Оцінка мінімального рівня вищих гармонік струму однофазного замикання на землю у компенсованих мережах 6–10 кВ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2025-4-7Ключові слова:
компенсована мережа, математична модель, трансформатор, захист від вищих гармонікАнотація
Мета роботи. розробка моделі компенсованої мережі 6–10 кВ, а також методики вибору параметрів її елементів на основі оцінки мінімального рівня найвищих гармонік струму однофазного замикання на землю.
Методи дослідження. Для оцінки мінімального рівня вищих гармонік у струмах однофазного замикання на землю використовувалася узагальнена модель компенсованої кабельної мережі 6–10 кВ та її елементів у системі Matlab з пакетом розширення Simulink. Узагальнена модель компенсованої кабельної мережі 6–10 кВ та параметри її елементів отримано на основі статистичного аналізу даних щодо систем електропостачання міст та промислових підприємств.
Отримані результати. Сформульовано основні вимоги до розрахункової схеми заміщення кабельної мережі 6–10 кВ для оцінки мінімального рівня вищих гармонік струму при однофазному замиканні на землю, визначено діапазони зміни та середні значення її параметрів. Розроблена математична модель кабельної мережі 6-10 кВ враховує основні фактори, що визначають мінімальний рівень вищих гармонік струму однофазного замикання на землю. На основі результатів обчислювальних експериментів, виконаних на математичних моделях кабельних мереж 6–10 кВ, встановлено, що для забезпечення необхідної чутливості пристрою захисту від однофазного замикання на землю, що ґрунтуються на використанні вищих гармонік, повинні мати первинний струм спрацьовування не більше 0,1 А.
Наукова новизна. Розроблено модель компенсованої мережі 6–10 кВ, яка дозволяє уточнити вимоги до чутливості захисту від однофазного замикання на землю, заснованих на використанні вищих гармонік, та підвищити ефективність їх функціонування.
Практична цінність. На основі математичної моделі запропоновано методику вибору параметрів її елементів на основі оцінки мінімального рівня вищих гармонік у струмах однофазного замикання на землю.
Посилання
Abolhasani, A., Vahidi, B., & Shariatzadeh, H. (2019). An Adaptive Earth Fault Protection Scheme for Compensated Medium-Voltage Distribution Net-works. IEEE Transactions on Power Delivery, 34(3), 1146–1155.
Goyal, S., & Sharaf, A. M. (2017). A Comprehensive Review of Earth Fault Detection and Location Tech-niques in Compensated Distribution Networks. Elec-tric Power Systems Research, 149, 239–251.
Saleh, S. A., & Badr, H. S. (2016). Directional Earth Fault Protection Using Third Harmonic Components in Compensated Power Networks. IET Generation, Transmission & Distribution, 10(15), 3848–3857.
Panić, S., Vasić, P., & Pezo, M. (2019). Analytic Modeling of Magnetic Saturation and Hysteresis Us-ing Arctangent Functions for Power Transformer Transient Analysis. Journal of Electrical Engineering, 70(1), 16–25.
Vaz, N., & Soares, M. (2022). Harmonic Analysis in Power Systems: The Impact of Transformer Core Saturation Modeled with Analytical Functions. Inter-national Transactions on Electrical Energy Systems, 32(4), e13256.
Jha, R. K., & Dash, P. K. (2018). Modeling and Har-monic Analysis of Magnetizing Inrush Current in Power Transformers. IET Power Electronics, 11(13), 2097–2106.
Guo, Y., & Dong, Y. (2015). Analysis of Harmonic Characteristics of Arc-Suppression Coil Grounding Systems and Its Influence on Relay Protection. Elec-tric Power Systems Research, 126, 18–24.
Popov, E. G., & Novikov, L. A. (2020). The Influ-ence of Arc-Suppression Coil Non-linearity on the Third Harmonic Zero-Sequence Current in Medium Voltage Networks. E3S Web of Conferences, 178, 01025.
Wade, G. S., & Brown, P. E. (2016). Petersen Coil Design and Harmonic Performance: Minimizing Higher Harmonics in Compensated Networks. IEEE Transactions on Industry Applications, 52(5), 3740–3747.
Saleh, A. E., & El-Kholy, M. A. (2023). Effect of Voltage Unbalance on the Dynamic Performance of Squirrel-Cage Induction Motor Drive: A Simulation and Experimental Study. Alexandria Engineering Journal, 62(2), 527–540.
Al-Ani, R. O., & Al-Tameemi, I. M. (2018). Virtual Test Bench Development for Induction Motor Per-formance Analysis under Voltage Unbalance Condi-tions. International Journal of Power Electronics and Drive Systems, 9(3), 1335–1345.
IEC 60255-151: Requirements for Functional and Performance Standards for Earth Fault Protection in Power Systems.
IEEE C37.90.1: IEEE Standard for Surge Withstand Capability (SWC) Tests for Protective Relays.
Mahfouz, S. E., & Abuelnasr, H. A. (2017). A novel method for estimating harmonic distortion in medium voltage distribution networks. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 93, 21–29.
Wojciechowski, J., & Kacek, A. (2020). Assessment of minimum harmonic current level in resonant grounded medium voltage networks for relay protec-tion settings. Energies, 13(12), 3165.
Toma, R., Popescu, M., & Boicea, V. A. (2018). Nonlinear modeling of power transformer magnetiza-tion characteristics using analytical functions for tran-sient analysis. IEEE Transactions on Magnetics, 54(11), 1–8.
Sadeghian, M. S., & Ghasemi, S. (2017). Investiga-tion of the harmonic current contribution from arc suppression coils during single-phase-to-ground faults. Electric Power Systems Research, 142, 198–205.
Chen, M., Zhang, B., & Wang, Y. (2020). A novel analytical model for the single-phase-to-ground fault current considering the non-linearity of Petersen coil. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 116, 105572.
Luo, C., Wang, Z., & Li, R. (2022). Sensitivity im-provement of high-impedance ground fault protection based on transient zero-sequence current in compen-sated networks. IEEE Access, 10, 70908–70917.
Abolhasani, A., Vahidi, B., & Shariatzadeh, H. (2019). An adaptive earth fault protection scheme for compensated medium-voltage distribution networks. IEEE Transactions on Power Delivery, 34(3), 1146–1155.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 A. E. Shamrai, I.V. Isaiev
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
