The Efficiency of Earth-Fault Protection with the Criterion of Reactive Power of Signals' Third Harmonic

• Autorzy: Marciniak Lubomir , Piątek Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.12736/issn.2330-3022.2019404

Warianty tytułu

PL

Skuteczność zabezpieczenia ziemnozwarciowego wykorzystującego kryterium mocy biernej trzeciej harmonicznej sygnałów

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Medium voltage grid earth fault protection effectiveness in the detection of arc faults with a large transition resistance can be significantly improved by using the criterion of reactive power of the third harmonic of current and voltage zero symmetrical components. The paper presents a model of such a criterion-based protection, with analytical equations to calculate the protection settings, and results of tests of the protection effectiveness in an MV network with natural asymmetry and harmonic distortions. It has been shown that with the criterion of reactive power of the third harmonic of voltage and current zero components, the arc, stationary, and non-stationary line-to-earth short circuits with a very high transition resistance – above 50 kΩ can be detected in cable lines, and above 100 kΩ in overhead lines.

PL

Znaczną poprawę skuteczności działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych w sieciach średnich napięć, w zakresie wykrywania zwarć łukowych z udziałem dużej rezystancji przejścia, można uzyskać za pomocą kryterium mocy biernej trzeciej harmonicznej składowych symetrycznych zerowych prądu i napięcia. W pracy przedstawiono model zabezpieczenia wykorzystującego takie kryterium, załączono równania analityczne do obliczania nastaw tego zabezpieczenia oraz wyniki badań skuteczności jego działania w sieci SN z naturalną asymetrią i zniekształceniami harmonicznymi. Wykazano, że zastosowanie mocy biernej trzeciej harmo- nicznej składowych zerowych napięcia i prądu pozwala wykrywać zwarcia doziemne łukowe, stacjonarne i niestacjonarne, o bardzo dużej rezystancji przejścia – powyżej 50 kΩ na liniach kablowych i powyżej 100 kΩ na liniach napowietrznych.

Słowa kluczowe

EN

earth fault protection; third harmonics; reactive power criterion; high-resistance short-circuit detection

PL

zabezpieczenie ziemnozwarciowe; trzecie harmoniczne; kryterium mocy biernej; detekcja zwarć wysokorezystancyjnych

• Wydawca: ENERGA SA
• Czasopismo: Acta Energetica
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 4
• Strony: 62--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Marciniak Lubomir

• Częstochowa University of Technology

autor

Piątek Mateusz

• Częstochowa University of Technology

Bibliografia

• 1. Hänninen S., Single phase earth faults in high impedance grounded networks. Characteristics, indication, and location. Technical Research Centre of Finland, Espoo 2001.
• 2. Sedighizadeh M., Rezazadeh A., Elkalashy N.I., Approaches in high impedance fault detection. A chronological review, Advances in Electrical and Computer Engineering, Vol. 10/3, 2010, pp. 114–128.
• 3. Benner C.L., Russell B.D., Practical high-impedance fault detection on distribution feeders , IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 33/3, 1997, pp. 635–640.
• 4. Elkalashy N.I., Lehtonen M., Tarhuni N.G., DWT and Bayesian technique for enhancing earth fault protection in MV network, IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition, pp. 15–18 March, 2009.
• 5. Elkalashy N.I. et al., Bayesian selectivity technique for earth fault protection in medium-voltage networks, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 25/4, 2010, pp. 2234–2245.
• 6. Elkalashy N.I., Lehtonen M., Advancing DWT-Bayesian technique for earth fault protection in MV networks, The Online Journal on Electronics and Electrical Engineering (OJEEE), Vol. 1/2, 2009, pp. 89–93.
• 7. Marciniak L., Impulsowo-prądowe i falkowe kryteria identyfikacji zwarć doziemnych rezystancyjnych oraz łukowych w sieciach średnich napięć [Impulse-current and wavelet criteria of resistive and arc earth fault identification in the medium voltage networks], Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Monografie, No. 273, 2013.
• 8. Marciniak L., Wavelet criteria for identification of arc intermittent faults in medium voltage networks, Proceedings of the International Symposium „Modern Electric Power Systems MEPS’10”, paper 09.1, Wrocław, 20–22 September, 2010.
• 9. Marciniak L., Piątek M., Detection of high resistance earth faults in medium voltage networks using higher harmonics, Electric Power Engineering (EPE), 18th International Scientific Conference, 17–19 May 2017.
• 10. Marciniak L., Piątek M., Identification of high-resistance earth faults in medium voltage networks using higher harmonics, Acta Energetica, No. 1/30, 2017, pp. 50–57.
• 11. Kim C.J., Russell B.D., Harmonic behavior during arcing faults on power distribution feeders, Electric Power Systems Research, Vol. 14/3, 1988, pp. 219–225.
• 12. Rebizant W., Szafran J., Wiszniewski A., Digital signal processing in power system protection and control, Springer, London, 2011.
• 13. Marciniak L., Piątek M., The influence of the network asymmetry on the settings and sensitivity of an earth fault protection using higher harmonics. E3S Web Conferences, Vol. 84, Paper 02008, 2019.
• 14. Marciniak L., Ocena parametrów asymetrii dla składowej zerowej w sieci średniego napięcia [Assessment of asymmetry parameters for zero sequence component in the medium voltage network], Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, No. 67, 2019, pp. 39–42.
• 15. PN-EN 50160:2010P. Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych [Supply voltage parameters in public distribution grids], Warsaw, PKN, 2010.
• 16. Kizilcay M., Pniok T., Digital simulation of fault arc in power system, ETEP, Vol. 1/1, 1991, pp. 55–60.
• 17. Marciniak L., Model of the arc earth-fault for medium voltage networks, Central European Journal of Engineering, Vol. 1/2, 2011, pp. 168–173.
• 18. Marciniak L., Implementacje modeli łuku ziemnozwarciowego w programach PSCAD i Matlab/Simulink [Implementations of the arc earth faults model in programs PSCAD and Matlab/Simulink], Przegląd Elektrotechniczny, Vol. 88, No. 9a, 2012, pp. 126–129.
• 19. Sawicki A., Racjonalizacje modeli hybrydowych łuku elektrycznego [Rationalization of hybrid electric arc models] Przegląd Elektrotechniczny, Vol. 93, No. 11, 2017, pp. 198–203.

Uwagi

1. Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).

2. Wersja polska na stronach 71-76.