Numerical modelling of lightning surges in high-voltage substations

• Autorzy: Nowak W.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne przepięć atmosferycznych w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper deals with an issue of modelling and analyzing specific transient states of voltages, i. e. of lightning surges, which occur in electric power systems of high and extra high voltages. It is discussed an electrogeometric theory that can be utilized to estimate the occurrence possibility of overvoltages generated by lightning strokes to phase conductors in overhead power lines. A model of electric power substation is presented; it is developed for computer software EMTP - ATP. This model includes both the wave effects and nonlinear effects. Furthermore, analysis results of the lightning surges are incorporated, as well as optimization results of a surge protection system installed in a 220 kV substation.

PL

Artykuł poświęcony jest problematyce modelowania i analizy przejściowych stanów napięć, jakimi są przepięcia atmosferyczne w systemach elektroenergetycznych wysokich i najwyższych napięć. Zwrócono uwagę na teorię elektrogeometryczną, jako podstawę oceny możliwości powstawania przepięć wywołanych uderzeniami pioruna do przewodów fazowych napowietrznych linii elektroenergetycznych. Przedstawiono opracowany dla programu komputerowego EMTP - ATP model stacji elektroenergetycznych, uwzględniający występujące w nich zjawiska falowe i nieliniowe. Przedstawiono również wyniki analizy przepięć atmosferycznych oraz optymalizacji ochrony przeciwprzepięciowej stacji elektroenergetycznej o napięciu 220 kV.

Słowa kluczowe

EN

high voltage substation; lightning surges; overvoltage protection; computer simulations

PL

podstacja wysokiego napięcia; przepięcie atmosferyczne; ochrona odgromowa; ochrona przeciwprzepięciowa

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 55, nr 1
• Strony: 31--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Nowak W.

• Department of Electrical Power, AGH University of Science and Technology,

Bibliografia

• 1. Aguado M., Hermoso B., Senosian V., Martinez Cid P.: A simplified distribution transformer model for calculating transferred surges. 26th Intern. Conference on Lightning Protection ICLP2002, Cracow, Poland, 2-6 September 2002, pp. 419-422.
• 2. Chimk1ai S., Marti J.R.: Simplified three-phase transformer model for electromagnetic transient studies. IEEE Trans, on PWRD, Vol. 10, No. 3, July 1995, pp. 1316-1325.
• 3. CIGRÉ Working Group 33-01 of Study Committee 33 Overvoltages and Insulation Coordination: Guide to procedures for estimating the lightning performance of transmission lines. CIGRÉ Publication No. 63, 1991.
• 4. Furgał J.: Analiza narażeń przepięciowych izolacji transformatora chronionego iskiernikowymi i beziskiernikowymi ogranicznikami przepięć (Analysis of overvoltage risks of the insulation of a transformer protected by use of lightning and surge arresters - in Polish). Rozprawy i Monografie nr 118, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2003.
• 5. Hinrichsen V., Gohler R., Lipken H., Brei1mann W.: Economical overvoltage protection by metal-oxide surge arresters integrated in high-voltage AIS disconnectors – substation integration, design and test experience. CIGRÉ, Session 2000, paper 33-104.
• 6. IEEE Modeling and Analysis of System Transients Working Group: Modeling guidelines for fast front transient. IEEE Trans, on PWRD, Vol. 11, No. 1, January 1996, pp. 493-506.
• 7. IEEE Working Group 3.4.11: Modeling of metal oxide surge arresters. IEEE Trans, on PWRD, Vol. 7, No. 1, January 1992, pp. 302-309.
• 8. IEEE Working Group on Lightning Performance of Transmission Lines: A simplified method for estimating lightning performance of transmission lines. IEEE Trans, on PAS, Vol. PAS-104, April 1985, pp. 919-932.
• 9. IEEE Working Group on Estimating the Lightning Performance of Transmission Lines: Estimating lightning performance of transmission lines II - updates to analytical models. IEEE Trans, on PWRD, Vol. 8, No. 3, July 1993, pp. 1254-1267.
• 10. Kocis L., Svancar M., Zeman I., Arnold A.: Optimisation of lightning overvoltage protection in HV substation. CIGRÉ, Session 2000, paper 33-102.
• 11. Kosztaluk R., Mikulski J., Dąbrowski J.: Rola i zadania przewodów odgromowych (Ground wire's role and tasks - in Polish). Energetyka, zeszyt tematyczny 1/2003, pp. 76-81.
• 12. Kosztaluk R., Mikulski J., Dąbrowski J.: Zawodność przewodów odgromowych (Failure of overhead wires - in Polish). Przegląd Elektrotechniczny, seria Konferencje, 1’2003, pp. 136-141.
• 13. Malewski R., Franchek M.A., McWhirter J.: Experimental validation of a computer model simulating an impulse voltage distribution in HV transformer windings. IEEE Trans, on PWRD, Vol. 9, No. 4, October 1994, pp. 1789-1798.
• 14. Nowak W.: Modelowanie i analiza przepięć atmosferycznych w napowietrznych rozdzielniach wysokiego napięcia (Modelling and analysis of lightning overvoltages in high voltage overhead substations - in Polish). Przegląd Elektrotechniczny, seria Konferencje, l'2003, pp. 160-163.
• 15. Nowak W.: Identyfikacja narażeń przepięciowych i układów elektroenergetycznych wysokich napięć przy wyładowaniach atmosferycznych (Identification of overvoltage risks of high voltage electrical power systems owing to lightning discharges - in Polish). Seria: Rozprawy i Monografie nr 139, Kraków, UWND AGH 2005.
• 16. Nowak W, Włodek R.: Backflashover analysis with use of electromagnetic transients program (EMTP). 24th Intern. Conference on Lightning Protection ICLP98, Birmingham, United Kingdom, 14-18 September 1998, paper 6c-10.
• 17. Sarkar B.N., et al.: Insulation coordination studies for 400 kV GIS in a hydroelectric project in India. CIGRE, Session 2002, paper 33-105.
• 18. EN 60071-1:1995: Insulation coordination. Definitions, principles and rules.
• 19. EN 60071-2:1997: Insulation coordination. Application guide.