Дугозагасна котушка або котушка Петерсена

Визначення дуговідсувального котла

Дуговідсувальний котел, також відомий як котел Петерсена, - це індуктивна спіраль, яка використовується для нейтралізації ємкісного заряджувального струму в підземних електричних мережах при земельному замиканні.

Мета та функція

Котел зменшує великий ємкісний заряджувальний струм при земельному замиканні, створюючи протилежний індуктивний струм.

Принцип роботи

Індуктивний струм, генерований котлом, знищує ємкісний струм, запобігаючи утворенню дуги в точці замикання.

Ємкісний струм в підземних системах

Підземні кабелі мають постійний ємкісний струм через діелектричну ізоляцію між провідником і землею.

Розрахунок індуктивності

Напруги трьохфазної симетричної системи показані на рисунку – 1.

У підземних високонапігних та середньонапігних кабельних мережах кожна фаза має ємність між провідником і землею, що призводить до постійного ємкісного струму. Цей струм опережає фазову напругу на 90 градусів, як показано на рисунку – 2.

Якщо земельне замикання відбувається в жовтій фазі, напруга між жовтою фазою і землею стає нульовою. Нейтральна точка системи зсувається до вершини вектора жовтої фази. В результаті, напруга в здорових фазах (червоної і синьої) збільшується до &sqrt;3 разів від початкового значення.

Зрозуміло, що відповідний ємкісний струм в кожній здоровій фазі (червоної і синьої) стає &sqrt;3 від початкового, як показано на рисунку-4 нижче.

Сума векторів цих двох ємкісних струмів тепер буде 3I, де I - це номінальний ємкісний струм на фазу в симетричній системі. Це означає, що при здоровому симетричному стані системи, I R = IY = IB = I.

Це показано на рисунку-5 нижче,

Цей результируючий струм потім проходить через шлях замикання до землі, як показано нижче.

Тепер, якщо ми під'єднаємо один індуктивний котел зі відповідним значенням індуктивності (зазвичай використовується залізний сердечник) між зірчастою точкою або нейтральною точкою системи та землею, ситуація повністю зміниться. При аварійному стані струм через індуктор буде рівним і протилежним за величиною та фазою ємкісному струму через аварійний шлях. Індуктивний струм також слідує аварійному шляху системи. Ємкісний та індуктивний струми знищують одне одного в аварійному шляху, тому не буде жодного результируючого струму через аварійний шлях, створеного через ємкісну дію підземного кабелю. Ідеальна ситуація показана на рисунку нижче.

Цей концепт був вперше реалізований W. Petersen в 1917 році, тому індуктивний котел, який використовується для цього, називається котлом Петерсена.

Ємкісна компонента аварійного струму висока в підземних кабельних системах. Коли відбувається земельне замикання, величина цього ємкісного струму через аварійний шлях стає 3 рази більшою, ніж номінальний ємкісний струм фази до землі здорових фаз. Це призводить до значного зміщення перетину нуля струму від перетину нуля напруги в системі. Через наявність цього високого ємкісного струму в шляху земельного замикання можуть відбуватися послідовні повторні пробої в точці замикання. Це може призвести до небажаного перевищення напруги в системі.

Індуктивність котла Петерсена вибирається або налаштовується на таке значення, яке призводить до індуктивного струму, який точно нейтралізує ємкісний струм.

Нехай обчислимо індуктивність котла Петерсена для трифазної підземної системи. Для цього розглянемо ємність між провідником і землею в кожній фазі системи, яка становить C фарад. Тоді ємкісний струм утечки або заряджувальний струм в кожній фазі буде

Отже, ємкісний струм через аварійний шлях під час однофазного земельного замикання буде

Після аварії, зірчаста точка матиме фазову напругу, оскільки нульова точка зміщується до точки замикання. Тому напруга, що з'являється на індукторі, становить Vph. Отже, індуктивний струм через котел буде

Тепер, для знищення ємкісного струму величини 3I, IL має мати ту ж величину, але бути електрично на 180o віддаленим. Тому,

Коли дизайн або конфігурація системи змінюється, наприклад, довжина, поперечне сечение, товщина або якість ізоляції, індуктивність котла повинна бути налаштована. Тому котли Петерсена часто мають механізм зміни обмоток.