Применение преобразования Кларк для защиты от однофазных замыканий на землю

АКТУАЛЬНОСТЬ. Однофазные замыкания на землю остаются одними из самых часто встречающихся повреждений в распределительных электрических сетях с изолированной нейтралью. Серьезную опасность для электрооборудования энергосистемы представляют дуговые перемежающиеся однофазные замыкания на землю, в связи с переходными процессами, протекающими в сети при таких повреждениях. Длительное протекание токов однофазного замыкания на землю в кабельной линии вызывает нагрев и переход в междуфазное короткое замыкание. Разработка быстродействующей и селективной релейной защиты позволит предотвратить ущерб и обеспечит надёжное электроснабжение потребителей. ЦЕЛЬ. Для повышения быстродействия защиты применяется преобразование Кларк, позволяющее объединить мгновенные значения трех фазных токов для получения информационного признака повреждения. Необходима разработка пускового органа релейной защиты от однофазных замыканий на землю с использованием преобразования Кларк и определение свойств получившегося пускового органа. МЕТОДЫ. Программный комплекс Matlab с пакетом расширения Simulink был применён для имитационного моделирования осциллограмм токов в различных режимах электрической сети с изолированной нейтралью. Результаты моделирования позволили разработать пусковой орган защиты, использующий преобразование Кларк и обладающий повышенным быстродействием. РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработана упрощенная структурно-функциональная схема пускового органа защиты от однофазных замыканий на землю. Проведено оценочное сравнение по чувствительности с используемой в сетях релейной защитой. Чувствительность разработанного органа защиты при дуговых перемежающихся однофазных замыканиях на землю превышает аналогичные существующие технические решения. ВЫВОДЫ. Результаты исследования перспективны для создания новой защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, использующей преобразование Кларк.

1. Федотов А.И., Ахметвалеева Л.В., Басыров Р.Ш., и др. Нормирование амплитуды высших гармоник при определении фидера с однофазным замыканием на землю //Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. №1. С.58-68.

2. Шуин В.А., Шадрикова Т.Ю., Кузьмина Н.В., и др. Многопараметрическая токовая защита от замыканий на землю в сетях 6–10 кВ с изолированной нейтралью// Вестник ИГЭУ. 2025.№1. С. 40-46.

3. Шуин В.А., Воробьева Е.А., Добрягина О.А., и др. Способ повышения эффективности функционирования адмитансной защиты от замыканий на землю в кабельных сетях 6–10 кВ с изолированной нейтралью // Вестник ИГЭУ.2018. №4. С.58-68.

4. Куликов А.Л., Мисриханов М.Ш. Введение в методы цифровой релейной защиты высоковольтных ЛЭП. Учеб. пособие. –М.: Энергоатомиздат, 2007. –198 с.

5. Куликов А.Л., Севостьянов А.А., Ильюшин П.В. Оценка искажений напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий // Электричество. 2024 №5. С. 32-48.

6. Федотов А.И., Вагапов Г.В., Абдуллазянов А.Ф., и др. Цифровая система мониторинга повреждений на линиях электропередачи // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021; Т.23. №1. С.146-155.

7. Шуин В.А. Начальные фазовые соотношения электрических величин переходного процесса при замыканиях на землю в кабельных сетях 6-10 кВ // Электричество. 1991, № 10. С.58-61.

8. Шуин В.А., Кутумов Ю.Д., Кузьмина Н.В., и др. Моделирование кабельных линий напряжением 6–10 кВ при расчетах переходных процессов при замыканиях на землю // Вестник ИГЭУ. 2021.№5. С. 30-40.

9. Куликов А.Л., Старшов И.С. Исследование диагностических параметров режима однофазных замыканий на землю в электросетях 10 кВ // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2025.Т.27№4.С.42-55.

10. Воробьева Е.А., Шуин В.А. Анализ достоверности эквивалентных моделей кабельных сетей 6-10 кВ для расчета переходных процессов при однофазных замыканиях на землю //Материалы международной научно-технической конференции: (XVIII Бенардосовские чтения); 27–29 мая 2015 г., Иваново. Иваново:ИГЭУ. С. 456–460.

11. Воробьева Е.А., Шуин В.А. Оценка точности эквивалентных моделей кабельных сетей 6-10 кВ для расчета переходных процессов при однофазных замыканиях на землю// Труды VI международной научно-технической конференции. Том 2. 09–13 ноября 2015 г., Иваново. Иваново:ИГЭУ. С. 63–66.

12. Achitaev A.A., Suslov K.V., Volkova I.O., et al. Development of an algorithm for identifying single-phase ground fault conditions in cable and overhead lines in the networks with isolated neutral // Energy Reports. 2023. Vol. 9. pp. 1079-1086.

13. Toader D., Solea C., Vesa D., et al. Analysis of the possibilities of selective detection of a single line-to-ground fault in a medium voltage network with isolated neutral // Energies. 2021. Vol. 14. N21. pp. 7019.

14. Kachesov V., Lebedev A., Kitova E. Monitoring in 6–35 kV power networks, location of single-phase ground fault and detection of fault feeder // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2023. Vol. 152. pp. 109271-109271.

15. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6–10 кВ. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001. 104 с.

16. Kuliński K., Heyduk A. Ground fault in medium-voltage power networks with an isolated neutral point: spectral and wavelet analysis of selected cases in an example industrial network modeled in the atp-emtp package // Energies. 2024. Vol. 17. N 7. pp. 1532.

17. 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.

18. Maksimova M.N., Antonov V.I., Soldatov A.V., et al. Сonversion of intermittent arc fault currents to information signals for phase-to-ground fault protection // Power Technology and Engineering. 2022. Vol. 56. N2. pp. 290-294.

19. Лихачёв Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971. 152 с.