CC BY
0
Научная статья УДК 621.316
DOI: 10.14529/power240111
ПОВЫШЕНИЕ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ СЕТИ 10/0,38 кВ ЗА СЧЕТ УТОЧНЕНИЯ УСТАВОК УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ПРИ ОБРЫВЕ ПРОВОДА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ 10 кВ
А.В. Хлопова, khlopovaav@susu.ru, https://orcid.org/0000-0002-8048-6148 А.Н. Горожанкин, gorozhankinan@susu.ru, https://orcid.org/0000-0002-8748-4700 Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия
Аннотация. Обрыв провода является распространенной аварией в распределительных сетях, работающих с изолированной нейтралью. Неотключение такой аварии ведет к возникновению опасности поражения электрическим током. Для четкой работы устройств защиты при обрыве провода необходимо подобрать верную уставку информационного параметра. Известно, что напряжение обратной последовательности может служить таким параметром. В работе приведены результаты исследований влияния различных режимов работы электрической сети 10/0,38 кВ (как аварийных, так и нормальных) на изменения напряжения обратной последовательности. Также исследовано влияние места повреждения и параметров сети 10/0,38 кВ на этот информационный параметр с целью уточнить уставку для устройств защиты, реагирующих на обрыв провода воздушной линии 10 кВ. Это позволило минимизировать ложные срабатывания и повысить электробезопасность в сети 10 кВ. Анализ диапазонов изменения напряжения обратной последовательности в зависимости от 13 исследованных групп режимов работы сети, варьируемых местах повреждения и параметрах сети, показал рекомендуемое значение уставки по напряжению обратной последовательности, равное 0,1 от линейного значения напряжения на стороне низшего напряжения трансформатора при его работе на холостом ходу.
Ключевые слова: обрыв провода, воздушная линия 10 кВ, напряжение обратной последовательности, уставка устройства защиты, электробезопасность
Для цитирования: Хлопова А.В., Горожанкин А.Н. Повышение электробезопасности сети 10/0,38 кВ за счет уточнения уставок устройств защиты при обрыве провода воздушной линии 10 кВ // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2024. Т. 24, № 1. С. 99-108. DOI: 10.14529/power240111
Original article
DOI: 10.14529/power240111
INCREASING ELECTRICAL SAFETY OF A 10/0.38 kV NETWORK BY CLARIFYING THE SETTINGS OF PROTECTION DEVICES IN THE EVENT OF A BREAK IN THE 10 kV OVERHEAD LINE
A.V. Khlopova, khlopovaav@susu.ru, https://orcid.org/0000-0002-8048-6148 A.N. Gorozhankin, gorozhankinan@susu.ru, https://orcid.org/0000-0002-8748-4700 South Ural State University, Chelyabinsk, Russia
Abstract. A wire break is a common accident in distribution networks operating with an isolated neutral. Failure to shut down such an situation results in the risk of electric shock. For proper operation of protective devices in the event of a wire break, it is necessary to select the correct setting of the information parameter. The negative sequence voltage can serve as such a parameter. This paper presents the results of studies of the influence of different operating modes of a 10/0.38 kV electrical network (both emergency and normal) on changes in the negative sequence voltage. The influence of the fault location and the parameters of the 10/0.38 kV network on the negative sequence voltage was also studied in order to clarify the negative sequence voltage setting for protective devices that respond to a wire break in the 10 kV overhead line. This minimizes false alarms and increases electrical safety in the 10 kV network.
Keywords: broken wire, 10 kV overhead line, negative sequence voltage, setting of protection device, electrical safety
For citation: Khlopova A.V., Gorozhankin A.N. Increasing electrical safety of a 10/0.38 kV network by clarifying the settings of protection devices in the event of a break in the 10 kV overhead line. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering. 2024;24(1):99-108. (In Russ.) DOI: 10.14529/power240111
© Хлопова А.В., Горожанкин А.Н., 2024
Введение
Обрыв фазного провода является распространенной аварией в распределительных сетях, работающих с изолированной нейтралью [1-3]. Сеть, работая с таким повреждением, чаще всего не отключается релейной защитой. Такая ситуация может привести к опасности поражения электрическим током. С аналогичной проблемой сталкиваются ученые и в других странах [4-6].
Проведенные исследования [1, 7-9] показали, что одним из наиболее информативных параметров для устройств релейной защиты от обрыва фазы является напряжение обратной последовательности U2. В современные устройства защиты, например, реклоузеры Rec15_Smart компании «Таврида Электрик» [10] или Recloser 3AD компании Siemens [11], заложен данный параметр для определения обрыва провода воздушной линии 10 кВ (ВЛ 10 кВ), но в силу отсутствия точных данных по величине уставки чаще всего эта защита не используется.
Различные режимы работы распределительной сети (несимметрия нагрузки по фазам, нормальные и аварийные режимы на линиях 380 В и 10 кВ), могут оказывать существенное влияние на выбранный информационный параметр для работы устройств защиты, что в конечном итоге будет снижать их эффективность.
В работах [12, 13] приведены результаты исследований напряжения обратной последовательности в сети 10/0,38 кВ лишь для конкретных наиболее вероятных значений параметров сети. Еще в одной работе [14] проведены исследования напряжения обратной последовательности в замкнутой электрической сети при различных сопротивлениях замыкания на землю и при неизменных параметрах сети, которые также могут оказать значительное влияние на напряжение U2. В литературе отсутствуют широкие исследования влияния режимов работы сети, параметров сети и места повреждения на информационный параметр U2, основываясь на котором должны работать устройства защиты, определяющие обрыв провода ВЛ 10 кВ. Поэтому в данной работе проведены такие исследования. Они дадут возможность уточнить уставки устройств защиты при обрыве провода ВЛ 10 кВ, а значит, помогут повысить эффективность работы таких устройств и снизить вероятность поражения электрическим током.
Литературный обзор и собственные исследования выявили наиболее предпочтительное место установки устройства защиты от данного вида повреждения - это сторона низшего напряжения понижающего трансформатора 10/0,4 кВ [8, 12, 15, 16]. Это связано прежде всего с тем, что выполнить устройство защиты, установленное в сети 380 В, гораздо проще, оно не требует дополнительного измерительного оборудования, что, в свою очередь, снижает итоговую стоимость.
Постановка задачи исследования
Целью исследования является проверка пригодности выбранного параметра (напряжение и2 на шинах 380 В трансформатора 10/0,4 кВ) для диагностики обрыва провода ВЛ 10 кВ при различных режимах работы электрической сети, а также при изменении ее параметров и места повреждения. Кроме того, необходимо по результатам исследования определить величину уставки данного параметра, которая бы позволила максимально повысить эффективность работы устройств защиты и существенно уменьшить количество ложных срабатываний.
Для исследования выбрана электрическая сеть, представленная на рис. 1. Она состоит из источника питания напряжением 10 кВ, воздушной линии напряжением 10 кВ с изолированной нейтралью и с сопротивлением 2Ш0, трехфазного трансформатора Т напряжением 10/0,4 кВ, воздушной линии напряжением 380 В (ВЛ 380 В) с грухозаземленной нейтралью и с сопротивлением 2Л380, потребителем электрической энергии в конце линии.
Все исследования, представленные ниже, проведены на верифицированной компьютерной модели электрической сети (см. рис. 1), построенной в программе МА^АБ^тиИпк. Верификация проведена в нормальных режимах работы, режиме обрыва провода ВЛ 10 кВ, а также других аварийных режимах сети 10/0,38 кВ [12] на физической модели, собранной в лаборатории кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» ЮУрГУ, а также на опытной электрической сети, построенной на учебном полигоне филиала МРСК-Урала - Челябэнерго.
Исследуемая электрическая сеть с обозначениями всех рассмотренных режимов работы, включая аварийные, представлена на рис. 2: НР -
Рис. 1. Электрическая сеть напряжением 10/0,38 кВ Fig. 1. A 10/0.38 kV electrical network
Рис. 2. Принципиальная схема электрической сети 10/0,38 кВ и режимы ее работы Fig. 2. Schematic of the 10/0.38 kV electrical network and its operating modes
нормальный режим работы; ОФА, ОФВ, ОФС -обрывы фазного провода соответствующей фазы (А, В, С); ОЗЗ - однофазное замыкание на землю в ВЛ 10 кВ; ДЗЗ - двойное замыкание на землю в ВЛ 10 кВ; К(2) - двухфазное короткое замыкание; К(1) - однофазное короткое замыкание; К(1,1) -двухфазное короткое замыкание на нейтраль; ОНП - обрыв нулевого провода.
Следует отметить, что для каждого режима моделировалась нагрузка в четырех вариантах ^ = var). Были рассмотрены 2 симметричных варианта - одинаковая загрузка всех трех фаз и холостой ход, а также 2 несимметричных варианта нагрузки - одинаковая загрузка двух фаз при отсутствии нагрузки на третьей, и загрузка одной фазы при отсутствии нагрузки на двух других фазах.
При моделировании рассмотрены все возможные сочетания режимов работы ВЛ 10 кВ, ВЛ 380 В и нагрузки. При однофазных аварийных режимах (ОФ, ОЗЗ, К(1)) повреждения в каждой фазе рассматривались отдельно. Аналогично и при двухфазных аварийных режимах (К(2), К(и), ДЗЗ, обрыв двух фаз) повреждения каждой пары фаз АВ, ВС и СА рассматривалось отдельно.
В работе приведены исследования влияния на информационный параметр перечисленных
режимов работы электрической сети; места повреждения в линии как 10 кВ, так и 380 В, параметров сети (длина линии 10 кВ, мощность и коэффициент загрузки трансформатора 10/0,4 кВ, сечение провода ВЛ 10 кВ).
Исследования влияния параметров сети и места повреждения в линиях на напряжение U2 проведены с учетом изменения режимов работы
электрической сети. Учитывались следующие изменения:
- место повреждений в ВЛ 10 кВ - в начале, середине и ее конце;
- место повреждений в ВЛ 380 В - в начале и в конце;
- длина ВЛ 10 кВ - 1, 10 и 20 км;
- мощность силового трансформатора ТП -63, 160 и 630 кВА;
- коэффициент загрузки силового трансформатора ТП - 0,2 и 0,7;
- сечение проводов ВЛ 10 кВ - 35, 70 и 95 мм2.
Исследуемые режимы работы
В первую очередь были рассмотрены режимы двухфазного КЗ К(2) и двухфазного КЗ на нейтраль К(и), возникающие в ВЛ 380 В. Особенностью данных режимов является искажение треугольника линейных напряжений в сети 380 В, т. е. снижение линейного напряжения между поврежденными фазами практически до нуля, что приводит к увеличению напряжения обратной последовательности. Данное искажение более существенно в начале линии 380 В. За счет влияния активных и индуктивных сопротивлений линии искажение линейного напряжения в конце линии не столь существенно. А значит, чем ближе место КЗ к трансформатору, тем выше величина напряжения
Исходя из этого, данные режимы следует рассмотреть отдельно от остальных, так как их влияние предполагается значительным даже при нормальном режиме работы ВЛ 10 кВ.
Остальные режимы работы объединим в группы режимов и пронумеруем (табл. 1).
Таблица 1
Режимы работы
Table 1
Operating modes
Номер группы режимов Режим ВЛ 10 кВ Режим ВЛ 380 В
1 НР НР
2 НР К(1)
3 НР ОФ
4 НР Обрыв двух фаз
5 НР ОНП
6 ОФ НР
7 ОФ Все режимы, кроме НР
8 ОЗЗ Все режимы
9 ОФ + ОЗЗ со стороны источника Все режимы
10 ОФ + ОЗЗ со стороны потребителя Все режимы
11 ОФ + ОЗЗ с двух сторон* Все режимы
12 К(2) Все режимы
13 ДЗЗ Все режимы
Сопротивление замыкания в этом случае принято 10 Ом.
Результаты исследований 1. Изменение места двухфазного КЗ в ВЛ 0,38 кВ
Результаты влияния этих режимов на информационный параметр релейной защиты в зависимости от локализации данного повреждения (в начале и в конце линии 380 В) представлены в табл. 2. Здесь же приведен диапазон изменений данного параметра (от его минимального значения до максимального) при разных нагрузках.
Согласно результатам табл. 2 влияние аварийных режимов работы К(2) и К(1,1) ВЛ 380 В на напряжение и2 существенно, что следует учитывать при выборе уставки данного параметра в устройствах защиты. Наибольшее влияние этих режимов на напряжение обратной последовательно-
сти наблюдается, если они возникают в начале линии сети 380 В. При рассмотрении режимов с повреждениями в сети 10 кВ, а также при вариации параметров этой сети режимы работы К® и К(1,1) в дальнейших исследованиях не рассматриваются, так как их влияние на данный информационный параметр устройств защиты в этих случаях будет меньше.
2. Изменение места повреждения ВЛ 10 кВ
Из-за значительной длины линии 10 кВ и эффекта длинной линии место повреждения может повлиять на напряжение обратной последовательности. Поэтому были сняты значения этого параметра при обрыве провода в начале, в середине и в конце воздушной линии. Диапазоны изменений напряжения и2 во всех трех случаях приведены на
Изменения напряжения обратной последовательности при двухфазных КЗ ВЛ 380 В в разных местах
Changes in the negative sequence voltage during double faults in different fault locations of the 380 V overhead line
Таблица 2
Table 2
Диапазон изменения U2 (о.е.)*
Режим ВЛ 10 кВ Режим ВЛ 380 В при повреждении ВЛ 380 В
в начале в конце
НР К(2) 0,494-0,496 0,054-0,059
НР К(1Д) 0,463-0,467 0,049-0,055
ОФ К(2), K(U) 0,009-0,577 0,455-0,579
ОЗЗ К(2), K(U) 0,463-0,496 0,049-0,059
ОФ + ОЗЗ со стороны источника К(2), K(U) 0,015-0,577 0,454-0,579
ОФ + ОЗЗ со стороны потребителя К(2), K(U) 0,026-0,578 0,233-0,586
ОФ + ОЗЗ с двух сторон К(2), K(U) 0,406-0,547 0,047-0,074
К(2) К(2), K(U) 0,195-0,5 0,451-0,5
ДЗЗ К(2), K(U) 0,195-0,5 0,451-0,5
* Здесь и далее напряжение выражено в о.е., приведенных к линейному значению напряжения на стороне низшего напряжения трансформатора при его работе на холостом ходу.
M-
1---
0,9- -------
0,8- --------
0,7-----------
------------
¿0,5- ---U---------
0,4-----
0,3---
0,2-
0,1-
о----------------------
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Номер группы режимов
Рис. 3. Изменения напряжения обратной последовательности при повреждении
ВЛ 10 кВ в разных местах Fig. 3. Changes in the negative sequence voltage in different fault locations of the 10 kV overhead line
рис. 3. Синим цветом (или левый столбец на диаграмме) показаны диапазоны изменения напряжения Ц2 при повреждениях в начале ВЛ, красным (средний столбец) - при повреждениях в середине ВЛ, зеленым (правый столбец) - при повреждениях в конце ВЛ.
Согласно рис. 3 влияние места повреждения на информационный параметр во всех 13 группах режимов работы незначительно, что подтверждает эффективность релейной защиты вне зависимости от места повреждения ВЛ 10 кВ.
3. Изменение места повреждения ВЛ 380 В
Изменение информационного параметра защиты от обрыва провода воздушной линии сети 380 В в ее начале и в конце представлено на рис. 4. Синим цветом (или левый столбец на диаграмме) показаны диапазоны изменения напряжения Ц2
при повреждениях в начале ВЛ, красным (правый столбец) - при повреждениях в конце ВЛ.
Согласно рис. 4 влияние места повреждения на информационный параметр во всех 13 группах режимов работы незначительно, что подтверждает эффективность релейной защиты вне зависимости от места повреждения ВЛ 0,38 кВ.
4. Изменение длины ВЛ 10 кВ
Основанием для проведения исследования являлось падение напряжения в сети при значительной ее длине. Выдвинута гипотеза, что это обстоятельство может повлиять на исследуемый параметр и эффективность защиты. Параметр изменялся в меньшую сторону в 10 раз, а в большую сторону - в 2 раза. Результаты исследований представлены на рис. 5. Синим цветом (или левый столбец на диаграмме) показаны диапазоны изме-
1Д-
1-
0,9 -II-II---
0,8-------
0,7-------
3 °>6--------
¿Г 0,5 -И------------
0,4 -II----
0,3---
0,2 -
ОД -
о----------------------
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Номер группы режимов
Рис. 4. Изменения напряжения обратной последовательности при повреждении
ВЛ 380 В в разных местах Fig. 4. Changes in the negative sequence voltage in different fault locations of the 380 V overhead line
1Д 1
0,1-
о—--------------------
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Номер группы режимов
Рис. 5. Изменения напряжения обратной последовательности при разных длинах ВЛ 10 кВ Fig. 5. Changes in the negative sequence voltage in different lengths of the 10 kV overhead line
нения напряжения и2 при длине ВЛ 1 км, красным (средний столбец) - при длине ВЛ 10 км, зеленым (правый столбец) - при длине ВЛ 20 км.
Согласно рис. 5 влияние длины ВЛ 10 кВ на информационный параметр во всех 13 группах режимов работы незначительно, что подтверждает эффективность релейной защиты в широком диапазоне длин линий от 1 км до 20 км.
5. Изменение мощности трансформатора
10/0,4 кВ
С увеличением мощности понижающего трансформатора в сети увеличивается мощность короткого замыкания и, как следствие, снижается влияние несимметричных режимов работы сети на величины линейный и фазных напряжений. Мощность трансформатора была уменьшена в 2,5 раза и увеличена почти в 4 раза (рис. 6). Синим цветом (или левый столбец на диаграмме) показаны диа-
пазоны изменения напряжения и2 при мощности трансформатора 63 кВА, красным (средний столбец) - при мощности трансформатора 160 кВА, зеленым (правый столбец) - при мощности трансформатора 630 кВА.
Анализ рис. 6 показывает, что информационный параметр релейной защиты незначительно снижается при изменении мощности трансформатора почти при всех режимах работы, исключение составляет 10-я группа режимов. Это существенно не повлияет на его величину уставки.
6. Изменение коэффициента загрузки (КЗ) трансформатора
С целью учета разветвленности реальной распределительной сети была выполнена вариация коэффициента загрузки трансформатора. В модели введена дополнительная линия 380 В с нагрузкой в ее конце. В сельских сетях коэффициент загрузки
1Д-1
0,90,80,7-
¡5 0-5 0,40,30,2
о
1 1 1
1
5 6 7 8 9 Номер группы режимов
10
11
12
13
Рис. 6. Изменения напряжения обратной последовательности при разных мощностях трансформатора 10/0,4 кВ Fig. 6. Changes in the negative sequence voltage at different power levels of the 10/0.4 kV transformer
14 -
1 -
0,9 ----
0,8----
0,7----
d -----
¿'0,5 - - -- -- -------
<м --
0,3--
0,2 -
0,1-
0----------------------
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Номер группы режимов
Рис. 7. Изменения напряжения обратной последовательности при разных коэффициентах загрузки трансформатора 10/0,4 кВ Fig. 7. Changes in the negative sequence voltage for different load factors of the 10/0.4 kV transformer
1,1-
1-
0,9-I-II- -
0,8- - - -
0,7- - - -
4 0,6- — - —--
¿'0,5-И- - --------
0.4 H- ---
0,3 --
0,2-
0,1-
0----------------------
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13
Номер группы режимов
Рис. 8. Изменения напряжения обратной последовательности при различных сечениях проводов ВЛ 10 кВ Fig. 8. Changes in the negative sequence voltage for different cross-sections of the 10 kV overhead line
трансформатора невелик и составляет около 0,2. В пиковых режимах потребления он может достигать значения 0,7 (рис. 7). Синим цветом (или левый столбец на диаграмме) показаны диапазоны изменения напряжения при КЗ = 0,2, красным (правый столбец) - при КЗ = 0,7.
Согласно рис. 7 увеличение загрузки трансформатора ведет к сужению диапазонов изменения напряжения U2. Однако при этом значения напряжения U2 входят в диапазоны его изменения при меньшей загрузке трансформатора во всех 13 группах режимов работы сети, что говорит о том, что увеличение загрузки трансформатора не скажется на эффективности работы релейной защиты.
7. Изменение сечения проводов ВЛ 10 кВ
В силу того, что сечение провода в реальной распределительной сети может варьироваться от
35 до 95 мм2, полезно исследовать влияние этого параметра на информационный параметр релейной защиты (рис. 8). Синим цветом (или левый столбец на диаграмме) показаны диапазоны изменения напряжения U2 при сечении проводов 35 мм2, красным (средний столбец) - при сечении проводов 70 мм2, зеленым (правый столбец) - при сечении проводов 95 мм2.
Согласно рис. 8 влияние сечения провода ВЛ 10 кВ на информационный параметр во всех 13 группах режимов работы незначительно, что подтверждает эффективность релейной защиты в широком диапазоне сечений проводов от 35 до 95 мм2.
Обсуждение результатов исследования
Для разработки рекомендаций по величине уставки устройств релейной защиты электриче-
Рис. 9. Предельно возможные значения напряжения U2 при различных режимах в электрической сети 10/0,38 кВ Fig. 9. Maximum possible values of voltage U2 at different operating modes in the 10/0.38 kV electric network
ской сети 10/0,38 кВ от обрыва провода рекомендовано использовать в качестве параметра для выявления обрыва напряжение обратной последовательности. Величина уставки этого параметра существенно влияет на эффективность и надежность защиты, что также может сказаться на электробезопасности электрической сети. Поэтому было выполнено исследование различных параметров сети, места повреждения и режимов работы сети, которые могли бы повлиять на выбор величины уставки.
Выявлено, что вариации места повреждения ВЛ 10 кВ, длины и сечения проводов ВЛ 10 кВ, мощности и коэффициента загрузки трансформатора 10/0,4 кВ не оказали существенного влияния на напряжение обратной последовательности.
Все исследования сведены на один рисунок (рис. 9), где показаны предельно возможные диапазоны значений напряжения обратной последовательности при исследованиях 13 групп режимов работы сети, при разной несимметрии пофазной нагрузки, с учетом вариации параметров сети и места повреждений. Здесь выделена рекомендованная зона уставок шириной 0,05-0,17 о.е.
Из рис. 9 видно, что при обрыве провода ВЛ (6, 7, 9, 10-я группы режимов) напряжение и будет превышать уставку и релейная защита сработает.
11-я группа режимов - обрыв провода и однофазное замыкание на землю с двух сторон показал малые значения напряжения и лишь потому, что в работе принято малое сопротивление замыкания. С таким сопротивлением защита не сработает.
Анализируя рис. 9 и проведенные исследования, можно выделить четыре группы режимов работы - короткие замыкания в сети 10 кВ (12-я и 13-я группы режимов), а также двухфазное КЗ и двухфазное КЗ на нейтраль в ВЛ 380, которые яв-
ляются аварийными, не связанными с обрывом фазного провода ВЛ 10 кВ, но тем не менее на которые могут срабатывать устройства защиты. Такие режимы должны отключаться существующими защитами, установленными в сетях 10 кВ и 380 В соответственно. Поэтому рекомендуется учесть отстройку по времени от данных защит на 10-20 секунд. Это позволит избежать ложных срабатываний и повысит надежность защиты.
Окончательное значение уставки устройства защиты рекомендуется принять равным среднему значению диапазона ^уст = 0,1 о.е.
Ранее было выявлено, что напряжение обратной последовательности не претерпевает значительных изменений при переходе через трансформатор [12], поэтому проведенные исследования влияния режимов работы сети, места повреждения и параметров сети на напряжение и можно распространить и на сторону высшего напряжения трансформатора 10/0,4 кВ, т. е. для устройств защиты, устанавливаемых в сети 10 кВ.
Заключение
По результатам исследований показано, что напряжение обратной последовательности является информативным параметром для устройств релейной защиты, реагирующих на обрыв провода ВЛ 10 кВ.
Анализ диапазонов изменения напряжения обратной последовательности в зависимости от 13 исследованных групп режимов работы сети, варьируемых местах повреждения и параметрах сети, показал рекомендуемое значение уставки по напряжению обратной последовательности, равное 0,1 о. е.
Данная уставка рекомендуется для устройств защиты, устанавливаемых, как в сети 10 кВ, так и в сети 380 В (на стороне низшего напряжения трансформатора 10/0,4 кВ).
Выделены четыре режима работы, которые могут приводить к ложному срабатыванию защиты. В связи с этим рекомендовано выполнять временную задержку данной защиты в 10-20 секунд для отключения поврежденной линии другими защитами, которые предназначены для устранения таких аварийных режимов работы.
Уточненная уставка для устройств релейной защиты, реагирующих на обрыв провода ВЛ 10 кВ, повысит эффективность работы устройств, а также снизит вероятность электропоражения при таких повреждениях. Это повысит уровень электробезопасности в воздушных сетях 10 кВ.
Список литературы
1. Григорьев А.В., Селивахин А.И., Сукманов В.И. Защита сельских электросетей. Алма-Ата: Кайнар, 1984. 128 с.
2. Манилов А.М. Защита сети напряжением 6-35 кВ при разрыве фазы и падении провода на землю // Энергетик. 2003. № 11. С. 22-23.
3. Рыбаков Л.М., Столяров С.В., Наумов Е.Н. Техническое состояние сетей 10 кВ // Электрика. 2002. № 2. С. 19-21.
4. Development of open (Broken) conductor detection system for high resistivity areas / S.H. Al-Ghannam, Y. Khan, U. Ahmad et al. // 2017 Saudi Arabia Smart Grid (SASG). Jeddah, Saudi Arabia, 2017. P. 1-8. DOI: 10.1109/SASG.2017.8356491
5. Catching falling conductors in midair - detecting and tripping broken distribution circuit conductors at protection speeds / W. O'Brien, E. Udren, K. Garg et al. // 2016 69th Annual Conference for Protective Relay Engineers (CPRE). College Station, TX, USA, 2016. P. 1-11. DOI: 10.1109/CPRE.2016.7914881
6. Pongthavornsawad A., Rungseevijitprapa W. Broken Conductor Detection for Overhead Line Distribution System // 2011 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. Wuhan, China, 2011. P. 1-4. DOI: 10.1109/APPEEC.2011.5749066
7. Ершов А.М., Хлопова А.В. О выборе информационного параметра и места установки защиты при обрыве фазного провода воздушной линии напряжением 6-10 кВ // Наука XXI века: технологии, управление, безопасность: сб. материалов науч.-практ. конф. [Электронное издание]. Курган: Изд-во Курган. гос. ун-та, 2017. С. 31-38.
8. Dhawas P.V., Bedekar P.P. Improvement in High Impedance Fault Detection of Primary Distribution Network Using Voltage and Current Sequence Components // 2020 IEEE 61th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). Riga, Latvia, 2020. P. 1-6. DOI: 10.1109/RTUCON51174.2020.9316569
9. Analysis of the Negative Sequence Voltage to Detect Conductor Break in Distribution Systems / J.C. da Silva, G.N. Lopes, L.H.P.C. Trondoli, J.C.M. Vieira // 2021 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM). Washington, DC, USA, 2021. P. 01-05. DOI: 10.1109/PESGM46819.2021.9637945
10. Вакуумный реклоузер SMART15: Техническая информация. М.: АО «Таврида Электрик», 2024. 68 с. URL: https://www.tavrida.ru/upload/iblock/1a6/fb4x6llmvv0rev98dm8dyvpoqol7qp0c/TER_RecDoc_PG_8.pdf.
11. Siemens Vacuum Recloser 3AD. Medium-Voltage Equipment Catalog HG 11.42, 2016. 50 p. URL: https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:8259a7dcc82300bcaff9ae63755dccb57091c758/catalog-hg-11-42-recloser-en.pdf.
12. Ershov A.M., Khlopova A.V., Sidorov A.I. Voltage Changes in Case of 6-10 kV Overhead Line Phase Wire Breakage in 6-10/0.38 kV Electic Network // 2018 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Moscow, Russia, 2018. P. 1-6. DOI: 10.1109/ICIEAM.2018.8728824
13. Определение мест обрыва и однофазных замыкания на землю в распределительных электрических сетях по параметрам режима на стороне 0,4 кВ понижающих подстанций / А.И. Федотов, Г.В. Вагапов, Н.В. Роженцова, Р.Э. Абдуллазянов // Промышленная энергетика. 2016. № 4. С. 34-40.
14. An Earth Fault Location Method Based on Negative Sequence Voltage Changes at Low Voltage Side of Distribution Transformers / D. Topolanek, M. Lehtonen, P. Tomana et al. // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 118. P. 1-8. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.105768
15. Определение поврежденного участка распределительной сети в режиме «двойное замыкание на землю» / Э.Ф. Хакимзянов, А.И. Федотов, Р.Г. Мустафин и др. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016. № 7-8. С. 3-8.
16. Fault Segment Location for MV Distribution System Based on the Characteristic Voltage of LV Side / D. Zhang, W. Zhang, C. Wang, X. Xiao // Electronics. 2023. Vol. 12. P. 1734. DOI: 10.3390/electronics12071734
References
1. Grigor'ev A.V., Selivakhin A.I., Sukmanov V.I. Zashchita sel'skikh elek-trosetey [Rural power grid protection]. Alma-Ata: Kaynar; 1984. 128 p. (In Russ.)
2. Manilov A.M. [Measuring part of resistance for identefication of double earth faults in distribution networks 6-35 kV]. Energetik. 2003;(11):22-23. (In Russ.)
3. Rybakov L.M., Stolyarov S.V., Naumov E.N. [Technical condition of 10 kV networks]. Elektrika. 2002;(2):19-21. (In Russ.)
4. Al-Ghannam S.H., Khan Y., Ahmad U., Malik N.H., Al-Arainy A.A., Al-Shahrani B.S. Development of open (Broken) conductor detection system for high resistivity areas. In: 2017 Saudi Arabia Smart Grid (SASG). Jeddah, Saudi Arabia; 2017. P. 1-8. DOI: 10.1109/SASG.2017.8356491
5. O'Brien W., Udren E., Garg K., Haes D., Sridharan B. Catching falling conductors in midair - detecting and tripping broken distribution circuit conductors at protection speeds. In: 2016 69th Annual Conference for Protective Relay Engineers (CPRE). College Station, TX, USA; 2016. P. 1-11. DOI: 10.1109/CPRE.2016.7914881
6. Pongthavornsawad A., Rungseevijitprapa W. Broken Conductor Detection for Overhead Line Distribution System. In: 2011 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. Wuhan, China; 2011. P. 1-4. DOI: 10.1109/APPEEC.2011.5749066
7. Ershov A.M., Khlopova A.V. [On the election of the information parameter and the location of installation of protection at phase wire breakage of overhead lines with voltage 6-10 kV]. In: Nauka XXI veka: tekhnologii, upravlenie, bezopasnost': sbornik materialov nauchno-prakticheskoy konferentsii [Science of the 21st century: technology, management, safety: collection of materials of the scientific and practical conference]. Kurgan: Kurgan State University Publ., 2017. P. 31-38. (In Russ.)
8. Dhawas P.V., Bedekar P.P. Improvement in High Impedance Fault Detection of Primary Distribution Network Using Voltage and Current Sequence Components. In: 2020 IEEE 61th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). Riga, Latvia; 2020. P. 1-6. DOI: 10.1109/RTUCON51174.2020.9316569
9. Da Silva J.C., Lopes G.N., Trondoli L.H.P.C., Vieira J.C.M. Analysis of the Negative Sequence Voltage to Detect Conductor Break in Distribution Systems. In: 2021 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM). Washington, DC, USA; 2021. P. 01-05. DOI: 10.1109/PESGM46819.2021.9637945
10. Vakuumnyy reklouzer SMART15: Tekhnicheskaya informatsiya [Vacuum recloser SMART15: Technical information]. Moscow: JSC "Tavrida Electric"; 2024. 68 p. (In Russ.) Available at: https://www.tavrida.ru/upload/ iblock/1a6/fb4x6llmvv0rev98dm8dyvpoqol7qp0c/TER_RecDoc_PG_8.pdf.
11. Siemens Vacuum Recloser 3AD. Medium-Voltage Equipment Catalog HG 11.42, 2016. 50 p. Available at: https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:8259a7dcc82300bcaff9ae63755dccb57091c758/catalog-hg-11-42-recloser-en.pdf.
12. Ershov A.M., Khlopova A.V., Sidorov A.I. Voltage Changes in Case of 6-10 kV Overhead Line Phase Wire Breakage in 6-10/0.38 kV Electic Network. In: 2018 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Moscow, Russia; 2018. P. 1-6. DOI: 10.1109/ICIEAM.2018.8728824
13. Fedotov A.I., Vagapov G.V., Rozhentsova N.V., Abdullazyanov R.E. [Determination of break locations and single-phase ground faults in electrical distribution networks based on mode parameters on the 0.4 kV side of step-down substations]. Industrial power engineering. 2016;(4):34-40. (In Russ.)
14. Topolanek D., Lehtonen M., Tomana P., Orsagova J., Drapela J. An Earth Fault Location Method Based on Negative Sequence Voltage Changes at Low Voltage Side of Distribution Transformers. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020;118:1-8. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.105768
15. Khakimzyanov E.F., Fedotov A.I., Mustafin R.G., Galeeva R.U. [Determination of a damaged section of a distribution network in the "double ground fault" mode]. Proceedings of higher educational institutions. Energy sector problems. 2016;(7-8):3-8. (In Russ.)
16. Zhang D., Zhang W., Wang C., Xiao X. Fault Segment Location for MV Distribution System Based on the Characteristic Voltage of LV Side. Electronics. 2023;12:1734. DOI: 10.3390/electronics12071734
Информация об авторах
Хлопова Анна Владимировна, канд. техн. наук, доц., доц. кафедры электрических станций, сетей и систем электроснабжения, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия; khlopovaav@susu.ru.
Горожанкин Алексей Николаевич, канд. техн. наук, доц., заведующий кафедрой электрических станций, сетей и систем электроснабжения, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия; gorozhankinan@susu.ru.
Information about the authors
Anna V. Khlopova, Cand. Sci. (Eng.), Ass. Prof., Ass. Prof. of the Department of Electric Power Plants, Networks and Power Supply Systems, South Ural State University, Chelyabinsk, Russia; khlopovaav@susu.ru.
Aleksey N. Gorozhankin, Cand. Sci. (Eng.), Ass. Prof., Head of the Department of Electric Power Plants, Networks and Power Supply Systems, South Ural State University, Chelyabinsk, Russia; gorozhankinan@susu.ru.
Статья поступила в редакцию 29.09.2023; одобрена после рецензирования 03.12.2023; принята к публикации 03.12.2023.
The article was submitted 29.09.2023; approved after review 03.12.2023; accepted for publication 03.12.2023.
