Bobina de supressió d'arc o Bobina de Petersen

En les xarxes de corrent elèctrica d'alta i mitja tensió soterrades, hi ha sempre una corrent de càrrega significativa que flueix des del conductor a terra. Això es deu a l'aïllament dielèctric entre la terra i el conductor en els cables soterrats. En cas de defecte a terra en qualsevol fase, en un sistema trifàsic, la corrent de càrrega del sistema es converteix idealment en tres vegades més gran que la corrent de càrrega nominal per fase. Aquesta corrent de càrrega més gran torna a impactar i passa a terra a través del punt defectuós, causant arcing. Per minimitzar la gran corrent capacitiva de càrrega durant el defecte a terra, es connecta una bobina inductiva des del punt estrella a terra. La corrent creada en aquesta bobina durant el defecte és oposada a la corrent de càrrega del cable al mateix instant, neutralitzant així la corrent de càrrega del sistema. Aquesta bobina d'inductància adequada és coneguda com a bobina de supressió d'arc o bobina de Petersen.

Les tensions d'un sistema trifàsic equilibrat es mostren a la figura – 1.

En les xarxes de cables d'alta i mitja tensió soterrades, hi ha sempre una capacitància entre el conductor i la terra en cada fase. A causa d'això, hi ha sempre una corrent capacitiva des de la fase a la terra. En cada fase, la corrent capacitiva precedeix la tensió de la fase corresponent en 900 com es mostra a la figura – 2.

Ara suposem que hi ha un defecte a terra a la fase groga del sistema. Idealment, la tensió de la fase groga, és a dir, la tensió de la fase groga a terra, es converteix en zero. Així, el punt neutre del sistema es desplaça al final del vector de la fase groga, com es mostra a la figura-3, a continuació. Com a resultat, la tensió en les fases sanes (vermella i blava) es converteix en &sqrt;3 vegades la original.

Naturalment, la corrent capacitiva corresponent en cada fase sana (vermella i blava) es converteix en &sqrt;3 de la original, com es mostra a la figura-4, a continuació.

La suma vectorial, és a dir, el resultat d'aquestes dues corrents capacitivas, ara serà 3I, on I es pren com a corrent capacitiva nominal per fase en el sistema equilibrat. Això significa que, en condicions sanes i equilibrades del sistema, IR = IY =
IB = I.

Això es il·lustra a la figura- 5 a continuació,

Aquesta corrent resultant llavors flueix a través del camí defectuós a la terra, com es mostra a continuació.

Ara, si connectem una bobina inductiva amb un valor d'inductància adequat (generalment s'utilitza un inductor de nucli de ferro) entre el punt estrella o neutre del sistema i la terra, el escenari canviarà completament. En condicions defectuoses, la corrent a través de l'inductor és igual i oposada en magnitud i fase a la corrent capacitiva a través del camí defectuós. La corrent inductiva també segueix el camí defectuós del sistema. La corrent capacitiva i inductiva s'anul·len mútuament al camí defectuós, per tant, no hi haurà cap corrent resultant a través del camí defectuós degut a l'acció capacitiva del cable soterrat. La situació ideal es il·lustra a la figura següent.

Aquest concepte va ser implementat per primera vegada per W. Petersen el 1917, per això l'inductor s'utilitza per a aquest propòsit, anomenat bobina de Petersen.
El component capacitiv de la corrent de defecte és alt en el sistema de cablació soterrat. Quan ocorre un defecte a terra, la magnitud d'aquesta corrent capacitiva a través del camí defectuós es converteix en 3 vegades més gran que la corrent capacitiva nominal de fase a terra de les fases sanes. Això provoca un desplaçament significatiu del pas per zero de la corrent allunyant-se del pas per zero de la tensió en el sistema. Degut a la presència d'aquesta alta corrent capacitiva en el camí de defecte a terra, hi haurà una sèrie de reimpulsos al lloc de defecte. Això pot portar a sobretensions indesitjades en el sistema.
L'inductància de la bobina de Petersen es selecciona o ajusta a un valor que provoca la corrent inductiva que pot neutralitzar exactament la corrent capacitiva.
Anem a calcular l'inductància de la bobina de Petersen per a un sistema soterrat trifàsic.

Per a això, considerem la capacitància entre el conductor i la terra en cada fase d'un sistema, és C farads. Llavors, la corrent de fuga o de càrrega capacitiva en cada fase serà

Per tant, la corrent capacitiva a través del camí defectuós durant un defecte d'una fase a terra és

Després del defecte, el punt estrella tindrà una tensió de fase ja que el punt neutre s'ha desplaçat al punt de defecte. Per tant, la tensió apareix a través de l'inductor és Vph. Per tant, la corrent inductiva a través de la bobina és

Ara, per cancel·lar la corrent capacitiva de valor 3I, IL ha de tenir la mateixa magnitud però 180o electrònicament separades. Per tant,

Quan el disseny o la configuració (en longitud i/o secció transversal i/o gruix i qualitat d'aislament) del sistema canvia, l'inductància de la bobina ha de ser ajustada en conseqüència. És per això que sovint la bobina de Petersen es proporciona amb un dispositiu de canvi de tapes.

Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per eliminar-lo.