omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-187-92-100PBQVHPomna-276Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGИспользование модулей фазных напряжений для выбора поврежденной фазы при замыканиях на землюThe use of phase voltage modules to select the damaged phase in case of single-phase earth faultsШабановВ. А.ShabanovV. A.

ШАБАНОВ Виталий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Электротехника и электрооборудование предприятий» 

г. Уфа

AuthorID (РИНЦ): 592405

SHABANOV Vitaliy Alekseyevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of Electrical Engineering and Electrical Equipment of Enterprises Department

Ufa

AuthorID (RSCI): 592405

vitaliiy123@yandex.ruСорокинА. В.SorokinA. V.

СОРОКИН Александр Владимирович, аспирант кафедры «Электротехника и электрооборудование предприятий» 

г. Уфа

AuthorID (РИНЦ): 860832

SOROKIN Aleksandr Vladimirovich, Graduate Student of Electrical Engineering and Electrical Equipment of Enterprises Department

Ufa

AuthorID (RSCI): 860832

sorokin-a-v@mail.ruУфимский государственный нефтяной технический университетРоссияUfa State Petroleum Technical UniversityRussian Federation2023300920230392100Copyright © Шабанов В.А., Сорокин А.В., 20232023Шабанов В.А., Сорокин А.В.Shabanov V.A., Sorokin A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/276

При коротких замыканиях выбор поврежденных фаз всегда предшествует определению места повреждения. Для выбора поврежденной фазы широко используются фильтровые избиратели поврежденной фазы, использующие симметричные составляющие фазных токов. В сетях с изолированной нейтралью фазные токи при замыкании на землю определяются в основном токами нагрузки, и в большинстве случаев фазный ток поврежденной фазы мало отличается от токов в неповрежденных фазах. Поэтому фазные токи и их симметричные составляющие для выбора поврежденной фазы при однофазных замыканиях не используются. Для выбора поврежденной фазы в сетях с изолированной нейтралью используются свойства модулей фазных напряжений и напряжения смещения нейтрали. Однофазные замыкания на землю происходят, как правило, через переходные сопротивления, значения которых могут достигать несколько тысяч Ом. Поэтому исследование избирателей поврежденной фазы, использующих модули напряжений, при однофазных замыканиях и при замыканиях через значительные переходные сопротивления, является актуальной задачей.

Цель статьи — исследовать свойства и рассмотреть направления совершенствования избирателей поврежденной фазы, использующих модули фазных напряжений, определить области их селективного действия в зависимости от величины переходного сопротивления в месте замыкания. Описать алгоритмы, при которых избиратель будет действовать селективно как при металлических замыканиях, так и при замыканиях через переходное сопротивление. 

In case of short circuits, the selection of damaged phases always precedes the determination of the damage location. To select the damaged phase, filter selector of the damaged phase are widely used, using symmetrical components of phase currents. In networks with an isolated neutral, the phase currents during a ground fault are determined mainly by load currents and in most cases the phase current of the damaged phase differs little from the currents in the undamaged phases. Therefore, phase currents and their symmetrical components are not used to select the damaged phase in single-phase short circuits. To select the damaged phase in networks with an isolated neutral, the properties of the phase voltage modules and the neutral offset voltage are used. Single-phase earth faults occur, as a rule, through fault resistances, the values of which can reach several thousand ohms. Therefore, the study of devices for selecting the damaged phase using voltage modules with single-phase earth faults through significant fault resistances is an urgent task.

The purpose of the article is to investigate the properties and consider the directions of improvement of damaged phase sensors using phase voltage modules, to determine the areas of their selective action depending on the magnitude of the fault resistance at the point of damage. Describe algorithms in which the voter will act selectively both with metal damages and with damages through fault resistance.

однофазные замыкания на землюизбиратели поврежденной фазыпереходное сопротивлениеsingle-phase earth faultsdevice for selecting the damaged phasefault resistanceReferencesАндреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Москва: Высшая школа, 2007. 639 с.Andreyev V. A. Releynaya zashchita i avtomatika sistem elektrosnabzheniya [Relay protection and automation of power supply system’s]. Moscow, 2007. 639 p. (In Russ.).Аржанников Е. А. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике линий при замыканиях на землю. Москва: Энергоатомиздат, 1985. 175 с.Arzhannikov E. A. Distantsionnyy printsip v releynoy zashchite i avtomatike liniy pri zamykaniyakh na zemlyu [Remote principle in relay protection and automation of lines during earth faults]. Moscow, 1985. 175 р. (In Russ.).Шабанов В. А., Сорокин А. В. Алгоритмы дистанционного определения расстояния до места однофазного замыкания с использованием тока нулевой последовательности в качестве опорного тока // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2021. № 1, т. 17. С. 33–43. DOI: 10.17122/1999-5458-2021-17-1-33-43.Shabanov V. A., Sorokin A. V. Algoritmy distantsionnogo opredeleniya rasstoyaniya do mesta odnofaznogo zamykaniya s ispol′zovaniyem toka nulevoy posledovatel′nosti v kachestve opornogo toka [Algorithms for remote determination of the distance to the single-phase fault location using the zero-sequence current as the reference current] // Elektrotekhnicheskiye i informatsionnyye kompleksy i sistemy. Electrotechnical and Information Complexes and Systems. 2021. No. 1, vol. 17. P. 33–43. DOI: 10.17122/1999-5458-2021-17-1-33-43. (In Russ.).Шуцкий В. И., Жидков В. О., Ильин Ю. Н. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок. Москва: Энергоатомиздат, 1988. 150 с.Shutskiy V. I., Zhidkov V. O., Il′in Yu. N. Zashchitnoye shuntirovaniye odnofaznykh povrezhdeniy elektroustanovok [Protective shunting of single-phase damages of electrical installations]. Moscow, 1988. 150 p. (In Russ.).Гуревич В. И. Некоторые технические аспекты проблемы защиты от замыканий на землю распределительных сетей среднего напряжения // Промышленная энергетика. 2001. № 1. С. 34–37.Gurevich V. I. Nekotoryye tekhnicheskiye aspekty problemy zashchity ot zamykaniy na zemlyu raspredelitel′nykh setey srednego napryazheniya [Some technical aspects of the problem of earth fault protection of medium voltage distribution networks] // Promyshlennaya energetika. Industrial Power Engineering, 2001. No. 1. P. 34–37. (In Russ.).Мухлынин Н. Д., Ерохин П. М., Паздерин А. В. Направления совершенствования функций релейной защиты за счет использования технологий синхронизированных векторных измерений // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 3 (56). С. 4–11. DOI: 10.18503/2311-8318-2022-3(56)-4-11.Mukhlynin N. D., Yerokhin P. M., Pazderin A. V. Napravleniya sovershenstvovaniya funktsiy releynoy zashchity za schet ispol’zovaniya tekhnologiy sinkhronizirovannykh vektornykh izmereniy [Relay protection improving by means of using PMU technologies] // Elektrotekhnicheskiye sistemy i kompleksy. Electrical Systems and Complexes. 2022. No. 3 (56). P. 4–11. DOI: 10.18503/2311-8318-2022-3(56)-4-11. (In Russ.).Galvez C., Abur A. Fault Location in Meshed and Active Power Distribution Networks // 2021 IEEE Madrid PowerTech. Madrid, Spain. 2021. P. 1–6. DOI: 10.1109/PowerTech46648.2021.9494755.Galvez C., Abur A. Fault Location in Meshed and Active Power Distribution Networks // 2021 IEEE Madrid PowerTech. Madrid, Spain. 2021. P. 1–6. DOI: 10.1109/PowerTech46648.2021.9494755. (In Engl.).Фабрикант В. Л. Дистанционная защита. Москва: Высшая школа, 1978. 215 с.Fabrikant V. L. Distantsionnaya zashchita [Remote protection]. Moscow, 1978. 215 p. (In Russ.).Nuthalapati B., Sinha U. K. Location detection of downed or broken power line fault not touching the ground by hybrid AD method // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2019. Vol. 14 (2). P. 483–489.Nuthalapati B., Sinha U. K. Location detection of downed or broken power line fault not touching the ground by hybrid AD method // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2019. Vol. 14 (2). P. 483–489. (In Engl.).Yang Yu, Mengshi Li, Tianyao Ji [et al.]. Fault Location Approach for Distribution Network with Dynamic Environment // International Transactions on Electrical Energy System. 2022. Vol. 99. DOI: 10.1155/2022/3065602.Yang Yu, Mengshi Li, Tianyao Ji [et al.]. Fault Location Approach for Distribution Network with Dynamic Environment // International Transactions on Electrical Energy System. 2022. Vol. 99. DOI: 10.1155/2022/3065602. (In Engl.).Лосев С. Б., Онучин В. А., Плотников В. Г. Фильтровый избирательный орган, реагирующий на соотношение аварийных значений симметричных составляющих // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 1988. № 10. С. 57–64.Losev S. B., Onuchin V. A., Plotnikov V. G. Fil′trovyy izbiratel′nyy organ, reagiruyushchiy na sootnosheniye avariynykh znacheniy simmetrichnykh sostavlyayushchikh [Filter electoral body reacting to the ratio of emergency values of symmetrical components] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektromekhanika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Elektromekhanika. 1988. No. 10. P. 57–64. (In Russ.).Кочетов И. Д., Лямец Ю. Я., Мартынов М. В. [и др.]. Индивидуальная и групповая распознающая способность измерительных органов релейной защиты // Электрические станции. 2019. № 10 (1059). С. 30–35.Kochetov I. D., Lyamets Yu. Ya., Martynov M. V. [et al.]. Individual′naya i gruppovaya raspoznayushchaya sposobnost′ izmeritel′nykh organov releynoy zashchity [Individual and group recognition capability of relay protection measurers] // Elektricheskiye stantsii. Electric Stations. 2019. No. 10. P. 30–35. (In Russ.).Dashtdar M., Dashtda M. Fault Location in Distribution Network Based on Phasor Measurement Units (PMU) // The Scientific Bulletin of Electrical Engineering Faculty. 2019. Vol. 19 (2). P. 38–43. DOI: 10.1515/sbeef-2019-0019.Dashtdar M., Dashtda M. Fault Location in Distribution Network Based on Phasor Measurement Units (PMU) // The Scientific Bulletin of Electrical Engineering Faculty. 2019. Vol 19 (2). P. 38–43. DOI: 10.1515/sbeef-2019-0019. (In Engl.).Любарский Д. Р., Мисриханов М. Ш., Саухатас А. С. Определение вида повреждения и поврежденных фаз // Вестник ИГЭУ. 2006. Вып.4. С. 1–3.Lyubarskiy D. R., Misrikhanov M. Sh., Saukhatas A. S. Opredeleniye vida povrezhdeniya i povrezhdennykh faz [Determination of the type of damage and damaged phases] // Vestnik IGEU. Bulletin ISPEU. 2006. Issue 4. P. 1–3. (In Russ.).Кочетов И. Д., Лямец Ю. Я., Маслов А. Н. Распознавание повреждённых фаз и определение места повреждения линии электропередачи при одностороннем наблюдении // Электрические станции. 2022. № 4. С. 48–53. DOI: 10.34831/EP.2022.1089.4.008.Kochetov I. D., Lyamets Yu. Ya., Maslov A. N. Raspoznavaniye povrezhdennykh faz i opredeleniye mesta povrezhdeniya linii elektroperedachi pri odnostoronnem nablyudenii [Recognition of damaged phases and fault location of power transmission line observed on one side] // Elektricheskiye stantsii. Electric Stations. 2022. No. 4. P. 48–53. DOI: 10.34831/EP.2022.1089.4.008. (In Russ.).Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970, 519 с.Ulyanov S. A. Elektromagnitnyye perekhodnyye protsessy v elektricheskikh sistemakh [Electromagnetic transients in electrical systems]. M.: Energiya, 1970. 519 p. (In Russ.).Кучумов Л., Кузнецов А., Червочков Д. Переходное сопротивление в месте ОЗЗ. Влияние на режимные параметры и рабочие сигналы защит от ОЗЗ // Новости электротехники. 2017. № 4 (106). С. 24–27.Kuchumov L., Kuznetsov A., Chervochkov D. Perekhodnoye soprotivleniye v meste OZZ. Vliyaniye na rezhimnyye parametry i rabochiye signaly zashchit ot OZZ [Transient resistance at the site of the OZZ. Influence on the operating parameters and operating signals of protection from OZZ] // Novosti ElektroTekhniki. Electrical Engineering News. 2017. No. 4 (106). P. 24–27. (In Russ.).Шабанов В. А., Сорокин А. В. Признаки поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2022. Т. 19, № 3-4. С. 89–100. DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-3-4-89-100.Shabanov V. A., Sorokin A. V. Priznaki povrezhdennoy fazy pri odnofaznom zamykanii na zemlyu [Features of a faulty phase at single phase-to-ground faults] // Elektrotekhnicheskiye i informatsionnyye kompleksy i sistemy. Electrical and Information Complexes and Systems. 2022. Vol. 19, no. 3-4. P. 89–100. DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-3-4-89-100. (In Russ.).Шалин А. И. Замыкания на землю в линиях электропередачи 6–35 кВ. Особенности возникновения и приборы защиты // Новости электротехники. 2005. № 1 (31). URL: http://news.elteh.ru/arh/2005/31/15.php (дата обращения: 10.02. 2023).Shalin A. I. Zamykaniya na zemlyu v liniyakh elektroperedachi 6–35 kV. Osobennosti vozniknoveniya i pribory zashchity [Earth faults in 6-35 kV power transmission lines] // Novosti Elektrotekhniki. Electrical Engineering News. 2005. No. 1 (31). URL: http://news.elteh.ru/arh/2005/31/15.php (accessed: 10.02. 2023). (In Russ.).Пат. SU 1201945A1 СССР, МПК H 02 H 5/12. Устройство для автоматического шунтирования поврежденной фазы в электрической сети с изолированной нейтралью // Рыбальченко Ю. Я., Сантоцкий В. Г., Стасенко Р. Ф. № 3773606; заявл. 23. 07.84; опубл. 30. 12.85. Бюл. № 48.Patent SU 1201945A1 SSSR, IPC H 02 H 5/12. Ustroystvo dlya avtomaticheskogo shuntirovaniya povrezhdennoy fazy v elektricheskoy seti s izolirovannoy neytral′yu [Device for automatic shutting of faulted phase in isolated neutral sys tem] // Rybalchenko Yu. Ya., Santotskiy V. G., Stasenko R. F. No. 3773606. (In Russ.).Пат. SU 335763 СССР, МПК H 02 H 3/16. Устройство для определения поврежденной фазы / Микрюков В. И., Шишкин Н. Ф., Шкабер В. В. [и др.]. № 1487097/24-76; заявл. 29. 10.70; опубл. 11. 04.72. Бюл. № 13.Patent SU 335763 SSSR, IPC H 02 H 3/16. Ustroystvo dlya opredeleniya povrezhdennoy fazy [Device for determining the damaged phase] // Mikryukov V. I., Shishkin N. F., Shka- ber V. V. [et al.]. No. 1487097/24-7622. (In Russ.).Пат. SU 904074 А1 СССР, МПК H 02 H 5/12; H 02 H 3/16. Устройство для определения поврежденной фазы сети // Антонов В. Ф., Сирота И. М., Назаров В. В. [и др.]. № 2733799; заявл. 07. 03.79; опубл. 07. 02.82. Бюл. № 5.Patent SU 904074 A1 SSSR, IPC H 02 H 5/12; H 02 H 3/16. Ustroystvo dlya opredeleniya povrezhdennoy fazy seti [Device for determining damaged network phase] // Antonov V. F., Siro- ta I. M., Nazarov V. V. [et al.]. No. 2733799. (In Russ.).Пат. SU 964554 СССР, МПК G 01 R 31/08; H 02 H 3/16. Способ определения поврежденной фазы в электрической сети с изолированной нейтралью // Антонов В. Ф., Ягудаев Б. М., Назаров В. В., Микрюков В. И. [и др.]. № 3256524; заявл. 09. 13.81; опубл. 07. 10.82. Бюл. № 37.Patent SU 964554 SSSR, IPC G 01 R 31/08; H 02 H 3/16. Sposob opredeleniya povrezhdennoy fazy v elektricheskoy seti s izolirovannoy neytral′yu [Method of determining damaged phase in electric network with insulated neutral wire] // Antonov V. F., Yagudayev B. M., Nazarov V, V., Mikryukov V. I. [et al.]. No. 3256524. (In Russ.).Шабанов В. А. Избиратель поврежденной фазы при замыканиях на землю на основе системы уравнений для модулей напряжений // Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий: сб. науч. тр. VII Междунар. науч.-техн. конф. Уфа: Изд-во ООО Научно-инженерный центр Энергодиагностика, 2023. С. 128–135.Shabanov V. A. Voter of the damaged phase in earth faults based on a system of equations for voltage modules // Electric drive, electrical technologies and electrical equipment of enterprises: collection of scientific tr. VII International Scientific and Technical conf. Ufa: Publishing House of LLC Scientific and Engineering Center Energodiagnostika, 2023. P. 128–135. (In Russ.).Пат. SU 469182A1 СССР, МПК H 02 H 3/16. Устройство для защиты от поражения электрическим током в трехфазных сетях с изолированной нейтралью // Коваленко И. И. № 175041524-7; заявл. 22. 02.72; опубл. 30. 04.75. Бюл. № 18.Patent SU 469182A1 SSSR, IPC. H 02 H 3/16. Ustroystvo dlya zashchity ot porazheniya elektricheskim tokom v trekhfaznykh setyakh s izolirovannoy neytral′yu [Device for protection against electric shock in three-phase networks with insulated neutral] // Kovalenko I. I. No. 175041524-7. (In Russ.).Пат. SU 589659А1 СССР, МПК G 01 R 31/08; H 02 H 3/16. Способ распознавания поврежденной фазы в сетях с компенсацией токов однофазного замыкания // Стасенко Р. Ф., Фельдман Н. М., Шишков И. М. № 2037745; заявл. 02. 07.74; опубл. 25. 01.78. Бюл. № 3.Patent SU 589659A1 SSSR, IPC G 01 R 31/08; H 02 H 3/16. Sposob raspoznavaniya povrezhdennoy fazy v setyakh s kompensatsiyey tokov odnofaznogo zamykaniya [A method for recognizing a damaged phase in networks with compensation of single-phase short-circuit currents] // Stasenko R. F., Fel′dman N. M., Shishkov I. M. No. 2037745. (In Russ.).Сорокин А. В., Шабанов В. А. Алгоритм определения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю в сетях с изолированной нейтралью // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2022. T. 18, № 2. С. 52–62. DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-2-52-62.Sorokin A. V., Shabanov V. A. Algoritm opredeleniya povrezhdennoy fazy pri odnofaznom zamykanii na zemlyu v setyakh s izolirovannoy neytral′yu [Algorithm for determining the damaged phase during a single-phase earth fault in networks with an isolated neutral] // Elektrotekhnicheskiye i informatsionnyye kompleksy i sistemy. Electrical and Data Processing Facilities and Systems. 2022. Vol. 18, no. 2. P. 52–62. DOI: 10.17122/1999-54582022-18-2-52-62. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.