Оценка эффективности средств защиты от перенапряжений в кабельной распределительной сети 10 кВ
Автор: Коржов Антон Вениаминович, Сафонов Валерий Иванович, Бабаев Расим Мирсалам Оглы, Коростелев Ян Евгеньевич
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Электроэнергетика
Статья в выпуске: 2 т.24, 2024 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена определению области эффективного применения защитных устройств (ЗУ) на основе металлооксидных варисторов (МОВ) для ограничения перенапряжений в кабельных распределительных сетях 10 кВ. Представлен оригинальный метод математического моделирования распространения волн перенапряжения в кабельной сети с учетом наличия ЗУ. Метод основан на составлении системы разностных уравнений, связывающих прямые и обратные волны в узлах сети. Данный подход позволяет получить временные зависимости напряжения в любой точке сети, построить карты максимальных перенапряжений и оценить риски возникновения перенапряжений с высокими кратностями. Проведено имитационное моделирование участка кабельной сети, которое позволило оценить эффективность установки ЗУ в узлах сети. Результаты моделирования показали, что наибольший эффект достигается при установке ЗУ в узлах с большим количеством отходящих кабельных линий (КЛ). Также проведено сравнение эффективности ЗУ с различными вольт-амперными характеристиками (ВАХ) и уровнями возникновения частичных разрядов (ЧР). Установлено, что устройства с изменяемой ВАХ демонстрируют значительно большую эффективность в ограничении перенапряжений. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации защиты кабельных сетей 10 кВ от перенапряжений и повышения надежности электроснабжения.
Кабельная линия (кл), перенапряжения, старение изоляции, металлооксидные варисторы(мов), вольт-амперная характеристика (вах) эффективность защиты, частичный разряд (чр)
Короткий адрес: https://sciup.org/147244013
IDR: 147244013 | УДК: 621.3.09 | DOI: 10.14529/power240202
An assessment of the effectiveness of surge protection in a 10 kV cable distribution network
This article focuses on the efficient application for metal-oxide protective devices (MOPD) to limit overvoltages in 10 kV cable distribution networks. It presents an original method of mathematical modeling for the propagation of overvoltage waves in a cable network with MOPD. The method is based on the creation of a system of difference equations that link direct and reflected waves at the network nodes. The method allows for obtaining time dependencies of the voltage at any point in the network, the construction of maps of maximum overvoltages, and the risk of overvoltages with high magnitudes. A simulation of a cable network section was conducted to evaluate the effectiveness of installing MOPD at network nodes. The results showed that the greatest effect was achieved when MOPD was installed at nodes with a large number of outgoing cable lines. A comparison of the effectiveness of MOPDs with different current-voltage (V-I) characteristics and partial discharge (PD) inception voltage levels was also conducted. Devices with variable V-I characteristics demonstrate significantly greater efficiency in limiting overvoltages. The results can be used for optimizing the protection of 10 kV cable networks from overvoltages and increasing the reliability of power supplies.
Список литературы Оценка эффективности средств защиты от перенапряжений в кабельной распределительной сети 10 кВ
- A Review of Aging Models for Electrical Insulation in Power Cables / M. Choudhar, M. Shafiq, I. Kiitam [et al] // Energies. 2022. Vol. 15, No. 9. P. 3408. DOI: 10.3390/en15093408.
- Review of condition monitoring and defect inspection methods for compo-sited cable terminals / S. Li, B. Cao, J. Li [et al] // High Voltage. 2023. Vol. 8, No. 3. P. 431–444. DOI: 10.1049/hve2.12318.
- A review on partial discharge diagnosis in cables: Theory, techniques, and trends / S. Govindarajan, A. G. Morales, J. A. Ardila-Rey, N. Purushothaman // Measurement. 2023. Vol. 216. P. 112882. DOI: 10.1016/j.measurement.2023.112882.
- Технологические нарушения. Сводные данные об аварийных отключе-ниях в месяц по границам территориальных зон деятельности ОАО «МРСК Урала» в 2023 году // РОССЕТИ УРАЛ: сайт. URL: https://rosseti-ural.ru/disclosure/monopoly/characteristic/disturbances/ (дата обращения: 27.03.2024).
- Каменский М.К. Повышение эксплуатационных характеристик силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией: специальность 05.09.02 «Элек-тротехнические материалы и изделия»: дис. … канд. техн. наук. Москва: 2002. 174 c.
- Дмитриев М.В. Кабельные линии высокого напряжения. Санкт-Петербург: Политех-пресс, 2021. 688 с.
- Oh D.H. A Novel Diagnosis Method for Void Defects in HVDC Mass-Impregnated PPLP Cable Based on Partial Discharge Measurement / D.H. Oh, H.S. Kim, B.W. Lee // Energies. 2021. Vol. 14, No. 8. P. 2052. DOI: 10.3390/en14082052
- Кри С. Сравнительный анализ кабелей с бумажно-пропитанной изоля-цией и кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на энергетическом рын-ке России / С. Кри, В.А. Баринов // Энергия единой сети. 2014. Т. 5, №16. С. 52-64.
- Евдокунин, Г.А. Внутренние перенапряжения в сетях 6-35 кВ / Г.А. Ев-докунин, С.С. Титенков. Санкт-Петербург: Терция, 2004. 186 с.
- Гусев, Ю. П. Отказоустойчивость ограничителей перенапряжений нелинейных при однофазных замыканиях на землю / Ю. П. Гусев, С. А. Ко-сарев, Г. Ч. Чо // Энергоэксперт. 2020. №1(79). С. 40-43.
- Bewley, L.V. Travelling waves on transmission systems / L.V. Bew-ley. New York: John Wiley & Sons, 1933. 332 p.
- Степанчук, К.Ф. Техника высоких напряжений / К.Ф. Степанчук, Н.А. Тиняков. Минск: Вышэйшая школа, 1982. 368 с.
- Базуткин В.В. Техника высоких напряжений: Изоляция и перена-пряжения в электрических системах / В.В. Базуткин В.В., В.П. Ларионов В.П., Ю.С. Пинталь. Ленинград: Энергоатомиздат, 1986. 464 с.
- Bickford J.P. Application of travelling-wave methods to the calcula-tion of transient-fault currents and voltages in pow-er-system networks / J.P. Bickford, M.H. Abdel-Rahman // IEE proceedings Part C, Generation, transmis-sion and distribution. 1980. Vol. 27, No. 3. P. 153-168. DOI: 10.1049/ip-c.1980.0026
- Chiradeja P. Identify Direct Lightning Strike Location Based on Dis-crete Wavelet Transform for 115-kV Transmission System / P. Chiradeja, A. Ngaopitakkul // IEEE Access. 2022. Vol. 10, No. 4. P. 80609–80622. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3195497
- A fast boundary protection for an AC transmission line connected to an LCC-HVDC inverter station / Z. Liu, H. Gao, S. Luo, L. Zhao, Y. Feng // Pro-tection and Control of Modern Power Systems. 2020. Vol. 5, No. 1. DOI: 10.1186/s41601-020-00175-7
- Gaur V.K. New ground fault location method for three-terminal transmission line using unsynchronized current measurements. / V.K. Gaur, B.R. Bhalja, A. Saber // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2022. Vol. 135. DOI: 10.1016/j.ijepes.2021.107513
- Time–frequency multiresolution of fault-generated transient signals in transmission lines using a morphological filter / J.C. Quispe, J. Morales, E. Or-duna, C. Liebermann, M. Bruhns, P. Schegner // Protection and control of mod-ern power systems. 2023. Vol. 8, No. 1. DOI: 10.1186/s41601-023-00294-x
- Adaptive traveling wave-Based algorithm for time alignment of transmission line fault records / F.V. Lopes, T.R. Honorato, G.A. Cunha, S.S. Nilo Ribeiro, P. Lima, A. Coelho, et al. //. Electric power systems research. 2021. Vol. 196. DOI: 10.1016/j.epsr.2021.107258
- Коржов А.В. Исследования перенапряжений по длине неодно-родной распределительной кабельной сети / А.В. Коржов, О.В. Волков, Ю.В. Коровин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2020. Т. 20, № 1. С. 22–29. DOI: 10.14529/power200103
- Основы теории цепей / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. Москва: Энергия, 1975. 753 с.
- Машкалёв, Д.А. Диагностика изоляции силового кабеля / Д.А. Машкалёв // Энергетик. 2016. № 9. – С. 46-49.
- Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструк-циях / Г.С. Кучинский // Ленинград: Энергия, 1979. 224 с.
- Partial discharge testing for cables // Electrical Reliability Services. Service Data Sheet Ref. No. PM-02-301-A. December 2008. URL: https://studylib.net/doc/18561241/partial-discharge-testing-for-cables.
- СТО 56947007-29.130.10.197-2015. Методические указания по применению ОПН на ВЛ 6-750 кВ. Москва: ОАО «ФСК ЕЭС», 2015. 138 с.
- ГОСТ Р 53735.5–2009 (МЭК 60099-5:2000). Разрядники вентиль-ные и ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок пе-ременного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Часть 5: Рекомендации по вы-бору и применению. Москва: Стандартинформ, 2011. 59 с.
- EP3404791A1 European Patent. Apparatus and methods for over-voltage protection of electronic devices / Nojima Geraldo, applicant Eaton Intelli-gent Power Limited Dublin 4 (IE) // Date of publication: 21.11.2018 Bulletin 2018/47. Application number: 18170253.1
