probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2024-26-4-41-54probener-3100Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR CONTROLLING AND DIAGNOSING MATERIALS, ARTICLES, SUBSTANCES AND NATURAL ENVIRONMENTПроверка на работоспособность при замыкании на землю аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутковTesting the operation of protection devices against parallel arc breakdown and spark gaps in the event of a ground faultТюринА. Н.TyurinA. N.

Тюрин Александр Николаевич – канд. техн. наук, главный технолог

г. Казань;

г. Москва

Alexander N. Tyurin

Kazan;

Moscow

turinal@rambler.ruСолуяновЮ. И.SoluyanovYu. I.

Солуянов Юрий Иванович – д-р техн. наук, профессор; почетный профессор, президент Ассоциации; председатель совета директоров; председатель технического комитета по стандартизации ТК 337; председатель комитета Российского Союза Строителей по энергоресурсосбережению, энергообеспечению предприятий и безопасности зданий и сооружений

г. Казань;

г. Москва

Yuri I. Soluyanov

Kazan;

Moscow

info@roselmon.suhttps://orcid.org/0000-0003-4424-7761АхметшинА. Р.AkhmetshinA. R.

Ахметшин Азат Ринатович – канд. техн. наук, доцент кафедры «Энергетическое машиностроение»

г. Казань;

г. Москва

Azat R. Akhmetshin

Kazan;

Moscow

ahmetshin.ar@mail.ruАО «Татэлектромонтаж»; Ассоциация «Росэлектромонтаж»РоссияJSC «Tatelektromontazh»; «Roselectromontazh» AssociationRussian FederationАО «Татэлектромонтаж»; Казанский государственный энергетический университет; Ассоциация «Росэлектромонтаж»РоссияJSC «Tatelektromontazh»; Kazan State Power Engineering University; «Roselectromontazh» AssociationRussian FederationКазанский государственный энергетический университет; Ассоциация «Росэлектромонтаж»РоссияKazan State Power Engineering University; «Roselectromontazh» AssociationRussian Federation2024220920242644154Copyright © Тюрин А.Н., Солуянов Ю.И., Ахметшин А.Р., 20242024Тюрин А.Н., Солуянов Ю.И., Ахметшин А.Р.Tyurin A.N., Soluyanov Y.I., Akhmetshin A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3100ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Разработать лабораторный стенд для испытания аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на срабатывание при замыкании на землю. Провести испытания на лабораторном стенде с последующей разработкой требований по применению аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на срабатывание при замыкании на землю.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. При выполнении поставленной цели были использованы математические и статистические методы анализа. Лабораторные испытания аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков при разных параме трах сети на корректность срабатывания при замыкании на землю.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведены лабораторные испытания при разных параметрах сети аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на корректность срабатывания при замыкании на землю. Осциллографом зафиксирована форма кривой напряжения и тока при замыкании на землю и время срабатывания аппаратов. Испытуемые аппараты продемонстрировали способность распознать и отключить замыкание на землю. Время отключения аппаратов варьируется, однако, не превышает установленных требований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработан лабораторный стенд для проведения испытания аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на срабатывание при замыкании на землю. С помощью данного стенда существует возможность проверки аппаратов на адекватность срабатывания при замыкании на землю с последующей сертификацией. Проведенные испытания демонстрируют необходимость разработки обязательных требований к аппарату для стандартизации их алгоритма работы. Установлено, что аппарат защиты позволяет отключить параллельный дуговой пробой на землю и таким образом повысить безопасность эксплуатации электрических сетей до 0,4 кВ с целью уменьшения количества пожаров, вызванных нарушением правил устройства и эксплуатации электрооборудования.

Testing the operation of protection devices against parallel arc breakdown and spark gaps in the event of a ground fault

THE PURPOSE

THE PURPOSE. Develop a laboratory rig for testing parallel arc fault and spark gap protection devices for tripping in the event of a ground fault. Conduct laboratory rig tests with subsequent development of requirements for the use of parallel arc fault and spark gap protection devices for tripping in the event of a ground fault.

METHODS

METHODS. Mathematical and statistical methods of analysis were used to achieve the stated objective. Laboratory tests of parallel arc fault and spark gap protection devices for different network parameters for correct tripping in the event of a ground fault.

RESULTS

RESULTS. Laboratory tests of parallel arc fault and spark gap protection devices for correct tripping in the event of a ground fault were conducted with different network parameters. The oscilloscope recorded the shape of the voltage and current curve in the event of a ground fault and the tripping time of the devices. The tested devices demonstrated the ability to recognize and disconnect a ground fault. The tripping time of the devices varies, however, does not exceed the established requirements.

CONCLUSION

CONCLUSION. A laboratory stand has been developed for testing parallel arc breakdown and spark gap protection devices for operation during a ground fault. This stand makes it possible to test devices for adequate operation during a ground fault with subsequent certification. The tests conducted demonstrate the need to develop mandatory requirements for the device to standardize their operating algorithm. Therefore, the use of this protection device can contribute to safer operation of low-voltage electrical networks by preventing emergency situations and reducing the risk of fires. This is an important technical aspect for improving the reliability and safety of power supply.

устройства защитыпожарная безопасностьраспределительные сети низкого напряжениякороткие замыканиядуговой пробойискрениеУЗДПprotective devicesfire safetylow voltage distribution networksshort circuitsarcingsparkingAFCIAFDDReferencesГончаренко В.С., Чечетина Т.А., Сибирко В.И. и др. Пожары и пожарная безопасность в 2022 году: информ.-аналитич. сб. Балашиха: ФГБУ ВНИИПО МЧС России. 2023. 80 с.Goncharenko VS, Chechetina TA, Sibirko VI, et al. Fires and fire safety in 2022: information and analytical collection. Balashikha: FGBU VNIIPO EMERCOM of Russia. 2023. (In Russ).Гордиенко Д.М., Лагозин А.Ю., Рябиков А.И. и др. Новый вид защиты электрических сетей // Пожарное дело. 2021. № 5. С. 50-51. EDN QCRTJV.Gordienko DM, Lagozin AYu, Ryabikov AI, et al. New type of electrical network protection. Fire fighting. 2021;5:50-51. (In Russ).Грачева Е.И., Наумов О.В., Садыков Р.Р. Некоторые особенности исследования основных показателей надежности низковольтных аппаратов // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2016. No 1 (29). С. 105–115.Gracheva EI, Naumov OV, Sadykov RR. Some features of the study of the main reliability indicators of low-voltage devices. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2016;29(1):105–115. (In Russ).Zhang J., Su G., Chen T., et al. Glowing contact in electrical fires: Experimental investigation and modeling on its heat intensity and thermal hazards // Case Studies in Thermal Engineering. Vol. 45. Art. no. 102880. 2023. doi: 10.1016/j.csite.2023.102880.Zhang J, Su G, Chen T, et al. Glowing contact in electrical fires: Experimental investigation and modeling on its heat intensity and thermal hazards. Case Studies in Thermal Engineering. 2023;45:102880. doi: 10.1016/j.csite.2023.102880.Soluyanov Y., Tyurin A., Akhmetshin A. Test of Arc Fault Detection Devices for Operation from Spark Gaps and Arc Fault in an Electric Circuit of 0.4 kV // 2023 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2023. pp. 374-378. doi: 10.1109/UralCon59258.2023.10291069.Soluyanov Y, Tyurin A, Akhmetshin A. Test of Arc Fault Detection Devices for Operation from Spark Gaps and Arc Fault in an Electric Circuit of 0.4 kV. 2023 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2023;374-378. doi: 10.1109/UralCon59258.2023.10291069.Королёв И.В., Кондратьев О.Е., Валуев П.В., и др. Анализ целесообразности применения устройств обнаружения дугового пробоя для комплексной защиты от пожаров, вызванных неисправностями электрооборудования // Электроэнергия. Передача и распределение. 2018. № 2(47). С. 128–131.Korolev IV, Kondratyev OE, Valuev PV, et al. Analysis of the feasibility of using arc fault detection devices for comprehensive protection against fires caused by electrical equipment malfunctions. Electric Power. Transmission and Distribution. 2018; 47(2):128–131. (In Russ).Грачева Е.И., Сафин А.Р., Садыков Р.Р. Исследование и оценка функциональных параметров низковольтных аппаратов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20, № 5-6. С. 13-21. EDN XWBLWH.Gracheva EI, Safin AR, Sadykov RR. Research and evaluation of functional parameters of lowvoltage devices. Power engineering: research, equipment, technology. 2018;20(5–6):13–21. (In Russ).Рашевская М.А., Гудожников А.С., Куликов А.И., и др. Определение характерных признаков дугового пробоя в распределительных сетях низкого напряжения // Промышленная энергетика. 2022. № 8. С. 12-21. doi: 10.34831/EP.2022.33.78.002. EDN PJXMLP.Rashevskaya MA, Gudozhnikov AS, Kulikov AI, et al. Determination of characteristic signs of arc fault in low-voltage distribution networks. Industrial Power Engineering. 2022;8:12-21. doi: 10.34831/EP.2022.33.78.002. (In Russ).Vasile C., D'Orchymont V., Meunier-Carns J., et al. Arcing Persistency Measurement for IEC62606 Arc-Fault Detection Device Certification // 2019 IEEE Symposium on Product Compliance Engineering (SPCE Austin). 2019. doi: 10.1109/SPCE47297.2019.8950836.Vasile C, D'Orchymont V, Meunier-Carns J, et al. Arcing Persistency Measurement for IEC62606 Arc-Fault Detection Device Certification. 2019 IEEE Symposium on Product Compliance Engineering (SPCE Austin). 2019. doi: 10.1109/SPCE47297.2019.8950836.Монаков В.К., Кудрявцев Д.Ю., Козырев А.А. Принцип работы устройства защиты электроустановок от дуговых замыканий // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая политика. 2014. No 1. С. 28-30.Monakov VK, Kudryavtsev DYu, Kozyrev AA. Operating principle of the device for protecting electrical installations from arc faults. ELECTRO. Electrical engineering, electric power industry, electrical engineering policy. 2014;1:28-30. (In Russ).Müller P., Tenbohlen S., Maier R., et al. Characteristics of Series and Parallel Low Current Arc Faults in the Time and Frequency Domain // 2010 Proceedings of the 56th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts. 2010. pp. 1-7.Müller P, Tenbohlen S, Maier R, et al. Characteristics of Series and Parallel Low Current Arc Faults in the Time and Frequency Domain. 2010 Proceedings of the 56th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts. 2010;1-7. doi: 10.1109/HOLM.2010.5619539.Дубинин Д.В., Кутейников П.Д., Рашевская М.А. Изучение характеристик электрической дуги низкого напряжения // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2023. № 1(357). С. 34-38. doi: 10.33979/2073-7408-2023-357-1-34-38. EDN BDHYRG.Dubinin DV, Kuteinikov PD, Rashevskaya MA. Study of characteristics of low voltage electric arc. Fundamental and applied problems of engineering and technology. 2023;357(1):34-38. doi: 10.33979/2073-7408-2023-357-1-34-38. (In Russ).Харламенков А.С. Целесообразность применения устройств защиты от дугового пробоя // Пожаровзрывобезопасность. 2021. Т. 30, № 2. С. 117-122. EDN ZLMDVI.Kharlamenkov AS. Feasibility of using arc flashover protection devices. Fire and explosion safety. 2021;30(2):117-122. (In Russ).Пехотиков В.А., Смелков Г.И., Рябиков А.И. и др. Перспективы и проблемы применения устройств защиты от дугового пробоя // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 11. С. 18-23. doi: 10.24000/0409-2961-2019-11-18-23. EDN XGBSUO.Pekhotikov VA, Smelkov GI, Ryabikov AI, et al. Prospects and problems of using arc flashover protection devices. Occupational safety in industry. 2019;11:18-23. doi: 10.24000/0409-2961-2019-11-18-23. (In Russ).Gregory G.D., Scott G.W. The arc-fault circuit interrupter, an emerging product // 1998 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference Conference Record. Papers Presented at the 1998 Annual Meeting (Cat. No.98CH36202). 1998. doi: 10.1109/ICPS.1998.692533.Gregory GD, Scott GW. The arc-fault circuit interrupter, an emerging product. 1998 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference Conference Record. Papers Presented at the 1998 Annual Meeting (Cat. No.98CH36202). 1998. doi: 10.1109/ICPS.1998.692533.Hnatiuc B., Turcu F., Hnatiuc M., et al. Detection of electric arc faults by Arc Fault Detection Devices // EPE 2022 - Proceedings of the 2022 12th International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering. 2022. pp. 239–244. doi: 10.1109/EPE56121.2022.9959773.Hnatiuc B, Turcu F, Hnatiuc M, et al. Detection of electric arc faults by Arc Fault Detection Devices. EPE 2022 - Proceedings of the 2022 12th International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering. 2022;239–244. doi: 10.1109/EPE56121.2022.9959773.Ra W., Kong H. Comparison Study of Operation Characteristics of AFCI Products // International Journal of Membrane Science and Technology. 2023. Vol. 10. No. 1. pp. 201-208. doi: 10.15379/ijmst.v10i1.1446.Ra W, Kong H. Comparison Study of Operation Characteristics of AFCI Products. International Journal of Membrane Science and Technology. 2023;1(1):201-208. doi: 10.15379/ijmst.v10i1.1446.Lu Q., Ye Z., Zhang Y., et al. Analysis of the Effects of Arc Volt–Ampere Characteristics on Different Loads and Detection Methods of Series Arc Faults // Energies. Vol. 12. Iss. 2. 2019. doi: 10.3390/en12020323.Lu Q, Ye Z, Zhang Y, et al. Analysis of the Effects of Arc Volt–Ampere Characteristics on Different Loads and Detection Methods of Series Arc Faults. Energies. 2019;12(2). doi: 10.3390/en12020323.Ji H.-K., Kim S.-W., Kil G.-S. Phase Analysis of Series Arc Signals for Low-Voltage Electrical Devices. Energies. Vol. 13. Iss 20. 2020. doi: 10.3390/en13205481.Ji H-K, Kim S-W, Kil G-S. Phase Analysis of Series Arc Signals for Low-Voltage Electrical Devices. Energies.2020;13(20). doi: 10.3390/en13205481.Патент № 2660285 C1 Российская Федерация, МПК G01R 31/08, G01R 15/14, H02H 7/26. Устройство защиты от искрения и способ его работы: № 2017135565: заявл. 05.10.2017: опубл. 05.07.2018 / А. С. Мкртумов, А. Н. Немцов, Ф. Н. Немцов. EDN IOHXTI.Patent No. 2660285 C1 Russian Federation, IPC G01R 31/08, G01R 15/14, H02H 7/26. Spark protection device and its operating method: No. 2017135565: declared 05.10.2017: published 05.07.2018 / A. S. Mkrtumov, A. N. Nemtsov, F. N. Nemtsov. (In Russ).Ерашова Ю.Н., Ившин И.В., Тюрин А.Н., и др. Испытания устройства защиты от дугового пробоя и искровых промежутков на срабатывание // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23, № 3. С. 168-180.Erashova YuN, Ivshin IV, Tyurin AN, et al. Tests of arc flash and spark gap protection device for operation. Power engineering: research, equipment, technology. 2021;23(3):168-180. doi: 10.30724/1998-9903-2021-23-3-168-180. (In Russ).Королев И.В., Валуев П.В., Бурдюков Д.А. Моделирование срабатывания УЗДП в электрических сетях 0,4 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение. 2019. № 6(57). С. 124-127. EDN FOGLJW.Korolev IV, Valuev PV, Burdyukov DA. Modeling the response of the UZDP in 0.4 kV electrical networks. Electric Power. Transmission and Distribution. 2019;57(6):124-127. (In Russ).Патент на полезную модель № 199462 U1 Российская Федерация, МПК H02H 7/00, G01R 31/12, G01R 31/08. Генератор электрической дуги: № 2020116974: заявл. 22.05.2020: опубл. 02.09.2020 / А. Н. Тюрин, Ю. И. Солуянов, М. И. Шмуклер, И. В. Ившин; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет». EDN XZOSJX.Patent for utility model No. 199462 U1 Russian Federation, IPC H02H 7/00, G01R 31/12, G01R 31/08. Electric arc generator: No. 2020116974: declared. 22.05.2020: published. 02.09.2020 / A. N. Tyurin, Yu. I. Soluyanov, M. I. Shmukler, I. V. Ivshin; applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kazan State Power Engineering University". (In Russ).Монаков В.К., Кудрявцев Д.Ю., Пешкун В.А. Защита от дугового замыкания. Время-токовая характеристика устройства // Энергобезопасность и энергосбережение. 2016. № 6. С. 5-8. doi: 10.18635/2071-2219-2016-6-5-8. EDN XENJZZ.Monakov VK, Kudryavtsev DYu, Peshkun VA. Arc fault protection. Time-current characteristic of the device. Energy safety and energy saving. 2016;6:5-8. doi: 10.18635/2071-2219-2016-6-5-8. (In Russ).Bucci G., Ciancetta F., Fioravanti A., et al. Testing System for the On-Site Checking of Magneto-Thermal Switches with Arc Fault Detection // Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 18. doi: 10.3390/en13184652.Bucci G, Ciancetta F, Fioravanti A, et al. Testing System for the On-Site Checking of Magneto-Thermal Switches with Arc Fault Detection. Energies. 2020;13(18). doi: 10.3390/en13184652.Hnatiuc B., Dordescu M. Tests de laboratoire pour les dispositifs AFDD // Journal International de Technologie, de l’Innovation, de la Physique, de l’Energie et de l’Environnement. 2019. doi: ff10.18145/jitipee.v5i2.218.Hnatiuc B, Dordescu M. Tests de laboratoire pour les dispositifs AFDD. Journal International de Technologie, de l’Innovation, de la Physique, de l’Energie et de l’Environnement. 2019. doi: ff10.18145/jitipee.v5i2.218.Патент на полезную модель № 223814 U1 Российская Федерация, МПК G01R 31/28. Устройство для проверки аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на землю: № 2023131575: заявл. 01.12.2023: опубл. 05.03.2024 / И. В. Ившин, Ю. И. Солуянов, А. Н. Тюрин [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет». EDN KDACAB.Patent for utility model No. 223814 U1 Russian Federation, IPC G01R 31/28. Device for testing protection devices against parallel arc breakdown and spark gaps to earth: No. 2023131575: declared 01.12.2023: published 05.03.2024 / I. V. Ivshin, Yu. I. Soluyanov, A. N. Tyurin [et al.]; applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kazan State Power Engineering University". (In Russ).

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