Para comprender mejor el principio de funcionamiento y la necesidad de la bobina Petersen, echemos un vistazo al fenómeno del suelo arqueado. Sabemos que el fenómeno de arco de tierra se observa en un sistema trifásico sin conexión a tierra. Durante la puesta a tierra del arco, el voltaje de la fase sana aumenta desde el voltaje de fase hasta el voltaje de línea, es decir, se convierte en √3Vph. Además, la formación de arcos en tales fenómenos se debe a la fuerte corriente de carga capacitiva que es 3IC donde IC = Vph / XC. Por lo tanto, si hubiera alguna forma de reducir esta corriente de carga, se podrían haber eliminado los fenómenos de arcos a tierra. ¿no es así?
Bueno, dirá que podemos conectar una resistencia a tierra del sistema para minimizar la corriente de carga capacitiva. Entonces, ¿por qué conectamos el inductor en tierra?
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¿Por qué se usa Inductor para eliminar Arcing Ground?
Para responder a esta pregunta, consideremos una sola falla de línea a tierra y su diagrama fasorial para un sistema sin conexión a tierra como se muestra a continuación.
Del diagrama fasorial se puede observar fácilmente que el voltaje del punto neutro cambia del potencial de tierra al voltaje de fase Vph pero en dirección opuesta. Esta es la razón por la que la dirección de VC es inversa en la figura anterior y se muestra como V’C. La corriente de falla IC (IC = IA+IB) es perpendicular a V’C. Por lo tanto, si queremos eliminar la corriente de falla, debemos conectar un elemento que tome la corriente en una dirección opuesta a IC. Observe cuidadosamente que IC se adelanta a V’C en 90°.
Ahora que estamos conectando un elemento entre el punto neutro N y tierra, por lo tanto, la caída de voltaje en ese elemento será V’C. Por lo tanto, ese elemento debe tomar una corriente igual a IC y se retrasará de V’C en 90°. Como el inductor toma corriente de retraso, por lo tanto, se conecta un inductor entre el neutro y la tierra para eliminar el arco eléctrico.
¿Qué es la bobina Petersen?
Petersen Coil no es más que un inductor utilizado para conectar la tierra del sistema trifásico a la tierra. En otras palabras, el neutro del sistema trifásico está conectado a tierra a través de Peterson Coil. Básicamente, dicha conexión a tierra se adopta para minimizar la corriente de carga capacitiva durante fallas en las líneas. Esto también elimina el suelo arqueado. El inductor conectado en la figura de arriba es Petersen Coil. Este tipo de puesta a tierra también se conoce como puesta a tierra resonante.
¿Cómo funciona la bobina Petersen?
Como se discutió anteriormente en esta publicación, Petersen Coil debe tomar una corriente igual a la corriente de falla IC para que neutralice la corriente de falla. Esta es la razón, también se conoce como neutralizador de fallas.
Consideremos la figura que se muestra arriba.
La corriente a través de la bobina Petersen IL = Vph / ωL
Pero la corriente de falla IC = 3Vph / XC (¿cómo? Lea Arcing Ground)
Por lo tanto, para neutralizar la corriente de falla,
IL = CI
Por eso,
Vph / ωL = 3Vph / XC
⇒1/ωL = 3ωC
⇒L = 1/3ω2C
Así, para neutralizar la corriente de carga capacitiva, el valor de la inductancia de la bobina Petersen será 1/3ω2C.
Ventajas de la puesta a tierra resonante
- El uso de la bobina Petersen reduce la interrupción de la línea debido a fallas transitorias de línea a tierra. De lo contrario, esto no es posible con otro tipo de conexión a tierra.
- La tendencia de desarrollar una falla trifásica a partir de una falla monofásica se reduce con el uso de puesta a tierra resonante.
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