วงจรป้องกันอาร์คหรือวงจรปีเตอร์สัน

ในระบบไฟฟ้าแรงดันสูงและแรงดันปานกลางใต้ดิน มักจะมีกระแสชาร์จที่ไหลจากสายไฟไปยังพื้นดินอยู่เสมอ นี่เป็นเพราะฉนวนระหว่างพื้นดินกับสายไฟในสายเคเบิลใต้ดิน ในกรณีที่เกิดความผิดปกติทางดินในเฟสใดเฟสหนึ่งของระบบสามเฟส กระแสชาร์จของระบบจะเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่าของกระแสชาร์จที่กำหนดไว้ต่อเฟส กระแสชาร์จที่ใหญ่ขึ้นนี้จะทำให้เกิดการอาร์คที่จุดที่ผิดปกติ เพื่อลดกระแสชาร์จที่ใหญ่จากการผิดปกติทางดิน เราเชื่อมต่อคอยล์อินดักทีฟจากจุดศูนย์กลาง (star point) ไปยังพื้นดิน กระแสที่สร้างขึ้นในคอยล์นี้ในระหว่างความผิดปกติจะตรงข้ามกับกระแสชาร์จของสายเคเบิลในเวลาเดียวกัน ทำให้กระแสชาร์จของระบบถูกutralize คอยล์ที่มีความอินดักท์ที่เหมาะสมนี้เรียกว่า Arc Suppression Coil หรือ Petersen Coil.

แรงดันของระบบสามเฟสที่สมดุลแสดงในรูปที่ 1.

ในระบบสายเคเบิลใต้ดินแรงดันสูงและแรงดันปานกลาง มักจะมีความจุระหว่างสายไฟและพื้นดินในแต่ละเฟส ดังนั้นมีกระแสคาปาซิทีฟจากเฟสไปยังพื้นดินอยู่เสมอ ในแต่ละเฟส กระแสคาปาซิทีฟนำแรงดันเฟสที่สอดคล้องกันโดย 900 ดังแสดงในรูปที่ 2.

สมมติว่ามีความผิดปกติทางดินที่เฟสสีเหลืองของระบบ ตามทฤษฎี แรงดันของเฟสสีเหลืองซึ่งคือแรงดันเฟสสีเหลืองต่อพื้นดินจะกลายเป็นศูนย์ ดังนั้นจุดศูนย์กลางของระบบจะเปลี่ยนไปที่ปลายเวกเตอร์เฟสสีเหลือง ดังแสดงในรูปที่ 3 ด้านล่าง ผลคือ แรงดันในเฟสที่ไม่มีปัญหา (สีแดงและสีฟ้า) จะเพิ่มขึ้นเป็น &sqrt;3 เท่าของค่าเดิม

ตามธรรมชาติ กระแสคาปาซิทีฟในแต่ละเฟสที่ไม่มีปัญหา (สีแดงและสีฟ้า) จะเพิ่มขึ้นเป็น &sqrt;3 เท่าของค่าเดิม ดังแสดงในรูปที่ 4 ด้านล่าง

ผลรวมเวกเตอร์ของกระแสคาปาซิทีฟทั้งสองนี้จะเป็น 3I โดย I คือกระแสคาปาซิทีฟที่กำหนดไว้ต่อเฟสในระบบสมดุล นั่นหมายความว่า ในสภาพที่สมดุลของระบบ IR = IY = IB = I.

ภาพประกอบนี้แสดงในรูปที่ 5 ด้านล่าง

กระแสผลรวมนี้จะไหลผ่านเส้นทางที่ผิดปกติไปยังพื้นดิน ดังแสดงด้านล่าง

หากเราเชื่อมต่อคอยล์อินดักทีฟที่มีค่าความอินดักท์ที่เหมาะสม (โดยทั่วไปใช้อินดักทอร์แกน) ระหว่างจุดศูนย์กลาง (star point) หรือจุดกลางของระบบกับพื้นดิน สถานการณ์จะเปลี่ยนแปลงไปทั้งหมด ในกรณีที่มีความผิดปกติ กระแสผ่านคอยล์จะเท่ากับและตรงข้ามกับกระแสคาปาซิทีฟผ่านเส้นทางที่ผิดปกติ กระแสอินดักทีฟยังคงผ่านเส้นทางที่ผิดปกติของระบบ กระแสคาปาซิทีฟและกระแสอินดักทีฟจะยกเลิกกันที่เส้นทางที่ผิดปกติ ดังนั้นจะไม่มีกระแสผลรวมผ่านเส้นทางที่ผิดปกติที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลใต้ดิน สถานการณ์ที่เหมาะสมแสดงในรูปด้านล่าง

แนวคิดนี้ได้รับการนำมาใช้ครั้งแรกโดย W. Petersen ในปี 1917 ดังนั้นคอยล์อินดักทีฟที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์นี้เรียกว่า Petersen Coil
ส่วนคาปาซิทีฟของกระแสความผิดปกติสูงในระบบสายเคเบิลใต้ดิน เมื่อมีความผิดปกติทางดิน ขนาดของกระแสคาปาซิทีฟผ่านเส้นทางที่ผิดปกติจะเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่าของกระแสคาปาซิทีฟที่กำหนดไว้ต่อเฟสของเฟสที่ไม่มีปัญหา นี่ทำให้จุดศูนย์กลางของการไหลของกระแสเคลื่อนที่ออกจากจุดศูนย์กลางของแรงดันในระบบ เนื่องจากมีกระแสคาปาซิทีฟสูงในเส้นทางที่ผิดปกติจะมีการอาร์คซ้ำๆ ที่จุดที่ผิดปกติ ซึ่งอาจทำให้เกิดแรงดันเกินในระบบ
ความอินดักท์ของ Petersen Coil ถูกเลือกหรือปรับให้มีค่าที่ทำให้กระแสอินดักทีฟสามารถยกเลิกกระแสคาปาซิทีฟได้พอดี
มาคำนวณความอินดักท์ของ Petersen Coil สำหรับระบบใต้ดินสามเฟส

สำหรับนั้น ให้เราพิจารณาความจุระหว่างสายไฟและพื้นดินในแต่ละเฟสของระบบ เป็น C ฟาราด แล้วกระแสการรั่วไหลหรือกระแสชาร์จในแต่ละเฟสจะเป็น

ดังนั้น กระแสคาปาซิทีฟผ่านเส้นทางที่ผิดปกติในกรณีที่มีความผิดปกติทางดินในเฟสเดียวคือ

หลังจากเกิดความผิดปกติ จุดศูนย์กลางจะมีแรงดันเฟสเนื่องจากจุดศูนย์กลางเปลี่ยนไปที่จุดที่ผิดปกติ ดังนั้นแรงดันที่ปรากฏขึ้นระหว่างอินดักทอร์คือ Vph ดังนั้น กระแสอินดักทีฟผ่านคอยล์คือ

ตอนนี้ สำหรับการยกเลิกกระแสคาปาซิทีฟที่มีค่า 3I IL ต้องมีขนาดเท่ากันแต่แตกต่างกัน 180o ทางไฟฟ้า ดังนั้น

เมื่อการออกแบบหรือการกำหนดค่า (ในความยาวและ/หรือส่วนตัดขวางและ/หรือความหนาและความดีของฉนวน) ของระบบเปลี่ยนแปลง ความอินดักท์ของคอยล์ต้องปรับให้เหมาะสม นั่นคือเหตุผลที่มักจะมีการจัดเตรียมการเปลี่ยนแปลง tap สำหรับ Petersen coil

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.