Influence of Cable and Overhead Lines Parameters on the of Transient Recovery Voltages of High-voltage Circuit Breakers
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-4-30-35Keywords:
cable lines, overhead lines, single-phase short-circuits, rate of rise of transient recovery voltages, peak values of transient recovery voltages, high-voltage circuit breakers, 20 kV electrical distribution network with low-impedance resistive neutral groundingAbstract
Expansion of the use of phase-shielded cables in modern high-voltage and distribution networks, due to the increase in the intensity of electrical loads, makes it relevant to study the influence of such networks on the transient recovery voltage between the contacts of 220 kV circuit breakers, when single-phase short circuits are interrupted.
The calculation-theoretical research of transient processes is made with the use of wideband and frequency-dependent mathematical models of overhead and cable lines in the program EMTP-RV software package. A 220 kV electrical substation with an adjoining 20 kV section of the cable distribution network with a capacitive zero-sequence current of 300 A at single-phase ground faults was used as a prototype of the research object. For verification of the calculation model, we used real oscillograms of the single-phase short-circuit process in the 220 kV distribution network. The difference of calculated current values in comparison with natural oscillograms did not exceed 5%. The dependence of the parameters of transient recovery voltage on the capacity of cables of the distribution network relative to the ground has been analyzed. It has been established that peak values and rates of rise of transient recovery voltage on 220 kV overhead lines reduce, by 7 and 4%, respectively. When cable lines are used in the 220 kV network, compared to overhead lines, the influence of the 20 kV distribution network capacity on the peak values and the rate of rise of transient recovery voltage was less than 1%, which can be considered insignificant. During the reconstruction of the 220 kV network, the replacement of overhead high-voltage lines with cable lines reduces the rate of rise of transient recovery voltage, but increases the peak values.
References
2. Faria da Silva FM, Leth Bak C. Electromagnetic Transients in Power Cables. N.-Y.: Springer, 2013.
3. Базуткин В.В., Кадомская К.П., Костенко М.В., Михайлов Ю.А. Перенапряжения в электрических системах и защита от них. СПб.: Энергоатомиздат, 1995.
4. Гусев О.Ю., Гусев Ю.П., Посохов Н.О. Особенности переходных восстанавливающихся напряжений при отключении коротких замыканий в кабельных линиях высоковольтных электрических сетей // Электротехника. 2023. № 1. С. 50—55. DOI: 10.53891/00135860-2023-01-50. EDN: BURPJY.
5. Методические указания по ограничению высокочастотных коммутационных перенапряжений и защите от них электротехнического оборудования в распределительных устройствах 110 кВ и выше. М.: СПО ОРГРЭС, 1998.
6. Marti J.R. Accurate Modelling of Frequency-dependent Transmission Lines in Electromagnetic Transient Simulations // IEEE Trans. PAS. 1982. V. 101(1). Pp. 147—157.
7. Morched A., Gustavsen B., Tartibi M. A Universal Model for Accurate Calculation of Electromagnetic Transients on Overhead Lines and Underground Cables // Power Delivery IEEE Trans. 1999. V. 14(3). Pp. 1032—1038.
8. РД 153-34.0-20.527—98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования.
9. Григорьев Д.А., Гусев О.Ю., Гусев Ю.П., Посохов Н.О. Влияние высокотемпературных сверхпроводниковых токоограничивающих устройств на отключение коротких замыканий // Теплоэнергетика. 2023. № 8. С. 86—91. DOI: 10.56304/S0040363623080039. EDN: ISFADU.
10. Григорьев Д.А. и др. Использование регистраторов аварийных событий для измерения емкостных токов в кабельной распределительной сети 20 кВ // Новое в российской электроэнергетике. 2022. № 9. С. 15—24. EDN: DZCYYB.
11. ГОСТ Р 52565—2006. Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.
12. СТО 56947007-29.130.10.095—2011. Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 1150 кВ. Указания по выбору.
---
Для цитирования: Гусев Ю.П., Посохов Н.О. Влияние параметров кабельных и воздушных линий на переходные восстанавливающиеся напряжения высоковольтных выключателей // Вестник МЭИ. 2024. № 4. С. 30—35. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-30-35
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Polozhenie o Tekhnicheskoy Politike AO «OEK». Utverzhdeno Prikazom OAO «OEK» № 501 ot 09.09.2015 v Redaktsii Prikaza AO «OEK» № 122 ot 15.03.2017. (in Russian).
2. Faria da Silva FM, Leth Bak C. Electromagnetic Transients in Power Cables. N.-Y.: Springer, 2013.
3. Bazutkin V.V., Kadomskaya K.P., Kostenko M.V., Mikhaylov Yu.A. Perenapryazheniya v Elektricheskikh Sistemakh i Zashchita ot Nikh. SPb.: Energoatomizdat, 1995. (in Russian).
4. Gusev O.Yu., Gusev Yu.P., Posokhov N.O. Osobennosti Perekhodnykh Vosstanavlivayushchikhsya Napryazheniy pri Otklyuchenii Korotkikh Zamykaniy v Kabel'nykh Liniyakh Vysokovol'tnykh Elektricheskikh Setey. Elektrotekhnika. 2023;1:50—55. DOI: 10.53891/00135860-2023-01-50. EDN: BURPJY. (in Russian).
5. Metodicheskie Ukazaniya po Ogranicheniyu Vysokochastotnykh Kommutatsionnykh Perenapryazheniy i Zashchite ot Nikh Elektrotekhnicheskogo Oborudovaniya v Raspredelitel'nykh Ustroystvakh 110 kV i Vyshe. M.: SPO ORGRES, 1998. (in Russian).
6. Marti J.R. Accurate Modelling of Frequency-dependent Transmission Lines in Electromagnetic Transient Simulations. IEEE Trans. PAS. 1982;101(1):147—157.
7. Morched A., Gustavsen B., Tartibi M. A Universal Model for Accurate Calculation of Electromagnetic Transients on Overhead Lines and Underground Cables. Power Delivery IEEE Trans. 1999;14(3):1032—1038.
8. RD 153-34.0-20.527—98. Rukovodyashchie Ukazaniya po Raschetu Tokov Korotkogo Zamykaniya i Vyboru Elektrooborudovaniya. (in Russian).
9. Grigor'ev D.A., Gusev O.Yu., Gusev Yu.P., Posokhov N.O. Vliyanie vysokotemperaturnykh Sverkhprovodnikovykh Tokoogranichivayushchikh Ustroystv na Otklyuchenie Korotkikh Zamykaniy. Teploenergetika. 2023;8:86—91. DOI: 10.56304/S0040363623080039. EDN: ISFADU. (in Russian).
10. Grigor'ev D.A. i dr. Ispol'zovanie Registratorov Avariynykh Sobytiy dlya Izmereniya Emkostnykh Tokov v Kabel'noy Raspredelitel'noy Seti 20 kV. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2022;9:15—24. EDN: DZCYYB. (in Russian).
11. GOST R 52565—2006. Vyklyuchateli Peremennogo Toka na Napryazheniya ot 3 do 750 kV. Obshchie Tekhnicheskie Usloviya. (in Russian).
12. STO 56947007-29.130.10.095—2011. Vyklyuchateli Peremennogo Toka na Napryazhenie ot 3 do 1150 kV. Ukazaniya po Vyboru. (in Russian)
---
For citation: Gusev Yu.P., Posokhov N.O. Influence of Cable and Overhead Lines Parameters on the of Transient Recovery Voltages of High-Voltage Circuit Breakers. Bulletin of MPEI. 2024;4:30—35. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-30-35
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
