Cuộn Dây Ứng Dụng Hoặc Cuộn Dây Petersen

Định nghĩa cuộn dây triệt hồ quang

Cuộn dây triệt hồ quang, còn được gọi là cuộn dây Petersen, là một cuộn cảm được sử dụng để trung hòa dòng điện nạp điện dung trong các mạng điện ngầm khi xảy ra sự cố chạm đất.

Mục đích và chức năng

Cuộn dây giảm thiểu dòng điện nạp điện dung lớn trong trường hợp xảy ra sự cố chạm đất bằng cách tạo ra dòng điện cảm ngược chiều.

Nguyên lý hoạt động

Dòng điện cảm do cuộn dây tạo ra sẽ triệt tiêu dòng điện dung, ngăn chặn hiện tượng hồ quang tại điểm sự cố.

Dòng điện dung trong hệ thống ngầm

Cáp ngầm có dòng điện dung liên tục do lớp cách điện giữa dây dẫn và đất.

Tính toán độ tự cảm

Điện áp của hệ thống ba pha cân bằng được thể hiện trong hình – 1.

Trong các mạng cáp ngầm điện áp cao và trung bình, mỗi pha có điện dung giữa dây dẫn và đất, dẫn đến dòng điện dung liên tục. Dòng điện này dẫn trước điện áp pha 90 độ như được thể hiện trong hình – 2.

Nếu xảy ra sự cố chạm đất ở pha vàng, điện áp từ pha vàng đến đất trở thành không. Điểm trung tính của hệ thống dịch chuyển đến đỉnh của vector pha vàng. Do đó, điện áp ở các pha lành (đỏ và xanh) tăng lên &sqrt;3 lần giá trị ban đầu.

Tự nhiên, dòng điện dung tương ứng ở mỗi pha lành (đỏ và xanh) trở thành &sqrt;3 lần giá trị ban đầu như được thể hiện trong hình-4 dưới đây.

Tổng vectơ của hai dòng điện dung này bây giờ sẽ là 3I, trong đó I được lấy là dòng điện dung định mức cho mỗi pha trong hệ thống cân bằng. Điều đó có nghĩa là, trong điều kiện cân bằng khỏe mạnh của hệ thống, I R = IY = IB = I.

Điều này được minh họa trong hình- 5 dưới đây,

Dòng điện kết quả sau đó chảy qua đường đi lỗi đến đất như được hiển thị dưới đây.

Bây giờ, nếu chúng ta kết nối một cuộn cảm có độ tự cảm phù hợp (thường sử dụng cuộn cảm lõi sắt) giữa điểm sao hoặc điểm trung tính của hệ thống và đất, tình huống sẽ hoàn toàn thay đổi. Trong trường hợp lỗi, dòng điện qua cuộn cảm vừa bằng và ngược chiều với dòng điện dung qua đường đi lỗi. Dòng điện cảm cũng theo đường đi lỗi của hệ thống. Dòng điện dung và dòng điện cảm triệt tiêu nhau trên đường đi lỗi, do đó không có dòng điện kết quả nào thông qua đường đi lỗi do tác động điện dung của cáp ngầm. Tình huống lý tưởng được minh họa trong hình dưới đây.

Khái niệm này được thực hiện lần đầu tiên bởi W. Petersen vào năm 1917, vì vậy cuộn cảm được sử dụng cho mục đích này được gọi là cuộn dây Petersen.

Thành phần điện dung của dòng điện lỗi cao trong hệ thống cáp ngầm. Khi xảy ra sự cố chạm đất, cường độ dòng điện dung qua đường đi lỗi trở thành 3 lần lớn hơn dòng điện dung định mức từ pha đến đất của pha lành. Điều này gây ra sự dịch chuyển đáng kể của điểm giao cắt zero của dòng điện so với điểm giao cắt zero của điện áp trong hệ thống. Do sự tồn tại của dòng điện dung cao trong đường đi lỗi, sẽ có một loạt các lần tái kích tại vị trí lỗi. Điều này có thể dẫn đến quá áp không mong muốn trong hệ thống.

Độ tự cảm của cuộn dây Petersen được chọn hoặc điều chỉnh ở giá trị khiến dòng điện cảm có thể triệt tiêu chính xác dòng điện dung.

Hãy chúng ta tính độ tự cảm của cuộn dây Petersen cho một hệ thống ngầm ba pha. Đối với điều này, hãy xem xét điện dung giữa dây dẫn và đất trong mỗi pha của hệ thống, là C farad. Sau đó, dòng rò rỉ điện dung hoặc dòng điện nạp trong mỗi pha sẽ là

Vì vậy, dòng điện dung qua đường đi lỗi trong trường hợp sự cố một pha đến đất là

Sau khi xảy ra sự cố, điểm sao sẽ có điện áp pha vì điểm trung tính đã dịch chuyển đến điểm lỗi. Vì vậy, điện áp xuất hiện trên cuộn cảm là Vph. Do đó, dòng điện cảm qua cuộn dây là

Bây giờ, để triệt tiêu dòng điện dung có giá trị 3I, IL phải có cùng cường độ nhưng lệch 180o về mặt điện. Do đó,

Khi thiết kế hoặc cấu hình của hệ thống thay đổi, chẳng hạn như chiều dài, tiết diện, độ dày hoặc chất lượng cách điện, độ tự cảm của cuộn dây phải được điều chỉnh. Do đó, cuộn dây Petersen thường có cơ chế thay đổi tap.