Дугогасительная катушка или катушка Петерсена

В подземных высоковольтных и средневольтных сетях всегда протекает значительный зарядный ток от проводника к земле. Это связано с диэлектрической изоляцией между землей и проводником в подземных кабелях. При однофазном замыкании на землю в трехфазной системе зарядный ток системы идеально становится в три раза больше номинального зарядного тока на фазу. Этот больший зарядный ток повторно возникает и проходит через место неисправности, вызывая дугу. Чтобы минимизировать большой емкостный зарядный ток при однофазном замыкании на землю, индуктивная катушка соединяется от звездной точки до земли. Ток, создаваемый в этой катушке при неисправности, противоположен по величине и фазе току заряда кабеля, таким образом, нейтрализуя зарядный ток системы. Эта катушка с подходящей индуктивностью известна как катушка подавления дуги или катушка Петерсена.

Напряжения сбалансированной трехфазной системы показаны на рисунке – 1.

В подземных высоковольтных и средневольтных кабельных сетях всегда существует емкость между проводником и землей в каждой фазе. Из-за этого всегда присутствует емкостный ток от фазы к земле. В каждой фазе емкостный ток опережает соответствующее фазное напряжение на 900, как показано на рисунке – 2.

Теперь предположим, что произошло однофазное замыкание на землю в желтой фазе системы. Идеально, напряжение желтой фазы, то есть напряжение желтой фазы относительно земли, становится равным нулю. Таким образом, нулевая точка системы смещается к концу вектора желтой фазы, как показано на рисунке-3 ниже. В результате напряжение в здоровых фазах (красной и синей) становится &sqrt;3 раз больше исходного.

Соответственно, емкостный ток в каждой здоровой фазе (красной и синей) становится &sqrt;3 раз больше исходного, как показано на рисунке-4 ниже.

Векторная сумма, то есть результат этих двух емкостных токов, теперь будет равна 3I, где I - это номинальный емкостный ток на фазу в сбалансированной системе. Это означает, что в здоровом сбалансированном состоянии системы IR = IY = IB = I.

Это показано на рисунке-5 ниже,

Этот результирующий ток затем проходит через неисправный путь к земле, как показано ниже.

Теперь, если мы подключим одну индуктивную катушку с подходящим значением индуктивности (обычно используется железный сердечник) между звездной точкой или нейтральной точкой системы и землей, ситуация полностью изменится. При неисправности ток через индуктор будет равен и противоположен по величине и фазе емкостному току через неисправный путь. Индуктивный ток также следует по неисправному пути системы. Емкостный и индуктивный токи взаимно компенсируют друг друга на неисправном пути, поэтому не будет никакого результирующего тока через неисправный путь, вызванного емкостным действием подземного кабеля. Идеальная ситуация показана на рисунке ниже.

Эта концепция была впервые реализована W. Petersen в 1917 году, поэтому индуктивная катушка, используемая для этой цели, называется катушкой Петерсена.
Емкостная составляющая тока короткого замыкания высока в подземных кабельных системах. Когда происходит однофазное замыкание на землю, величина этого емкостного тока через неисправный путь становится в три раза больше номинального емкостного тока фазы к земле в здоровой фазе. Это вызывает значительное смещение нулевых переходов тока от нулевых переходов напряжения в системе. Из-за наличия этого высокого емкостного тока в пути замыкания на землю будет происходить серия повторных пробоев в месте неисправности. Это может привести к нежелательному перенапряжению в системе.
Индуктивность катушки Петерсена выбирается или регулируется таким образом, чтобы индуктивный ток мог точно нейтрализовать емкостный ток.
Давайте рассчитаем индуктивность катушки Петерсена для трехфазной подземной системы.

Для этого предположим, что емкость между проводником и землей в каждой фазе системы составляет C фарад. Тогда емкостный утечный ток или зарядный ток в каждой фазе будет

Таким образом, емкостный ток через неисправный путь при однофазном замыкании на землю будет

После неисправности звездная точка будет иметь фазное напряжение, так как нулевая точка смещается к месту неисправности. Поэтому напряжение, появляющееся на индукторе, равно Vph. Следовательно, индуктивный ток через катушку будет

Теперь, для компенсации емкостного тока величиной 3I, IL должен иметь ту же величину, но быть электрически смещен на 180o. Следовательно,

Когда дизайн или конфигурация (в длине и/или поперечном сечении и/или толщине и качестве изоляции) системы меняется, индуктивность катушки должна быть соответственно отрегулирована. Именно поэтому часто катушка Петерсена оснащена устройством изменения числа витков.

Заявление: Уважайте оригиналы, хорошие статьи стоит делиться, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.