

Nå, for å nullstille den kapasitive strømmen med verdien 3I, må IL ha samme størrelse, men være 180o elektrisk forskjøvet. Derfor,

Når designet eller konfigurasjonen av systemet endres, som lengde, tversnitt, tykkelse eller isolasjonskvalitet, må induktansen til spolen justeres. Derfor har Petersen-spoler ofte en tapendringssammenstilling.