Lichtbogenunterdrückungsspule oder Petersen-Spule

Es gibt immer einen erheblichen Ladestromim unterirdischen Hochspannungs- und Mittelspannungsnetz von Leiter zu Erde fließen. Dies liegt an der dielektrischen Isolation zwischen Erde und Leiter in den Erdkabeln. Während eines Erdfehlers in einer beliebigen Phase in einem solchen 3-Phasen-System wird der Ladestrom des Systems idealerweise dreimal so groß wie der Nennladestrom pro Phase. Dieser größere Ladestrom wird durch den fehlerhaften Punkt nach unten geleitet und führt zur Lichtbogenbildung. Um den großen kapazitiven Ladestrom während eines Erdschlusses zu minimieren, wird eine Induktionsspule vom Sternpunkt zur Erde geschaltet. Der in dieser Spule während eines Fehlers erzeugte Strom ist zum selben Zeitpunkt dem Kabelladestrom entgegengesetzt und neutralisiert somit den Ladestrom des Systems während. Diese Spule geeigneter Induktivität ist bekannt als Lichtbogenunterdrückungsspule oder Petersen-Spule.

Die Spannungen eines dreiphasigen symmetrischen Systems sind in Abbildung 1 dargestellt.

dreiphasiges ausgeglichenes System

Im Untergrund Hochspannung und MittelspannungKabelnetz besteht in jeder Phase immer eine Kapazität zwischen Leiter und Erde. Aus diesem Grund gibt es immer einen kapazitiven Strom von Phase zu Erde. In jeder Phase ist der kapazitive Strom der entsprechenden Phasenspannung um 90 voreilend0 wie in Abbildung 2 dargestellt.
Dreiphasen-Ladestrom des U-Bahn-Systems

Angenommen, es liegt ein Erdfehler bei Gelb vorPhase des Systems. Idealerweise wird die Spannung der gelben Phase, die eine gelbe Phase gegen die Erdspannung ist, zu Null. Somit wird der Nullpunkt des Systems an der Spitze des gelben Phasenvektors verschoben, wie in der nachstehenden Abbildung 3 gezeigt. Infolgedessen wird die Spannung in gesunden Phasen (rot und blau) dreimal so groß wie das Original.

Natürlich wird der entsprechende kapazitive Strom in jeder gesunden Phase (rot und blau) 3 des Originals, wie in 4 unten gezeigt.


Die Vektorsumme, die sich aus diesen beiden ergibtDer kapazitive Strom wird jetzt 3I sein, wobei I als kapazitiver Nennstrom pro Phase im symmetrischen System verwendet wird. Das heißt bei gesundem ausgeglichenem Zustand des Systems, ichR = IchY =
ichB = I.

Dies ist in der nachstehenden Abbildung 5 dargestellt.


Dieser resultierende Strom fließt dann durch den fehlerhaften Pfad zur Erde, wie unten gezeigt.
einphasig zum Erdschluss

Nun, wenn wir eine Induktionsspule von geeignet anschließenInduktivitätswert (im Allgemeinen wird eine Eisenkerninduktivität verwendet) zwischen dem Sternpunkt oder dem Neutralpunkt des Systems und Masse, wird das Szenario vollständig geändert. Im fehlerhaften Zustand ist der Strom durch die Induktivität gerade gleich und entgegengesetzt in Betrag und Phase dem kapazitiven Strom durch den fehlerhaften Pfad. Der induktive Strom folgt auch dem fehlerhaften Pfad des Systems. Der kapazitive und der induktive Strom heben sich auf dem fehlerhaften Pfad gegenseitig auf, so dass kein resultierender Strom durch den fehlerhaften Pfad aufgrund der kapazitiven Wirkung des Erdkabels entsteht. Die ideale Situation ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Petersenspule

Dieses Konzept wurde erstmals 1917 von W. Petersen implementiert, weshalb die Induktorspule dafür verwendet wird, die so genannte Petersen-Spule.
Der kapazitive Anteil des Fehlerstroms isthoch in der unterirdischen Verkabelung. Wenn ein Erdfehler auftritt, wird der Betrag dieses kapazitiven Stroms durch den fehlerhaften Pfad dreimal so groß wie der Nennstrom von Phase zu Erde und der gesunden Phase. Dies bewirkt eine signifikante Verschiebung des Nulldurchgangs des Stroms vom Nulldurchgang der Spannung im System. Aufgrund des Vorhandenseins dieses hohen kapazitiven Stroms im Erdschlusspfad wird es an der Fehlerstelle zu einer Reihe von Wiederzündungen kommen. Dies kann zu unerwünschten Überspannungen im System führen.
Die Induktivität der Petersen-Spule wird auf einen solchen Wert eingestellt oder eingestellt, dass der induktive Strom den kapazitiven Strom genau neutralisieren kann.
Berechnen wir die Induktivität von Petersen Coil für ein 3-phasiges Untertagesystem.

Daß wir die Kapazität zwischen Leiter und Erde in jeder Phase eines Systems betrachten, ist C farad. Dann wird der kapazitive Leckstrom oder Ladestrom in jeder Phase sein


Somit ist der kapazitive Strom durch den fehlerhaften Pfad während eines einphasigen Erdschlusses

Nach dem Fehler hat der Sternpunkt die Phasenspannung, wenn der Nullpunkt zum Fehlerpunkt verschoben wird. Die Spannung über der Induktivität ist also Vph. Daher ist der induktive Strom durch die Spule

Nun, zur Aufhebung des kapazitiven Stroms mit dem Wert 3I, IL muss gleich groß sein, aber 180O elektrisch auseinander. Deshalb,

Wann, Design oder Konfiguration (in Länge und / oderQuerschnitt und / oder Dicke und Qualität der Isolierung) des Systems ändert sich die Induktivität der Spule entsprechend anzupassen. Aus diesem Grund wird die Petersen-Spule häufig mit einem Stufenwechsel versehen.

Bemerkungen
Einen Kommentar hinzufügen