Zglobni zavojnik ili Petersenov zavojnik

U podzemnim mrežama visokog i srednjeg napona uvek teče značajna nabavna struja od vodnika do zemlje. To je posljedica dielektrične izolacije između zemlje i vodnika u podzemnim kablama. Tijekom zemljanih grešaka u bilo kojoj fazi, u trofaznom sustavu, nabavna struja sustava idealno postaje tri puta veća od nominalne nabavne struje po fazi. Ova veća nabavna struja ponovno zapali i prođe kroz točku greške na zemlju, uzrokujući lukove. Da bi se smanjila velika kapacitivna nabavna struja tijekom zemljane greške, jedan induktivni zavojnik povezan je od zvjezdane točke do zemlje. Struja stvorena u ovom zavojniku tijekom greške suprotna je strujom nabave kablova u tom trenutku, čime se neutralizira nabavna struja sustava. Ovaj zavojnik od prikladne induktivnosti poznat je kao zavojnik za potiskivanje luka ili Petersenov zavojnik.

Naponi trofaznog uravnoteženog sustava prikazani su na slici – 1.

U podzemnim mrežama visokog i srednjeg napona, u svakoj fazi uvijek postoji kapacitet između vodnika i zemlje. Zbog toga uvijek postoji kapacitivna struja od faze do zemlje. U svakoj fazi kapacitivna struja prethodi odgovarajućem faznom naponu za 90° kao što je prikazano na slici – 2.

Pretpostavimo sada da je došlo do zemljane greške u žutoj fazi sustava. Idealno, napon žute faze, odnosno napon od žute faze do zemlje, postaje nula. Stoga se nultočka sustava pomakla na vrh vektora žute faze, kao što je prikazano na slici-3, ispod. Kao rezultat, napon u zdravim fazama (crvenoj i plavoj) postaje &sqrt;3 puta veći od originalnog.

Prirodno, odgovarajuća kapacitivna struja u svakoj zdravoj fazi (crvenoj i plavoj) postaje &sqrt;3 puta veća od originalne, kao što je prikazano na slici-4, ispod.

Vektorski zbroj, odnosno rezultantne ove dvije kapacitivne struje sada će biti 3I, gdje I predstavlja nominalnu kapacitivnu struju po fazi u uravnoteženom sustavu. To znači, u zdravom uravnoteženom stanju sustava, IR = IY =
IB = I.

To je ilustrirano na slici-5 ispod,

Ova rezultantna struja tada teče kroz neispravan put do zemlje, kao što je prikazano ispod.

Sada, ako spojimo jedan induktivni zavojnik od prikladne induktivnosti (obično se koristi željezni jezgreni induktor) između zvjezdane točke ili neutralne točke sustava i zemlje, scenario će biti potpuno promijenjen. U neispravnom stanju, struja kroz induktor jednaka i suprotna je po magnitudi i fazi od kapacitivne struje kroz neispravni put. Induktivna struja također prati neispravni put sustava. Kapacitivna i induktivna struja međusobno se poništavaju na neispravnom putu, stoga neće biti nikakve rezultantne struje kroz neispravni put stvorene zbog kapacitivnog djelovanja podzemnih kablova. Idealna situacija je prikazana na slici ispod.

Ovu koncept je prvi put implementirao W. Petersen 1917. godine, stoga se induktivni zavojnik koristi za tu svrhu, naziva se Petersenov zavojnik.
Kapacitivni dio struje greške visok u podzemnim kabelskim sustavima. Kada dođe do zemljane greške, magnituda ove kapacitivne struje kroz neispravni put postaje 3 puta veća od nominalne kapacitivne struje od faze do zemlje zdrave faze. To uzrokuje značajno pomak nultočke struje od nultočke napona u sustavu. Zbog prisutnosti ove visoke kapacitivne struje u putu zemljane greške događaju se serija re-strikinga na lokaciji greške. To može dovesti do neželjenog prenapona u sustavu.
Induktivnost Petersenovog zavojnika odabire se ili prilagođava na vrijednost koja uzrokuje induktivnu struju koja može točno neutralizirati kapacitivnu struju.
Hajde da izračunamo induktivnost Petersenovog zavojnika za trofazni podzemni sustav.

Za to pretpostavimo kapacitet između vodnika i zemlje u svakoj fazi sustava, C farad. Tada će kapacitivna curenja struja ili nabavna struja u svakoj fazi biti

Stoga, kapacitivna struja kroz neispravni put tijekom jednofazne zemljane greške je

Nakon greške, zvjezdana točka će imati fazni napon jer se nultočka pomakla na točku greške. Stoga napon koji se pojavljuje na induktoru je Vph. Stoga, induktivna struja kroz zavojnik je

Sada, za poništavanje kapacitivne struje vrijednosti 3I, IL mora imati istu magnitudu, ali 180° električno različitu. Stoga,

Kada se dizajn ili konfiguracija (u dužini i/ili presjeku i/ili debljini i kvaliteti izolacije) sustava promijeni, induktivnost zavojnika treba prilagoditi. Stoga se Petersenov zavojnik često pruža s uređajem za promjenu tapova.

Izjava: Poštujte original, dobre članke vrijede za djeljenje, ako postoji kršenje autorskih prava kontaktirajte za brisanje.