Boogdemper of Petersen-coil

Er stroomt altijd een aanzienlijke ladingstroom van geleider naar aarde in ondergrondse hoog- en middenspanningsnetwerken. Dit komt door de dielektrische isolatie tussen aarde en geleider in de ondergrondse kabels. Tijdens een aardfout in een fase, in een driefasig systeem, wordt de ladingstroom van het systeem ideaal gezien drie keer groter dan de nominale ladingstroom per fase. Deze grotere ladingstroom veroorzaakt een herontlading en stroomt via het foutpunt naar de aarde, wat daar een boog veroorzaakt. Om de grote capacitaire ladingstroom tijdens een aardfout te minimaliseren, wordt een inductieve spoel van de ster-punt naar aarde verbonden. De stroom die in deze spoel tijdens de fout wordt opgewekt, is tegengesteld aan de kabel-ladingstroom op hetzelfde moment, waardoor de ladingstroom van het systeem wordt geneutraliseerd. Deze spoel met een geschikte inductie wordt bekend als een boogonderdrukkingsspoel of Petersen-spoel.

De spanningen van een driedriefasig gebalanceerd systeem zijn weergegeven in figuur – 1.

In ondergrondse hoog- en middenspanningskabelnetwerken is er altijd een capaciteit tussen geleider en aarde in elke fase. Daardoor is er altijd een capacitaire stroom van fase naar aarde. In elke fase loopt de capacitaire stroom 900 voor op de overeenkomstige fasespanning, zoals weergegeven in figuur – 2.

Stel nu dat er een aardfout optreedt in de geleide fase van het systeem. Ideaal gezien wordt de spanning van de geleide fase, oftewel de geleide fase naar aardespanning, nul. Hierdoor verschuift het neutrale punt van het systeem naar de top van de geleide fasevector, zoals weergegeven in figuur-3 hieronder. Als gevolg hiervan wordt de spanning in de gezonde fasen (rood en blauw) &sqrt;3 keer zo groot als de oorspronkelijke.

Natuurlijk wordt de overeenkomstige capacitaire stroom in elke gezonde fase (rood en blauw) &sqrt;3 keer zo groot als de oorspronkelijke, zoals weergegeven in figuur-4 hieronder.

De vector som, oftewel het resultaat van deze twee capacitaire stromen, zal nu 3I zijn, waarbij I de nominale capacitaire stroom per fase in het gebalanceerde systeem is. Dat betekent dat bij een gezond en gebalanceerd systeem, IR = IY =
IB = I.

Dit wordt geïllustreerd in figuur-5 hieronder,

Deze resulterende stroom stroomt vervolgens door het foutpad naar de aarde, zoals hieronder weergegeven.

Als we nu een inductieve spoel met een geschikte inductie waarde (meestal wordt een ijzerkerninductor gebruikt) verbinden tussen de ster-punt of neutrale punt van het systeem en de grond, verandert het scenario volledig. Bij een foutomstandigheid is de stroom door de inductor precies gelijk en tegengesteld in grootte en fase aan de capacitaire stroom door het foutpad. De inductieve stroom volgt ook het foutpad van het systeem. De capacitaire en inductieve stromen neutraliseren elkaar in het foutpad, zodat er geen resulterende stroom door het foutpad ontstaat als gevolg van de capacitaire werking van de ondergrondse kabel. De ideale situatie is weergegeven in de onderstaande figuur.

Dit concept werd voor het eerst geïmplementeerd door W. Petersen in 1917, vandaar dat de inductor-coil die voor dit doel wordt gebruikt, de naam Petersen-spoel draagt.
De capacitaire component van de foutstroom is hoog in het ondergrondse kabelsysteem. Wanneer een aardfout optreedt, wordt de grootte van deze capacitaire stroom door het foutpad 3 keer zo groot als de nominale fase naar aarde capacitaire stroom van de gezonde fase. Dit veroorzaakt een aanzienlijke verschuiving van het nulpunt van de stroom weg van het nulpunt van de spanning in het systeem. Door de aanwezigheid van deze hoge capacitaire stroom in het aardfoutpad kunnen er een reeks herontladingen plaatsvinden op de foutlocatie. Dit kan leiden tot ongewenste overspanningen in het systeem.
De inductie van de Petersen-spoel wordt geselecteerd of aangepast op een waarde die de inductieve stroom veroorzaakt die de capacitaire stroom exact kan neutraliseren.
Laten we de inductie van de Petersen-spoel berekenen voor een driefasig ondergronds systeem.

Daarvoor laten we de capaciteit tussen geleider en aarde in elke fase van een systeem, C farad, overwegen. Dan zal de capacitaire lekstroom of ladingstroom in elke fase zijn

Dus, de capacitaire stroom door het foutpad tijdens een éénfasige aardfout is

Na de fout heeft de ster-punt een fasespanning, omdat het neutrale punt verschuift naar het foutpunt. Dus de spanning die over de inductor verschijnt, is Vph. Daarom is de inductieve stroom door de spoel

Nu, voor de neutralisatie van de capacitaire stroom van waarde 3I, moet IL dezelfde grootte hebben, maar 180o elektrisch uit elkaar. Dus,

Wanneer het ontwerp of de configuratie (in lengte en/of doorsnede en/of dikte en kwaliteit van de isolatie) van het systeem verandert, moet de inductie van de spoel dienovereenkomstig worden aangepast. Daarom wordt de Petersen-spoel vaak voorzien van een tapveranderingsschakeling.

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er schending van rechten is neem dan contact op voor verwijdering.