Calculating the Transient Recovery Voltages in Selecting Circuit Breakers for Electrical Installations with Rated Voltages of 110 kV and Higher

Authors

  • Юрий [Yuri] Павлович [P.] Гусев [Gusev]
  • Канат [K.] Насыр уулу [Nasyr uulu]
  • Джамшед [Dzhamshed] Бобомуродович [B.] Рахимов [Rakhimov]
  • Ксения [Ksenia] Алексеевна [A.] Скурихина [Skurikhina]

DOI:

https://doi.org/10.24160/1993-6982-2017-3-28-32

Keywords:

transient recovery voltages, exponential, single-frequency and sawtooth voltage waveforms, circuit breaker's breaking capacity, short-circuit fault clearing

Abstract

In clearing short-circuit faults, a transient recovery voltage (TRV) arises between the circuit breaker contacts, which may initiate repeated ignition of electric arc. For modern circuit breakers, including SF6 and vacuum ones, the maximum permissible TRV peak and rate of rise values are given in the GOST(State Standard) R 52565-2006. Earlier editions of the relevant standards contained the requirements only for air blast and oil circuit breakers. The use of modern electrical installations with circuit breakers selected without paying proper attention to TRV may lead to accidents with severe consequences. The article presents a theoretical and calculated comparison of the regulatory documents applicable to circuit breakers for rated voltages of 110 kV and higher and contains recommendations on calculating the TRV parameters that can be used as reference ones in checking the breaking capacity of high-voltage circuit breakers. Methods for calculating the parameters of TRVs with exponential, single-frequency and sawtooth waveforms are considered and compared with one another. Examples of calculating transients involving different TRV waveforms are given. The necessity of calculating TRV with a sawtooth waveform for SF6 and vacuum circuit breakers is pointed out. For updating the design conditions under which the maximum TRV rate of rise and peak values may occur, it is recommended to continue the study. In particular, it is advisable to determine the critical remoteness of a short circuit fault on the line side determined by the combined effect of power line parameters and short-circuit current values on the TRV.

Author Biographies

Юрий [Yuri] Павлович [P.] Гусев [Gusev]

Science degree: Ph.D. (Techn.)

Workplace Electrical Stations Dept., NRU MPEI

Occupation head of department

Канат [K.] Насыр уулу [Nasyr uulu]

Workplace Electrical Stations Dept., NRU MPEI

Occupation Ph.D.-student

Джамшед [Dzhamshed] Бобомуродович [B.] Рахимов [Rakhimov]

Workplace: Electrical Stations Dept., NRU MPEI

Occupation: Ph.D.-student

Ксения [Ksenia] Алексеевна [A.] Скурихина [Skurikhina]

Workplace Electrical Stations Dept., NRU MPEI

Occupation Ph.D.-student

References

1.Челазнов А.А. Статические основы эксплуатационной надежности выключателей в режиме отключения токов короткого замыкания: автореф. дис... докт. техн. наук. Новосибирск: НГТУ, 2000.

2.Акодис М.М., Корзун П.А. Определение восстанавливающихся напряжений на контактах выключателя. М.: Энергия, 1968.

3.Васильев А.А., Крючков И.П., Наяшкова Е.Ф., Околович М.Н. Электрическая часть станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1990.

4.Denis D. Transient Recovery Voltages (TRVs) for High-Voltage Circuit Breakers Pt. 1. Chair CIGRE WG A3.28 & IEEE WG C37.011. San Antonio (USA), 2013.

5.Гусев Ю.П., Омокеева А.А. Исследование электромагнитных переходных процессов в цепях генераторного напряжения малых ГЭС // Наука и образование. 2012. No 12. С. 557—570.

6.ГОСТ Р 52565—2006. Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.

7.ГОСТ 687—78. Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия.

8.Ruben D. Garzon. High Voltage Circuit Breakers. N.-Y.: Marcel Dekker, 2002.

9.IEEE Application Guide for Transient Recovery Voltage for AC High-Voltage Circuit Breakers. N.-Y. (USA), 2011.

10.Методические указания по ограничению высокочастотных коммутационных перенапряжений и защите от них электротехнического оборудования в распределительных устройствах 110 кВ и выше. М.: СПО ОРГРЭС, 1998.

11.Волков М.С., Гусев Ю.П. Оценка влияния характеристик токоограничивающего реактора на переходные восстанавливающиеся напряжения на контактах выключателя при отключении токов короткого замыкания // Наука и образование. 2013. No 7. С. 329—334.
---
Для цитирования: Гусев Ю.П., Насыр уулу К., Рахимов Дж.Б., Скурихина К.А. Расчет переходных восстанавливающихся напряжений при выборе выключателей для электроустановок напряжением 110 кВ и выше // Вестник МЭИ. 2017. № 3. С. 28—32. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-3-28-32.
#
1.Chelaznov A.A. Staticheskie Osnovy Ekspluatatsionnoy Nadezhnosti Vyklyuchateley v Rezhime Otklyucheniya Tokov Korotkogo Zamykaniya: Avtoref. Dis... Dokt. Tekhn. Nauk. Novosibirsk: NGTU, 2000. (in Russian).

2.Akodis M.M., Korzun P.A. Opredelenie Vosstanavlivayushchikhsya Napryazheniy na kontaktakh vyklyuchatelya. M.: Energiya, 1968. (in Russian).

3.Vasil'ev A.A., Kryuchkov I.P., Nayashkova E.F., Okolovich M.N. Elektricheskaya Chast' Stantsiy i Podstantsiy. M.: Energoatomizdat, 1990. (in Russian).

4.Denis D. Transient Recovery Voltages (TRVs) for High-Voltage Circuit Breakers Pt. 1. Chair CIGREWG A3.28 & IEEE WG C37.011. San Antonio (USA), 2013.

5.Gusev Yu.P., Omokeeva A.A. Issledovanie Elektromagnitnykh Perekhodnykh Protsessov v Tsepyakh Generatornogo Napryazheniya Malykh GES. Nauka i Obrazovanie. 2012;12:57—570. (in Russian).

6.GOST R 52565—2006. Vyklyuchateli Peremennogo Toka na Napryazhenie ot 3 do 750 kV. Obshchie Tekhnicheskie Usloviya. (in Russian).

7.GOST 687—78. Vyklyuchateli Peremennogo Toka na Napryazhenie Svyshe 1000 V. Obshchie Tekhnicheskie Usloviya. (in Russian).

8.Ruben D. Garzon. High Voltage Circuit Breakers. N.-Y.: Marcel Dekker, 2002.

9.IEEE Application Guide for Transient Recovery Voltage for AC High-Voltage Circuit Breakers. N.-Y. (USA), 2011.

10.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).

11. Volkov M.S., Gusev Yu.P. Otsenka Vliyaniya Kharakteristik Tokoogranichivayushchego Reaktora na Perekhodnye Vosstanavlivayushchiesya Napryazheniya na Kontaktakh Vyklyuchatelya pri Otklyuchenii Tokov Korotkogo Zamykaniya. Nauka i Obrazovanie. 2013;7:329—334. (in Russian).
---
For citation: Gusev Yu.P., Nasyr uulu K., Rakhimov J.B., Skurikhina K.A. Calculating the Transient Recovery Voltages in Selecting Circuit Breakers for Electrical Installations with Rated Voltages of 110 kV and Higher. MPEI Vestnik. 2017; 3:28—32. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-3-28-32.

Published

2019-01-15

Issue

Section

Power engineering (05.14.00)