Bågningskompensator eller Petersen-kompensator

Definition av bågutsläckningsspole

En bågutsläckningsspole, även känd som en Petersen-spole, är en induktiv spole som används för att neutralisera den kapacitiva laddningsströmmen i underjordiska elkraftnät vid jordfel.

Syfte och funktion

Spolen minskar den stora kapacitiva laddningsströmmen vid jordfel genom att skapa en motsatt induktiv ström.

Arbetsprincip

Den induktiva ström som genereras av spolen neutraliserar den kapacitiva strömmen, vilket förhindrar bågar vid felet.

Kapacitiv ström i underjordiska system

Underjordiska kabelsystem har en kontinuerlig kapacitiv ström på grund av dielektriska isoleringen mellan ledaren och marken.

Induktansberäkning

Spänningsvärdena i ett trefasigt balanserat system visas i figur – 1.

I underjordiska högspännings- och medelspänningskabelnät har varje fas kapacitans mellan ledaren och marken, vilket leder till en kontinuerlig kapacitiv ström. Denna ström leder fasens spänning med 90 grader, som visas i figur – 2.

Om ett jordfel uppstår i den gula fasen, blir spänningen mellan den gula fasen och marken noll. Systemets neutralpunkt flyttas till spetsen av den gula fasens vektor. Därför ökar spänningen i de hälsofulla faserna (röd och blå) till &sqrt;3 gånger det ursprungliga värdet.

Naturligtvis blir den motsvarande kapacitiva strömmen i varje hälsofull fas (röd och blå) &sqrt;3 av det ursprungliga värdet, som visas i figur-4 nedan.

Vektorsumman som är resultatet av dessa två kapacitiva strömmar blir nu 3I, där I är den nominella kapacitiva strömmen per fas i det balanserade systemet. Det innebär att, vid hälsosamt balanserat tillstånd i systemet, I R = IY = IB = I.

Detta illustreras i figur- 5 nedan,

Denna resulterande ström flödar sedan genom den felaktiga vägen till marken, som visas nedan.

Nu, om vi ansluter en induktiv spole med lämplig induktansvärde (vanligtvis används en järnkärna) mellan stjärnpunkten eller neutralpunkten av systemet och marken, kommer scenariot att ändras helt. Vid felförhållanden blir strömmen genom induktorn exakt lika stor men motsatt i magnitud och fas jämfört med den kapacitiva strömmen genom den felaktiga vägen. Den induktiva strömmen följer också den felaktiga vägen i systemet. Den kapacitiva och induktiva strömmen neutraliserar varandra vid den felaktiga vägen, så det kommer inte att finnas någon resulterande ström genom den felaktiga vägen orsakad av den kapacitiva effekten av den underjordiska kabeln. Den idealiska situationen illustreras i figuren nedan.

Detta koncept implementerades först av W. Petersen 1917, därför kallas induktorkullen för Petersen-spole.

Den kapacitiva komponenten av felsströmmen är hög i underjordiska kablingsystem. När jordfel uppstår, blir magnituden av denna kapacitiva ström genom den felaktiga vägen 3 gånger större än den nominella fas-till-jord kapacitiva strömmen i hälsofull fas. Detta orsakar en betydande förskjutning av nollpassagen för ström bort från nollpassagen för spänning i systemet. På grund av denna höga kapacitiva ström i jordfelvägen kommer det att uppstå en serie återupptändningar vid felets plats. Detta kan leda till oönskad överspänning i systemet.

Induktansen hos Petersen-spolen väljs eller justeras till ett värde som ger den induktiva strömmen som exakt neutraliserar den kapacitiva strömmen.

Låt oss beräkna induktansen för Petersen-spolen för ett trefasigt underjordiskt system. För detta antar vi att kapacitansen mellan ledaren och marken i varje fas av systemet är C farad. Då blir den kapacitiva läckageströmmen eller laddningsströmmen i varje fas

Så, den kapacitiva strömmen genom den felaktiga vägen vid ensidigt jordfel är

Efter felen har stjärnpunkten fasens spänning eftersom nulpunkten har flyttats till felets plats. Så spänningen som uppträder över induktorn är Vph. Därför är den induktiva strömmen genom spolen

Nu, för neutralisering av den kapacitiva strömmen med värdet 3I, måste IL ha samma magnitud men vara 180o elektriskt ifrån. Därför,

När designen eller konfigurationen av systemet ändras, till exempel längd, tvärsnitt, tjocklek eller isoleringskvalitet, måste induktansen av spolen justeras. Därför har Petersen-spolar ofta en tap-changing-anordning.