Cuộn Dây Ứng Cảm Hoặc Cuộn Dây Petersen

Luôn có dòng điện sạc đáng kể chảy từ dây dẫn đến đất trong mạng điện cao áp và trung áp ngầm. Điều này là do sự cách điện giữa đất và dây dẫn trong cáp ngầm. Trong trường hợp xảy ra sự cố chạm đất ở bất kỳ pha nào, trong hệ thống 3 pha như vậy, dòng điện sạc của hệ thống lý tưởng sẽ trở thành ba lần lớn hơn dòng điện sạc định mức mỗi pha. Dòng điện sạc lớn này tái kích và đi qua điểm lỗi và gây ra hồ quang tại đó. Để giảm thiểu dòng điện sạc dung lớn trong quá trình xảy ra sự cố chạm đất, một cuộn cảm được kết nối từ điểm sao đến đất. Dòng điện tạo ra trong cuộn cảm này trong quá trình xảy ra sự cố ngược chiều với dòng điện sạc của cáp tại cùng thời điểm, do đó triệt tiêu dòng điện sạc của hệ thống. Cuộn cảm có độ tự cảm phù hợp được gọi là Arc Suppression Coil hoặc Petersen Coil.

Các điện áp của hệ thống ba pha cân bằng được thể hiện trong hình 1.

Trong mạng cáp cao áp và trung áp ngầm, luôn có điện dung giữa dây dẫn và đất trong mỗi pha. Do đó, luôn có dòng điện dung từ pha đến đất. Trong mỗi pha, dòng điện dung dẫn trước điện áp pha tương ứng 900 như được thể hiện trong hình 2.

Bây giờ, giả sử có sự cố chạm đất ở pha vàng của hệ thống. Lý tưởng nhất, điện áp của pha vàng, tức là điện áp từ pha vàng đến đất, trở thành không. Do đó, điểm không của hệ thống bị dịch chuyển đến đỉnh của vector pha vàng, như được thể hiện trong hình 3 dưới đây. Kết quả là, điện áp trong các pha khỏe (đỏ và xanh dương) trở thành &sqrt;3 lần so với ban đầu.

Tự nhiên, dòng điện dung tương ứng trong mỗi pha khỏe (đỏ và xanh dương) trở thành &sqrt;3 lần so với ban đầu, như được thể hiện trong hình 4 dưới đây.

Tổng vectơ, tức là tổng của hai dòng điện dung này, bây giờ sẽ là 3I, trong đó I được lấy làm dòng điện dung định mức mỗi pha trong hệ thống cân bằng. Điều đó có nghĩa là, trong điều kiện cân bằng khỏe mạnh của hệ thống, IR = IY =
IB = I.

Điều này được minh họa trong hình 5 dưới đây,

Dòng điện tổng cộng sau đó đi qua đường lỗi đến đất như được thể hiện dưới đây.

Bây giờ, nếu chúng ta kết nối một cuộn cảm có độ tự cảm phù hợp (thông thường cuộn cảm lõi sắt được sử dụng) giữa điểm sao hoặc điểm trung tính của hệ thống và đất, tình huống sẽ hoàn toàn thay đổi. Trong trường hợp xảy ra sự cố, dòng điện thông qua cuộn cảm chỉ bằng và ngược chiều với dòng điện dung thông qua đường lỗi. Dòng điện cảm cũng theo đường lỗi của hệ thống. Dòng điện dung và dòng điện cảm triệt tiêu nhau trên đường lỗi, do đó sẽ không có dòng điện tổng cộng nào thông qua đường lỗi do tác động điện dung của cáp ngầm. Tình huống lý tưởng được minh họa trong hình dưới đây.

Khái niệm này được thực hiện lần đầu tiên bởi W. Petersen vào năm 1917, vì vậy cuộn cảm được sử dụng cho mục đích này được gọi là cuộn Petersen.
Thành phần điện dung của dòng điện sự cố cao trong hệ thống cáp ngầm. Khi xảy ra sự cố chạm đất, cường độ của dòng điện dung này thông qua đường lỗi trở thành 3 lần lớn hơn dòng điện dung định mức từ pha đến đất của pha khỏe. Điều này gây ra sự dịch chuyển đáng kể của điểm giao cắt zero của dòng điện xa khỏi điểm giao cắt zero của điện áp trong hệ thống. Do sự tồn tại của dòng điện dung cao này trong đường lỗi, sẽ có một loạt các sự cố tái kích tại vị trí lỗi. Điều này có thể dẫn đến điện áp quá mức không mong muốn trong hệ thống.
Độ tự cảm của cuộn Petersen được chọn hoặc điều chỉnh ở giá trị khiến dòng điện cảm có thể triệt tiêu chính xác dòng điện dung.
Hãy tính độ tự cảm của cuộn Petersen cho hệ thống ba pha ngầm.

Vì vậy, hãy xem xét điện dung giữa dây dẫn và đất trong mỗi pha của hệ thống, là C farad. Sau đó, dòng điện rò rỉ điện dung hoặc dòng điện sạc trong mỗi pha sẽ là

Do đó, dòng điện dung thông qua đường lỗi trong trường hợp sự cố chạm đất một pha là

Sau khi xảy ra sự cố, điểm sao sẽ có điện áp pha vì điểm không bị dịch chuyển đến điểm lỗi. Do đó, điện áp xuất hiện trên cuộn cảm là Vph. Do đó, dòng điện cảm thông qua cuộn cảm là

Bây giờ, để triệt tiêu dòng điện dung có giá trị 3I, IL phải có cùng cường độ nhưng lệch 180o về mặt điện. Do đó,

Khi thiết kế hoặc cấu hình (trong chiều dài và/hoặc tiết diện và/hoặc độ dày và chất lượng cách điện) của hệ thống thay đổi, độ tự cảm của cuộn cảm cần được điều chỉnh theo. Đó là lý do tại sao cuộn Petersen thường được cung cấp với cơ chế thay đổi tap.

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