
地下高压和中压电力网络中,导体与地之间始终存在显著的充电电流。这是由于地下电缆中的电介质绝缘造成的。在三相系统中的任何一相发生接地故障时,系统的充电电流理想上会变为每相额定充电电流的三倍。这种较大的充电电流通过故障点重新击穿并流向地面,从而引起电弧。为了在接地故障期间最小化大的电容性充电电流,从星点连接一个电感线圈到地。该线圈在故障期间产生的电流与电缆充电电流在同一时刻相反,因此中和了系统中的充电电流。这种具有适当电感的线圈被称为 Arc Suppression Coil 或 Petersen Coil。
三相平衡系统的电压如图1所示。
在地下高压和中压电缆网络中,每相导体与地之间始终存在电容。因此,每相都有从相到地的电容电流。在每一相中,电容电流领先相应的相电压900,如图2所示。
现在假设系统中的黄色相发生了接地故障。理想情况下,黄色相的电压即黄色相到地的电压变为零。因此,系统的零点移至黄色相矢量的尖端,如图3所示。结果,健康相(红色和蓝色)的电压变为原来的 &sqrt;3 倍。
自然地,每个健康相(红色和蓝色)中的相应电容电流变为原来的 &sqrt;3 倍,如图4所示。
这两个电容电流的向量和即结果为3I,其中I是平衡系统中每相的额定电容电流。这意味着,在系统健康的平衡状态下,IR = IY =
IB = I。
这在下图5中进行了说明,
然后这个结果电流通过故障路径流向地面,如下所示。
现在,如果我们在系统星点或中性点与地之间连接一个合适电感值的电感线圈(通常使用铁芯电感器),情况将完全改变。在故障条件下,电感器中的电流在大小和相位上等于且相反于通过故障路径的电容电流。电感电流也跟随系统的故障路径。电容电流和电感电流在故障路径上相互抵消,因此不会由于地下电缆的电容效应而在故障路径上有任何结果电流。理想的状况如下图所示。
这一概念最早由W. Petersen在1917年实现,这就是为什么用于此目的的电感线圈称为Petersen Coil。
地下电缆系统中的故障电流的电容分量很高。当发生接地故障时,通过故障路径的电容电流的幅度变为健康相的额定相到地电容电流的3倍。这导致系统中电流的过零点显著偏离电压的过零点。由于故障路径中存在高电容电流,会在故障位置产生一系列重燃。这可能导致系统中出现不必要的过电压。
Petersen Coil的电感被选择或调整为能够精确中和电容电流的值。
让我们计算一个三相地下系统的Petersen Coil的电感。
为此,我们考虑系统中每相导体与地之间的电容为C法拉。那么每相中的电容泄漏电流或充电电流将是
因此,在单相接地故障期间通过故障路径的电容电流为
故障后,星点将具有相电压,因为零点已移至故障点。因此,出现在电感器上的电压是Vph。因此,通过线圈的电感电流为
现在,为了抵消值为3I的电容电流,IL 必须具有相同的幅度但电气上相差180o。因此,
当系统的设计或配置(长度、横截面、厚度和绝缘质量)发生变化时,线圈的电感需要相应调整。这就是为什么Petersen线圈经常配备抽头变换装置。
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