Cewka tłumiąca łuk elektryczny lub cewka Petersena

W podziemnych sieciach wysokiego i średniego napięcia zawsze płynie znaczący prąd ładujący od przewodnika do ziemi. Jest to spowodowane dielektrycznym izolatorem między ziemią a przewodnikiem w kabli podziemnym. W przypadku uszkodzenia ziemnego w dowolnej fazie, w systemie trójfazowym, idealnie prąd ładujący systemu staje się trzy razy większy niż nominalny prąd ładujący na fazę. Ten większy prąd ładujący ponownie uderza i przepływa do ziemi przez punkt awarii, powodując łukowanie. Aby zminimalizować duży prąd ładujący pojemnościowy podczas uszkodzenia ziemnego, jeden cewnik indukcyjny jest podłączony od punktu gwiazdowego do ziemi. Prąd generowany w tym cewniku podczas awarii ma przeciwny kierunek do prądu ładującego kabla w tym samym momencie, co neutralizuje prąd ładujący systemu. Cewnik o odpowiedniej indukcyjności jest znany jako Coil stłuczki łuku lub Petersen Coil.

Napięcia systemu trójfazowego zbilansowanego są pokazane na rysunku – 1.

W podziemnej sieci kablowej wysokiego i średniego napięcia, zawsze istnieje pojemność między przewodnikiem a ziemią w każdej fazie. Dlatego zawsze istnieje prąd pojemnościowy od fazy do ziemi. W każdej fazie prąd pojemnościowy wyprzedza odpowiadające mu napięcie fazowe o 900, jak pokazano na rysunku – 2.

Teraz załóżmy, że wystąpiła awaria ziemna w żółtej fazie systemu. Ideowo, napięcie żółtej fazy, czyli napięcie żółtej fazy do ziemi, staje się zerowe. W rezultacie, punkt zerowy systemu przesuwa się na szpic wektora żółtej fazy, jak pokazano na rysunku – 3, poniżej. W konsekwencji, napięcie w zdrowych fazach (czerwonej i niebieskiej) staje się &sqrt;3 razy większe niż oryginalne.

Naturalnie, odpowiadający prąd pojemnościowy w każdej zdrowej fazie (czerwonej i niebieskiej) staje się &sqrt;3 razy większy niż oryginalny, jak pokazano na rysunku – 4, poniżej.

Suma wektorowa, czyli wynik tych dwóch prądów pojemnościowych, będzie teraz równa 3I, gdzie I jest przyjętym prądem pojemnościowym na fazę w zbilansowanym systemie. To oznacza, że w zdrowym, zbilansowanym stanie systemu, IR = IY =
IB = I.

To jest ilustrowane na rysunku – 5 poniżej,

Ten wynikowy prąd następnie przepływa przez drogę awaryjną do ziemi, jak pokazano poniżej.

Teraz, jeśli podłączymy jeden cewnik indukcyjny o odpowiedniej wartości indukcyjności (ogólnie używany jest cewnik z rdzeniem żelaznym) między punkt gwiazdowy lub punkt neutralny systemu a ziemią, scenariusz całkowicie się zmieni. W warunkach awaryjnych, prąd przez cewnik indukcyjny jest dokładnie równy i przeciwny w wielkości i fazie do prądu pojemnościowego przez drogę awaryjną. Prąd indukcyjny również podąża drogą awaryjną systemu. Prądy pojemnościowe i indukcyjne anulują się nawzajem w drodze awaryjnej, dlatego nie będzie żadnego wynikowego prądu przez drogę awaryjną spowodowanego działaniem pojemnościowym kabla podziemnego. Ideałowa sytuacja jest ilustrowana na rysunku poniżej.

Ten koncepcja została po raz pierwszy zaimplementowana przez W. Petersena w 1917 roku, stąd cewnik indukcyjny używany do tego celu nazywany jest Petersen Coil.
Składnik pojemnościowy prądu awaryjnego jest wysoki w systemie kablowym podziemnym. Gdy wystąpi awaria ziemna, wielkość tego prądu pojemnościowego przez drogę awaryjną staje się 3 razy większa niż nominalny prąd pojemnościowy fazowy zdrowej fazy. To powoduje znaczne przesunięcie przejścia przez zero prądu w systemie. Obecność tego wysokiego prądu pojemnościowego w drodze awaryjnej powoduje serię ponownych uderzeń w miejscu awarii. Może to prowadzić do niepożądanych przetensionów w systemie.
Indukcyjność Petersen Coil jest wybierana lub dostosowywana do takiej wartości, która powoduje prąd indukcyjny, który może dokładnie zneutralizować prąd pojemnościowy.
Obliczmy indukcyjność Petersen Coil dla systemu trójfazowego podziemnego.

Dla tego załóżmy, że pojemność między przewodnikiem a ziemią w każdej fazie systemu wynosi C farad. Wtedy prąd pojemnościowy wyciekowy lub ładujący w każdej fazie wyniesie

Więc, prąd pojemnościowy przez drogę awaryjną podczas jednofazowej awarii ziemnej wyniesie

Po awarii, punkt gwiazdowy będzie miał napięcie fazowe, ponieważ punkt zerowy przesunął się do punktu awarii. Więc napięcie pojawiające się na cewniku indukcyjnym wyniesie Vph. W związku z tym, prąd indukcyjny przez cewnik wyniesie

Teraz, aby zneutralizować prąd pojemnościowy o wartości 3I, IL musi mieć tę samą wielkość, ale być elektrycznie oddalony o 180o. Zatem,

Gdy projekt lub konfiguracja (w długości i/lub przekroju i/lub grubości i jakości izolacji) systemu ulega zmianie, indukcyjność cewnika musi zostać odpowiednio dostosowana. Dlatego często Petersen Coil jest wyposażony w układ zmiany tapów.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto dzielić, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.