Дугогасна котушка або котушка Петерсена

У підземних високовольтних та середньовольтних мережах завжди присутній значний зарядний струм, що протікає від провідника до землі. Це обумовлено діелектричною ізоляцією між землею та провідником у підземних кабелях. Під час земельного збою в будь-якій фазі, у трьохфазній системі, зарядний струм системи ідеально стає тричі більшим за номінальний зарядний струм на фазу. Цей більший зарядний струм повторно проходить через місце збою, спричинюючи дугові розряди. Для зменшення великого ємкісного зарядного струму під час земельного збою, одна індуктивна катушка з'єднується від зіркової точки до землі. Струм, створений в цій катушці під час збою, є протилежним до зарядного струму кабелю в той же момент, таким чином, нейтралізує зарядний струм системи. Ця катушка з відповідною індуктивністю відома як Дуговий Завітний Катушка або Катушка Петерсена.

Напруги трьохфазної симетричної системи показані на рисунку – 1.

У підземних високовольтних та середньовольтних кабельних мережах завжди присутня ємність між провідником та землею в кожній фазі. Через це завжди присутній ємкісний струм від фази до землі. У кожній фазі ємкісний струм опережає відповідну фазну напругу на 900, як показано на рисунку – 2.

Тепер припустимо, що у системі відбувається земельний збій у жовтій фазі. Ідеально, напруга жовтої фази, тобто напруга між жовою фазою та землею, стає нульовою. Таким чином, нульова точка системи зміщується на вершину вектора жової фази, як показано на рисунку-3 нижче. В результаті, напруга в здорових фазах (червоної та синьої) стає &sqrt;3 разів більшою за початкову.

Зрозуміло, що відповідний ємкісний струм в кожній здоровій фазі (червої та синьої) стає &sqrt;3 разів більшим за початковий, як показано на рисунку-4 нижче.

Сума векторів, тобто результат цих двох ємкісних струмів, тепер буде 3I, де I — це номінальний ємкісний струм на фазу в симетричній системі. Це означає, що при здоровому симетричному стані системи, IR = IY =
IB = I.

Це показано на рисунку-5 нижче,

Цей результативний струм потім протікає через шлях збою до землі, як показано нижче.

Якщо ми з'єднаємо одну індуктивну катушку з відповідною індуктивністю (зазвичай використовується катушка з залізним сердечником) між зірковою точкою або нейтральною точкою системи та землею, ситуація зовсім зміниться. При збої, струм через індуктор буде рівним і протилежним за величиною та фазою ємкісному струму через шлях збою. Індуктивний струм також слідує шляху збою системи. Ємкісний та індуктивний струми компенсують один одного на шляху збою, тому не буде жодного результативного струму через шлях збою, спричиненого ємкісною дією підземного кабелю. Ідеальна ситуація показана на рисунку нижче.

Ця концепція була вперше реалізована W. Петерсеном у 1917 році, тому катушка, яка використовується для цієї мети, називається Катушкою Петерсена.
Ємкісна компонента струму збою висока в підземних кабельних системах. Коли відбувається земельний збій, величина цього ємкісного струму через шлях збою стає тричі більшою за номінальний ємкісний струм земельної фази здорової фази. Це призводить до значного зсуву перетину нуля струму від перетину нуля напруги в системі. Через наявність цього великого ємкісного струму на шляху земельного збою може відбуватися серія повторних ударів в місці збою. Це може призвести до небажаного перевищення напруги в системі.
Індуктивність Катушки Петерсена вибирається або налаштовується на таке значення, яке призводить до індуктивного струму, який точно нейтралізує ємкісний струм.
Розрахуємо індуктивність Катушки Петерсена для трьохфазної підземної системи.

Для цього припустимо, що ємність між провідником та землею в кожній фазі системи становить C фарад. Тоді ємкісний струм витеку або зарядний струм в кожній фазі буде

Отже, ємкісний струм через шлях збою під час однофазного земельного збою буде

Після збою, зіркова точка матиме фазну напругу, оскільки нульова точка зміщується до точки збою. Тому напруга, що з'являється на індукторі, становить Vph. Отже, індуктивний струм через катушку буде

Зараз, для компенсації ємкісного струму величини 3I, IL повинен мати таку саму величину, але бути електрично віддаленим на 180o. Тому,

Коли проектування або конфігурація (в довжині та/або перерізі та/або товщині та якості ізоляції) системи змінюється, індуктивність катушки має бути відповідно налаштована. Саме тому часто Катушка Петерсена надіяна з механізмом зміни кількості витків.

Заява: Поважайте оригінал, добре написані статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.