Bobina de supresión de arcos ou Bobina de Petersen

Nunha rede eléctrica subterránea de alta e media tensión, sempre hai unha corrente de carga significativa que flúe do conductor á terra. Isto debeuse á isolación dieléctrica entre a terra e o conductor nos cables subterráneos. Durante unha falla á terra en calquera fase, nun sistema trifásico así, a corrente de carga do sistema idealmente converteuse en tres veces maior que a corrente de carga nominal por fase. Esta corrente de carga maior restrixe e pasa á terra a través do punto falloso, causando arcos allí. Para minimizar a gran corrente capacitiva de carga durante a falla á terra, conectase unha bobina inductiva dende o punto estrela á terra. A corrente creada nesta bobina durante a falla é oposta á corrente de carga do cable no mesmo instante, neutralizando así a corrente de carga do sistema. Esta bobina de inductancia adecuada coñécese como bobina de supresión de arco ou Petersen Coil.

As tensións dun sistema trifásico equilibrado móstranse na figura – 1.

Nunha rede de cables subterráneos de alta e media tensión, sempre hai unha capacitancia entre o conductor e a terra en cada fase. Debido a iso, sempre hai unha corrente capacitiva da fase á terra. En cada fase, a corrente capacitiva antecede á tensión da fase correspondente en 900 como se mostra na figura – 2.

Agora, supoño que hai unha falla á terra na fase amarela do sistema. Idealmente, a tensión da fase amarela, isto é, a tensión da fase amarela á terra, converteuse en cero. Así, o punto nulo do sistema desprázase ao extremo do vector da fase amarela, como se mostra na figura-3, abaixo. Como resultado, a tensión nas fases sadias (vermella e azul) converteuse en &sqrt;3 veces da orixinal.

Naturalmente, a corrente capacitiva correspondente en cada fase sana (vermella e azul) converteuse en &sqrt;3 da orixinal, como se mostra na figura-4, abaixo.

A suma vectorial, isto é, o resultado destas dúas correntes capacitivas, agora será 3I, onde I é a corrente capacitiva nominal por fase no sistema equilibrado. Isto significa que, nas condicións sadias e equilibradas do sistema, IR = IY =
IB = I.

Isto ilustrase na figura-5 abaixo,

Esta corrente resultante entón flúe a través do camiño falloso á terra como se mostra abaixo.

Agora, se conectamos unha bobina inductiva de valor de inductancia adecuado (xeralmente usa un inductor de núcleo de ferro) entre o punto estrela ou neutro do sistema e a terra, o escenario cambia completamente. Nas condicións de falla, a corrente a través do inductor é igual e oposta en magnitude e fase á corrente capacitiva a través do camiño falloso. A corrente inductiva tamén segue o camiño falloso do sistema. A corrente capacitiva e inductiva anúlanse mutuamente no camiño falloso, polo que non haxa corrente resultante a través do camiño falloso debido á acción capacitiva dos cables subterráneos. A situación ideal ilustrase na figura abaixo.

Este concepto foi implementado primeiro por W. Petersen en 1917, polo que a bobina inductiva usada para este propósito chámase Petersen Coil.
A compoñente capacitiva da corrente de falla é alta no sistema de cabliaxe subterráneo. Cando ocorre unha falla á terra, a magnitude desta corrente capacitiva a través do camiño falloso converteuse en 3 veces maior que a corrente capacitiva nominal de fase á terra das fases sadias. Isto causa un desprazamento significativo do cruce de cero da corrente lejos do cruce de cero da tensión no sistema. Debido á presenza desta corrente capacitiva alta no camiño de falla á terra, haxa unha serie de reestrikes no lugar da falla. Esto pode levar a sobretensión indeseable no sistema.
A inductancia da Petersen Coil seleccionase ou axustase a un valor que cause a corrente inductiva que poida neutralizar exactamente a corrente capacitiva.
Vamos calcular a inductancia da Petersen Coil para un sistema trifásico subterráneo.

Para iso, consideremos a capacitancia entre o conductor e a terra en cada fase dun sistema, é C farad. Entón, a corrente de fuga capacitiva ou corrente de carga en cada fase será

Así, a corrente capacitiva a través do camiño falloso durante unha falla de unha fase á terra é

Despois da falla, o punto estrela terá tensión de fase xa que o punto nulo desprázase ao punto de falla. Polo tanto, a tensión que aparece a través do inductor é Vph. Polo tanto, a corrente inductiva a través da bobina é

Agora, para cancelar a corrente capacitiva de valor 3I, IL debe ter a mesma magnitude pero 180o eléctricamente separados. Polo tanto,

Cando, o deseño ou configuración (en lonxitude e/ou sección transversal e/ou espesor e calidade no aislamento) do sistema cambia, a inductancia da bobina debe axustarse en consecuencia. É por iso que a menudo a Petersen Coil proporcionase con un dispositivo de cambio de tomas.

Declaración: Respetar o orixinal, os bo artigos merecen compartirse, se hai infracción, contacte para eliminar.