Bueudtrykskredsløb eller Petersen-kredsløb

Der strømmer altid en betydelig opladningsstrøm fra ledning til jord i underjordiske højspændings- og mellemspændings-netværk. Dette skyldes dielektrisk isolation mellem jord og ledning i underjordiske kabler. Ved en jordfejl i en fase i et 3-fase system, bliver opladningsstrømmen i systemet ideelt tre gange større end den nominale opladningsstrøm pr. fase. Denne større opladningsstrøm genoplivner og passerer til jorden gennem fejlstedet og forårsager bueilding. For at minimere den store kapacitive opladningsstrøm under jordfejl, kobles en induktiv spole fra stjernepunktet til jorden. Strømmen, der opstår i denne spole under fejl, er modsat kabelopladningsstrømmen på samme tidspunkt, hvilket neutraliserer opladningsstrømmen i systemet. Denne spole med passende induktans kaldes en Bue Undertrykkelseskøl eller Petersen Køl.

Spændingerne i et trefasebalanceret system vises i figur – 1.

I underjordiske højspændings- og mellemspændings-kablenet er der altid en kapacitans mellem ledning og jord i hver fase. Derfor er der altid en kapacitiv strøm fra fase til jord. I hver fase fører den kapacitive strøm den tilsvarende fasespænding med 900 som vist i figur – 2.

Antag nu, at der er en jordfejl i gul fasen af systemet. Ideelt set bliver spændingen i gul fase, altså gul fase til jordspænding, nul. Dermed flyttes nullpunktet i systemet til spidsen af vektoren for gul fase, som vist i figur-3 nedenfor. Dette resulterer i, at spændingen i de sunde faser (rød og blå) bliver &sqrt;3 gange den originale.

Naturoligt bliver den tilsvarende kapacitive strøm i hver sunde fase (rød og blå) &sqrt;3 gange den originale, som vist i figur-4 nedenfor.

Summen af disse to kapacitive strømme vil nu være 3I, hvor I er den nominale kapacitive strøm pr. fase i det balancerede system. Det betyder, at ved sund og balanceret tilstand i systemet, IR = IY =
IB = I.

Dette illustreres i figur- 5 nedenfor,

Denne resulterende strøm passerer derefter gennem fejlvejen til jorden som vist nedenfor.

Nu, hvis vi forbinder en induktiv spole med passende induktansværdi (generelt bruges en jernkerninduktor) mellem stjernepunktet eller neutralpunktet i systemet og jorden, vil scenariet være helt anderledes. Under fejltilstand er strømmen gennem induktoren lige så stor og modsat i retning som kapacitiv strøm gennem fejlvejen. Induktiv strøm følger også fejlvejen i systemet. Kapacitive og induktive strømmer neutraliserer hinanden i fejlvejen, og der vil ikke være nogen resulterende strøm gennem fejlvejen, der er skabt af kapacitiv virkning af underjordiske kabler. Den ideelle situation er illustreret i figuren nedenfor.

Dette koncept blev først implementeret af W. Petersen i 1917, og derfor kaldes induktoren Petersen Spole.
Kapacitiv komponenten af fejlstrømmen er høj i underjordiske kablersystemer. Når jordfejl opstår, bliver størrelsen af denne kapacitive strøm gennem fejlvejen 3 gange større end den nominale fasetil-jord kapacitive strøm i sunde fase. Dette forårsager en betydelig forskydning af nulpunktskrydsningen af strøm væk fra nulpunktskrydsningen af spænding i systemet. På grund af denne høje kapacitive strøm i jordfejlvejen vil der være en række genoplivninger ved fejlstedet. Dette kan føre til uønsket overspænding i systemet.
Induktansen af Petersen Spolen er valgt eller justeret til en værdi, der forårsager en induktiv strøm, der kan præcis neutralisere den kapacitive strøm.
Lad os beregne induktansen for Petersen Spol i et 3-fase underjordisk system.

For at gøre dette, lad os antage, at kapacitansen mellem ledning og jord i hver fase af et system er C farad. Så vil den kapacitive leckagestrøm eller opladningsstrøm i hver fase være

Så, den kapacitive strøm gennem fejlvejen under en fase til jordfejl er

Efter fejl har stjernepunktet fasespænding, da nulpunktet er flyttet til fejlstedet. Så spændingen, der optræder over induktoren, er Vph. Derfor er den induktive strøm gennem spolen

Nu, for at neutralisere en kapacitiv strøm på 3I, skal IL have samme størrelse, men være 180o elektrisk forskudt. Derfor,

Når design eller konfiguration (i længde og/eller tværsnit og/eller tykkelse og isolationskvalitet) i systemet ændres, skal induktansen af spolen tilpasses i overensstemmelse hermed. Derfor er Petersen spolen ofte udstyret med tap-changing arrangement.

Erklæring: Respektér originalen, godt artikel værd at dele, hvis der er krænkelse kontakt slet.