Vestnik of Samara State Technical University. Technical Sciences SeriesVestnik of Samara State Technical University. Technical Sciences SeriesВестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки»1991-85422712-8938Samara State Technical University7214710.14498/tech.2021.4.5Electrical EngineeringЭлектротехникаResearch ArticleAnalysis of existing types of protection against single-phase earth faults and their application conditionsАнализ существующих разновидностей защит от однофазных замыканий на землю и условия их примененияAndreevAnton A.АндреевАнтон Андреевич
Russian Federation

Postgraduate Student

диспетчер электрических сетей АО «ССК», аспирант

bikurina@yandex.ruTogliatti State UniversityТольяттинский государственный университет1512202129456702406202115122021Copyright ©; 2021, Andreev A.A.Copyright ©; 2021, Андреев А.А.2021Andreev A.A.Андреев А.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/1991-8542/article/view/72147

Currently, the problem of determining a single-phase earth fault in networks with isolated and compensated neutral mode is still relevant. According to the existing data, according to the time of elimination of these technological violations, the conclusion arises, according to which the effectiveness of existing protections is called into question. This issue is particularly acute for electric grid companies that serve urban electric networks, since the mass of lines laid next to each other and the heterogeneous nature of the load makes the network mode not suitable for the use of modern protections. Therefore, as a definition of damage, the method of sequential disconnection and the method of dividing the network into sections, which were used half a century ago, are used. Therefore, the analysis of the existing earth fault protection will help to identify the existing problem more clearly, as well as set the direction for further scientific research in this area. The methodological basis, in this article, is the analysis. The information for this method is taken from the theoretical and empirical information of previously published works. In particular, the existing types of protection against single-phase earth faults are considered. Their analysis and conditions of applicability for the electric economy of urban electric networks are made. In the course of the analysis, it was found that the existing protection against single-phase earth faults can reduce the search range of OZZ, but, so far, they can not provide absolute selectivity for the conditions of urban electrical networks made by cable lines. Since such electrical networks are typical for densely populated areas, the above problem is relevant and requires a quick solution.

Проблема определения однофазного замыкания на землю в сетях с изолированным и компенсированным режимом нейтрали до сих пор актуальна. Согласно существующим данным по времени устранения данных технологических нарушений ставится под сомнение действенность существующих защит. Данный вопрос стоит особенно остро для электросетевых компаний, обслуживающих городские электрические сети, так как массовость линий, проложенных рядом друг с другом, и разнородный характер нагрузки делают режим сети неподходящим для использования современных защит. Поэтому для определения повреждения используются методы последовательного отключения и разделения сети на участки, которые применялись еще полвека назад. Следовательно, проведение анализа существующих защит от замыканий на землю поможет обозначить существующую проблему более четко, а также задаст вектор дальнейшим научным исследованиям в этой области. Сведения для данного метода берутся из теоретической и эмпирической информации опубликованных ранее работ. Рассмотрены, в частности, существующие разновидности защит от однофазных замыканий на землю. Произведен их анализ и условия применимости для электрохозяйства городских электрических сетей. В ходе анализа установлено, что существующие защиты от однофазных замыканий на землю позволяют уменьшить круг поиска ОЗЗ, но до сих пор не могут обеспечить абсолютной селективности для условий городских электрических сетей, выполненных кабельными линиями. Так как подобные электрические сети характерны для густонаселенных районов, то изложенная проблема актуальна и требует скорого решения.

single-phase earth faultspower supplyisolated neutralcompensated neutralcable linesоднофазные замыкания на землюэлектроснабжениеизолированная нейтралькомпенсированная нейтралькабельные линииKashevarov S.G. Damage to power transmission lines and review of new technical and organizational solutions for their limitation // The current state and prospects for the development of technical sciences: A collection of articles of the International Scientific and Practical Conference. Ufa: RIO MTII Omega Sciences, 2015. p. 58Кашеваров С.Г. Повреждение линий электропередачи и обзор новых технических и организационных решений по их ограничению // Современное состояние и перспективы развития технических наук: Сборник статей Международной научно-практической конференции. – Уфа: РИО МЦИИ Омега Сайнс, 2015. – С. 58.Shalin A.I. Earth closures in 6–35 kV networks. Advantages and disadvantages of various protections // News of Electrical Engineering. 2005. № 3 (33).Шалин А.И. Замыкания на землю в сетях 6–35 кВ. Достоинства и недостатки различных защит // Новости ЭлектроТехники. – 2005. – № 3 (33).Nevretdinov Yu.M., Fasti G.P., Danilin A.N., et al. Studies of the danger of single-phase short circuits in the 35 kV network of the Murmansk region // Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Power engineering. 2016. Issue 12. p. 7–15.Невретдинов Ю.М., Фастий Г.П., Данилин А.Н. и др. Исследования опасности однофазных замыканий в сети 35 кВ Мурманского региона // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. – 2016. – Вып. 12. – С. 7–15.Shalin A.I., Tselebrovsky Yu.V., Shcheglov A.M. Features of resistive grounding in urban networks of 10 kV // Limiting overvoltage and modes of grounding neutral networks of 6–35 kV: Proceedings of the Second All-Russian Scientific and Technical Conference. Novosibirsk, 2002. p. 63–68.Шалин А.И., Целебровский Ю.В., Щеглов А.М. Особенности резистивного заземления в городских сетях 10 кВ // Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6–35 кВ: Труды Второй всероссийской научно-технической конференции. – Новосибирск, 2002. – С. 63–68.Obabkov V.K. Multicriteriality of the indicator of the efficiency of the functioning of networks of 6–35 kV and the problem of optimizing the modes of neutral grounding // Modes of neutral grounding of 3–6–10–35 kV networks: Reports of the scientific and technical conference. Novosibirsk, 2000. pp. 33–41.Обабков В.К. Многокритериальность показателя эффективности функционирования сетей 6–35 кВ и проблема оптимизации режимов заземления нейтрали // Режимы заземления нейтрали сетей 3–6–10–35 кВ: Доклады научно-технической конференции. – Новосибирск, 2000. – С. 33–41.Zhang H.A. Segmented Network Method Based Faulted Line Selection Strategy for Single-Phase Earth Fault in Small Current Grounding Distribution Network. 2017 International Conference on Computer Systems, Electronics and Control (ICCSEC), Dalian, 2017, pp. 1582–1588.Burkhardt E., Hilbrich D., Offermann N., et al. The Short-term Isolated Star Point Grounding to Detect Earth Faults in Compensated Networks. The Concept. 2020. 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Torino, Italy, 2020, pp. 1–5.Burkhardt E., Hilbrich D., Offermann N. et al. The Short-term Isolated Star Point Grounding to Detect Earth Faults in Compensated Networks. The Concept. 2020. 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Torino, Italy, 2020, pp. 1–5.Nazarychev A.N., Titenkov S.S., Pugachev A.A. Complex innovative solutions for neutral grounding in networks of 6–35 kV // Electric Power. Transmission and distribution. 2016. No. 3(36). pp. 40–46.Назарычев А.Н., Титенков С.С., Пугачев А.А. Комплексные инновационные решения по заземлению нейтрали в сетях 6–35 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2016. – № 3(36). – С. 40–46.Filippov S.P., Dilman M.D., Ilyushin P.V. Distributed Generation of Electricity and Sustainable Regional Growth // Thermal Engineering. 2019. V. 66 (12), pp. 869–880.Filippov S.P., Dilman M.D., Ilyushin P.V. Distributed Generation of Electricity and Sustainable Regional Growth // Thermal Engineering. 2019. V. 66(12), pp. 869–880.Abdullin L.I., Vagapov G.V., Chernova N.V., et al. Effect of parallel feeders on the resonant frequencies of the overhead line during a single-phase ground fault // News of higher educational institutions. Energy problems. 2018. Vol. 20. no. 1–2. pp. 54–61.Абдуллин Л.И., Вагапов Г.В., Чернова Н.В. и др. Влияние параллельно работающих фидеров на резонансные частоты воздушной линии при однофазном замыкании на землю // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2018. – Т. 20. – № 1–2. – С. 54–61.Kulikova N.A., Titorenko O.M., Tyapkina V.A. Resistive neutral grounding – a method for improving the reliability of electrical networks of 6–35 kV // Power plants and Technologies. 2018. vol. 4. No. 2.Куликова Н.А., Титоренко О.М., Тяпкина В.А. Резистивное заземление нейтрали – способ повышения надежности работ электрических сетей 6–35 кВ // Энергетические установки и технологии. – 2018. – Т. 4. – № 2.Ryzhkova E.N., Kudrin B.I., Fomin M.A. Economic efficiency of transferring 6–35 kV power supply networks to the controlled resistive grounding mode. Bulletin of the MEI. No. 3. 2013.Рыжкова Е.Н., Кудрин Б.И., Фомин М.А. Экономическая эффективность перевода сетей электроснабжения 6–35 кВ в режим управляемого резистивного заземления // Вестник МЭИ. – 201. – № 3.Tselebrovsky Yu.V. Normative support of the neutral mode in electric networks // Modes of grounding of the neutral of networks 3–6–10–35 kV: Reports of the scientific and technical conference. Novosibirsk, 2000. p. 3–6.Целебровский Ю.В. Нормативное обеспечение режима нейтрали в электрических сетях // Режимы заземления нейтрали сетей 3–6–10–35 кВ: Доклады научно-технической конференции. – Новосибирск, 2000. – С. 3–6.Borukhman V.A. On the operation of selective earth fault protection in 6–10 kV networks and measures for their improvement // Energetik. 2000. No. 1. pp. 20–22.Борухман В.А. Об эксплуатации селективных защит от замыканий на землю в сетях 6–10 кВ и мероприятиях по их совершенствованию // Энергетик. – 2000. – № 1. – С. 20–22.Fedotov A.I., Vagapov G.V., Abdullazyanov A.F., Sharipov A.M. Digital system for monitoring damage on power transmission lines // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Energy problems. 2021. No. 23(1). Р. 146–155.Федотов А.И., Вагапов Г.В., Абдуллазянов А.Ф., Шаряпов А.М. Цифровая система мониторинга повреждений на линиях электропередачи // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2021. – № 23(1). – С. 146–155.Myshkina L.S. Malaya generatsiya – a means of increasing the survivability of the energy system. Izvestiya vysshnykh uchebnykh zavedeniy. Energy problems. 2017. Vol. 19, no. 1–2. p. 23–30.Мышкина Л.С. Малая генерация – средство повышения живучести энергосистемы // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2017. – Т. 19. – № 1–2. – С. 23–30.Bouziane B., Elmaouhab A., et al. Smart Grid Reliability Using Reliable Block Diagram Case Study: Adrar’s Isolated Network of Algeria // 2019 International Conference on Power Generation Systems and Renewable Energy Technologies (PGSRET): proc. Istanbul, Turkey 26–27 august 2019. IEEE, 2019. https://doi.org/10.1109/PGSRET.2019.8882711.Bouziane B., Elmaouhab A. et al. Smart Grid Reliability Using Reliable Block Diagram Case Study: Adrar’s Isolated Network of Algeria // 2019 International Conference on Power Generation Systems and Renewable Energy Technologies (PGSRET): proc. Istanbul, Turkey 26–27 august 2019. – IEEE, 2019. https://doi.org/10.1109/PGSRET.2019.8882711.Guillen D., Olivares-Galvan J.C., Escarela-Perez R. at al. Diagnosis of interturn faults of single-distribution transformers under controlled conditions during energization // Measurement. 2019. V. 141. pp. 24–36.Guillen D., Olivares-Galvan J.C., Escarela-Perez R. et al. Diagnosis of interturn faults of single-distribution transformers under controlled conditions during energization // Measurement. 2019. V. 141. pp. 24–36.Mejia-Barron A., Valtierra-Rodriguez M., Granados-Lieberman D. at al. The application of EMD-based methods for diagnosis of winding faults in a transformer using transient and steady state currents // Measurement. 2018. V. 117. pp. 371–379.Manilov A.M. A method for ensuring the sensitivity of protections against single-phase earth faults in a 6–10 kV network // Energoexpert. 2011. No. 4.Манилов А.М. Способ обеспечения чувствительности защит от однофазных замыканий на землю в сети 6–10 кВ // Энергоэксперт. – 2011. – № 4.Shalin A.I. Earth closures in 6–35 kV networks. Cases of incorrect actions of protection // News of Electrical Engineering. 2005. № 2 (32).Шалин А.И. Замыкания на землю в сетях 6–35 кВ. Случаи неправильных действий защит // Новости ЭлектроТехники. – 2005. – № 2 (32).Titenkov S.S., Pugachev A.A. Neutral grounding modes in 6–35 kV networks and the organization of relay protection against single-phase earth faults // Energoexpert. 2010. No. 2.Титенков С.С., Пугачев А.А. Режимы заземления нейтрали в сетях 6–35 кВ и организация релейной защиты от однофазных замыканий на землю // Энергоэксперт. – 2010. – № 2.Zakaryukin V.P., Kryukov A.V., Alekseenko E.A. Analysis of the applicability of simplified models of the external network for determining short-circuit currents in traction power supply systems of railways. Energy problems. 2017. No. 19 (11–12). Р. 12–20.Закарюкин В.П., Крюков А.В., Алексеенко Е.А. Анализ применимости упрощенных моделей внешней сети для определения токов короткого замыкания в системах тягового электроснабжения железных дорог // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2017. – № 19 (11–12). – С. 12–20.Lykin A.V., Utkin E.A. Distribution electric networks of 10/0. 4 kV with the maximum approximation of transformer substations to consumers // News of higher educational institutions. Energy problems. 2019. No. 21(3). Р. 46–54.Лыкин А.В., Уткин Е.А. Распределительные электрические сети 10/0,4 кВ с максимальным приближением трансформаторных подстанций к потребителям // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2019. – № 21 (3). – С. 46–54.Powering. Reliable. Future. Yesterday, today and tomorrow. RWE Annual Report (2017). Essen, Germany: RWE Aktiengesellschaft.Minullin R.G., Piskovatskiy Y.V., Kasimov V.A. Model and Experimental Detection of Single Phase-to-Earth Faults of Overhead Conductors in 6–10 Kv Distribution Circuits by a Location Method. 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), Chelyabinsk, Russia, 2020, pp. 411–415.Minullin R.G., Piskovatskiy Y.V., Kasimov V.A. Model and Experimental Detection of Single Phase-to-Earth Faults of Overhead Conductors in 6-10 Kv Distribution Circuits by a Location Method. 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), Chelyabinsk, Russia, 2020, pp. 411–415.Goryunov V.A. Single-phase earth fault. Is it possible to solve the problem? // Electrical Engineering News. 2017. No. 2 (104).Горюнов В.А. Однофазное замыкание на землю. Можно ли решить проблему? // Новости ЭлектроТехники. – 2017. – № 2 (104).