วงจรป้อนเกลียวหรือวงจรป้อนเกลียวแบบเพเตอร์เซน

คำนิยามของคอยล์ระบายอาร์ก

คอยล์ระบายอาร์ก หรือที่รู้จักในชื่อคอยล์เพเตอร์เซ็น เป็นคอยล์เหนี่ยวนำที่ใช้ในการป้องกันกระแสชาร์จความจุในระบบไฟฟ้าใต้ดินระหว่างการเกิดความผิดปกติทางดิน

วัตถุประสงค์และฟังก์ชัน

คอยล์ลดกระแสชาร์จความจุขนาดใหญ่ระหว่างการเกิดความผิดปกติทางดินโดยสร้างกระแสเหนี่ยวนำที่ตรงข้าม

หลักการทำงาน

กระแสเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นโดยคอยล์จะทำให้กระแสความจุหายไป ป้องกันการเกิดอาร์กที่จุดความผิดปกติ

กระแสความจุในระบบใต้ดิน

สายเคเบิลใต้ดินมีกระแสความจุอย่างต่อเนื่องเนื่องจากฉนวนดีอิเล็กทริกระหว่างคอนดักเตอร์และพื้นดิน

การคำนวณความเหนี่ยวนำ

แรงดันไฟฟ้าของระบบสามเฟสที่สมดุลแสดงในภาพที่ 1

ในเครือข่ายสายเคเบิลแรงดันสูงและแรงดันกลางใต้ดิน แต่ละเฟสมีความจุระหว่างคอนดักเตอร์และพื้นดิน ทำให้มีกระแสความจุอย่างต่อเนื่อง กระแสความจุนี้นำหน้าแรงดันเฟส 90 องศา ตามที่แสดงในภาพที่ 2

หากเกิดความผิดปกติทางดินในเฟสสีเหลือง แรงดันเฟสสีเหลืองต่อพื้นดินจะเป็นศูนย์ จุดกลางของระบบจะเปลี่ยนไปที่ปลายเวกเตอร์เฟสสีเหลือง ผลคือ แรงดันในเฟสที่สมบูรณ์ (สีแดงและสีน้ำเงิน) จะเพิ่มขึ้นเป็น &sqrt;3 เท่าของค่าเดิม

ตามธรรมชาติ กระแสความจุที่สอดคล้องในแต่ละเฟสที่สมบูรณ์ (สีแดงและสีน้ำเงิน) จะเป็น &sqrt;3 ของค่าเดิม ตามที่แสดงในภาพที่ 4 ด้านล่าง

ผลรวมเวกเตอร์ของกระแสความจุสองกระแสที่ได้จะเท่ากับ 3I โดย I คือกระแสความจุต่อเฟสในระบบสมดุล ซึ่งหมายความว่า ในสภาพสมดุล IR = IY = IB = I

นี่แสดงในภาพที่ 5 ด้านล่าง

กระแสที่ได้จากการรวมเวกเตอร์นี้จะไหลผ่านทางผิดปกติไปยังพื้นดินตามที่แสดงด้านล่าง

หากเราเชื่อมคอยล์เหนี่ยวนำที่มีค่าความเหนี่ยวนำเหมาะสม (โดยทั่วไปใช้คอยล์เหนี่ยวนำแบบแกนเหล็ก) ระหว่างจุดกลางหรือจุดกลางของระบบและพื้นดิน สถานการณ์จะเปลี่ยนไป เมื่อเกิดความผิดปกติ กระแสผ่านคอยล์จะเท่ากับและตรงข้ามกับกระแสความจุผ่านทางผิดปกติ กระแสเหนี่ยวนำยังคงผ่านทางผิดปกติของระบบ กระแสความจุและกระแสเหนี่ยวนำจะยกเลิกกันที่ทางผิดปกติ ทำให้ไม่มีกระแสที่ได้จากการกระทำความจุของสายเคเบิลใต้ดิน สถานการณ์ที่ดีที่สุดแสดงในภาพด้านล่าง

แนวคิดนี้ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดย W. Petersen ในปี 1917 นั่นคือเหตุผลที่คอยล์เหนี่ยวนำถูกใช้สำหรับวัตถุประสงค์นี้ และเรียกว่าคอยล์เพเตอร์เซ็น

ส่วนความจุของกระแสผิดปกติสูงในระบบสายเคเบิลใต้ดิน เมื่อเกิดความผิดปกติทางดิน ขนาดของกระแสความจุผ่านทางผิดปกติจะมากกว่ากระแสความจุเฟสต่อพื้นดินของเฟสที่สมบูรณ์ 3 เท่า ทำให้จุดตัดศูนย์ของกระแสห่างจากจุดตัดศูนย์ของแรงดันในระบบอย่างมาก เนื่องจากมีกระแสความจุสูงในทางผิดปกติ มีโอกาสเกิดการฟื้นฟูหลายครั้งที่จุดผิดปกติ อาจทำให้เกิดแรงดันเกินในระบบ

ความเหนี่ยวนำของคอยล์เพเตอร์เซ็นถูกเลือกหรือปรับให้มีค่าที่ทำให้กระแสเหนี่ยวนำสามารถทำลายกระแสความจุได้อย่างสมบูรณ์

ลองคำนวณความเหนี่ยวนำของคอยล์เพเตอร์เซ็นสำหรับระบบใต้ดินสามเฟส ให้เราพิจารณาความจุระหว่างคอนดักเตอร์และพื้นดินในแต่ละเฟสของระบบ คือ C ฟาราด แล้วกระแสชาร์จความจุในแต่ละเฟสจะเป็น

ดังนั้น กระแสความจุผ่านทางผิดปกติระหว่างการเกิดความผิดปกติทางดินเฟสเดียวจะเป็น

หลังจากเกิดความผิดปกติ จุดกลางจะมีแรงดันเฟสเนื่องจากจุดศูนย์เปลี่ยนไปที่จุดผิดปกติ ดังนั้น แรงดันที่ปรากฏบนคอยล์คือ Vph ดังนั้น กระแสเหนี่ยวนำผ่านคอยล์คือ

สำหรับการทำลายกระแสความจุค่า 3I IL ต้องมีขนาดเท่ากันแต่ทางไฟฟ้าต่างกัน 180 องศา ดังนั้น

เมื่อการออกแบบหรือการกำหนดค่าของระบบเปลี่ยนแปลง เช่น ความยาว พื้นที่ตัดขวาง ความหนา หรือคุณภาพของฉนวน ความเหนี่ยวนำของคอยล์ต้องได้รับการปรับเปลี่ยน ดังนั้น คอยล์เพเตอร์เซ็นมักมีการจัดเรียงการเปลี่ยนแท็ป