RU2845610C1 - Selective protection device of cable power transmission line of three cables against single-phase ground fault in network with insulated neutral - Google Patents
Selective protection device of cable power transmission line of three cables against single-phase ground fault in network with insulated neutralInfo
- Publication number
- RU2845610C1 RU2845610C1 RU2024126933A RU2024126933A RU2845610C1 RU 2845610 C1 RU2845610 C1 RU 2845610C1 RU 2024126933 A RU2024126933 A RU 2024126933A RU 2024126933 A RU2024126933 A RU 2024126933A RU 2845610 C1 RU2845610 C1 RU 2845610C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cable
- current
- power transmission
- transmission line
- winding
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты линии электропередачи из пучка кабелей от однофазного замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью с определением поврежденного кабеля.The invention relates to electric power engineering and is intended to protect a power transmission line from a bundle of cables from a single-phase ground fault in an electrical network with an isolated neutral with the detection of a damaged cable.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является селективное устройство защиты кабельной линии электропередачи из трех кабелей от однофазного замыкания нам землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее выключатель, трансформаторы тока нулевой последовательности на каждом кабеле и реле тока (Пат. 2614528 РФ, МПК H02H 7/26 (2006.01). Устройство защиты линии электропередачи из двух параллельно соединенных кабелей в электрической сети с изолированной нейтралью от однофазного замыкания на землю / А.Н. Новожилов, Т.А. Новожилов, В.Н. Горюнов, Ж.Б. Исабеков; опубл. 28.03.17, Бюл. №10).The closest to the proposed technical solution is a selective device for protecting a power transmission line made of three cables from a single-phase short circuit to earth in a network with an isolated neutral, containing a switch, zero-sequence current transformers on each cable and a current relay (Patent 2614528 RF, IPC H02H 7/26 (2006.01). Device for protecting a power transmission line made of two parallel-connected cables in an electrical network with an isolated neutral from a single-phase short circuit to earth / A.N. Novozhilov, T.A. Novozhilov, V.N. Goryunov, Zh.B. Isabekov; published 28.03.17, Bulletin No. 10).
Однако при возникновении однофазного замыкания на землю в линии электропередачи из трех соединенных параллельно кабелей такая защита не только не способна отключить один из трех поврежденных кабелей, но при отключении линии электропередачи определить, какой из кабелей поврежден. В связи с этим после ее отключения для определения поврежденного кабеля обслуживающий персонал должен осуществить ряд достаточно сложных мероприятий, требующих значительного времени для их реализации.However, when a single-phase ground fault occurs in a power transmission line of three parallel-connected cables, such protection is not only unable to disconnect one of the three damaged cables, but also to determine which cable is damaged when the power transmission line is disconnected. In this regard, after disconnecting it, in order to determine the damaged cable, the service personnel must carry out a number of fairly complex measures that require a significant amount of time for their implementation.
Технический результат – расширение функциональных возможностей защиты линии электропередачи из трех параллельно соединенных кабелей в электрической сети с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю за счет способности не только защитить эту линию электропередачи при однофазном замыкании на землю произвольного кабеля, но и определить поврежденный кабель в этой линии.The technical result is an expansion of the functional capabilities of protecting a power transmission line from three parallel-connected cables in an electrical network with an isolated neutral during single-phase short circuits to ground due to the ability not only to protect this power transmission line during a single-phase short circuit to ground of an arbitrary cable, but also to identify a damaged cable in this line.
Технический результат достигается тем, что в него дополнительно введены реле тока и блок информации, а трансформатор тока второго кабеля имеет две одинаковые вторичные обмотки, одна из которых соединяется встречно - параллельно с вторичной обмоткой трансформатора первого кабеля и обмоткой первого реле тока, а другая обмотка аналогично соединяется с вторичной обмоткой трансформатора третьего кабеля и обмоткой второго реле тока, при этом нормально разомкнутые контакты первого и второго токовых реле подключаются к цепи отключения выключателя и к первому и второму входам блока информации, причем определение поврежденного кабеля осуществляется по комбинации сигналов на входах этого блока.The technical result is achieved by the fact that a current relay and an information unit are additionally introduced into it, and the current transformer of the second cable has two identical secondary windings, one of which is connected in opposite parallel with the secondary winding of the transformer of the first cable and the winding of the first current relay, and the other winding is similarly connected with the secondary winding of the transformer of the third cable and the winding of the second current relay, wherein the normally open contacts of the first and second current relays are connected to the circuit breaker tripping circuit and to the first and second inputs of the information unit, and the damaged cable is determined by a combination of signals at the inputs of this unit.
Работа устройства защиты основана на том, что токи в любой из пар соединенных параллельно кабелях линии электропередачи из трех кабелей во всех режимах работы сети с изолированной нейтралью одинаковы, а их разность равна нулю. В тоже время при однофазном замыкании в одном из кабелей этой линии электропередачи разность токов в одной или двух парах кабелях не будет равна нулю. В связи с этим измерение разности токов в двух парах кабелях позволяет определить, в котором из трех кабелей произошло однофазное замыкание на землю.The operation of the protection device is based on the fact that the currents in any of the pairs of parallel-connected cables of a power transmission line of three cables in all modes of operation of the network with an isolated neutral are the same, and their difference is zero. At the same time, in the case of a single-phase short circuit in one of the cables of this power transmission line, the difference in currents in one or two pairs of cables will not be zero. In this regard, measuring the difference in currents in two pairs of cables allows us to determine in which of the three cables a single-phase short circuit to ground occurred.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного технического решения исполнением схемы, количеством и соединением функциональных элементов.A comparative analysis with the prototype shows that the claimed technical solution differs from the known technical solution in the design of the circuit, the number and connection of functional elements.
Сравнение заявляемого технического решения с известным техническим решением показывает, что подобные функциональные элементы известны. Однако такое соединение этих функциональных элементов проявляет в заявляемом техническом решении новые свойства в виде расширения функциональных возможностей при замыканиях на землю в кабельной линии электропередачи из трех кабелей в сети с изолированной нейтралью.A comparison of the claimed technical solution with a known technical solution shows that similar functional elements are known. However, such a connection of these functional elements exhibits new properties in the claimed technical solution in the form of an expansion of functional capabilities in the event of ground faults in a cable power transmission line of three cables in a network with an isolated neutral.
На фиг.1 показана схема электрической сети с изолированной нейтралью из двух линий электропередачи и устройства защиты линии электропередачи из трех соединенных параллельно кабелей от однофазного замыкания на землю. По этой схеме первая линия электропередачи состоит из трех соединенных параллельно одинаковых кабелей 1-3, а вторая имеет один кабель 4. Они подключаются к источнику питания 5 с помощью выключателей 6 и 7. На кабелях 1-3 первой линии электропередачи размещены трансформаторы тока нулевой последовательности 8-10. Причем трансформатор тока 9 имеет две вторичные обмотки. Вторичные обмотки трансформаторов тока 8 и 9, а также трансформаторов 9 и 10 соединены встречно - параллельно. К выходам вторичных обмоток трансформаторов тока 8 и 10 нулевой последовательности присоединяются обмотки токовых реле 11 и 12. При этом нормально разомкнутые контакты 13 и 14 токовых реле 11 и 12 подключают к цепи отключения выключателя 6, а также к первому 15 и второму 16 входам блока 17 информации.Fig. 1 shows a diagram of an electric network with an isolated neutral from two power transmission lines and a device for protecting a power transmission line from three parallel-connected cables against a single-phase ground fault. According to this diagram, the first power transmission line consists of three identical cables 1-3 connected in parallel, and the second has one cable 4. They are connected to a power source 5 using switches 6 and 7. Zero-sequence current transformers 8-10 are located on cables 1-3 of the first power transmission line. Moreover, current transformer 9 has two secondary windings. The secondary windings of current transformers 8 and 9, as well as transformers 9 and 10, are connected in opposite parallel. The windings of current relays 11 and 12 are connected to the outputs of the secondary windings of zero-sequence current transformers 8 and 10. In this case, normally open contacts 13 and 14 of current relays 11 and 12 are connected to the trip circuit of switch 6, as well as to the first 15 and second 16 inputs of information block 17.
Если в электрической сети с изолированной нейралью однофазное замыкание на землю отсутствует, то токи 18-21 нулевой последовательности в кабелях 1-4 будут равны нулю. В этом случае токи во вторичных обмотках трансформаторов 6-10 тока, а также в обмотках реле 11 и 12 будут равны нулю. В результате реле 11 и 12 находится в исходном положении, их контакты 13 и сигнал в цепи отключения выключателя 6, а также на первом 15 и втором 16 входах блока 17 информации будет отсутствовать. Блок информации 17 будет информировать о том, что однофазное замыкание на землю в первой линии электропередачи отсутствует.If there is no single-phase ground fault in an electrical network with an isolated neural, then the zero-sequence currents 18-21 in cables 1-4 will be zero. In this case, the currents in the secondary windings of current transformers 6-10, as well as in the windings of relays 11 and 12, will be zero. As a result, relays 11 and 12 are in the initial position, their contacts 13 and the signal in the circuit for tripping switch 6, as well as at the first 15 and second 16 inputs of information block 17 will be absent. Information block 17 will inform that there is no single-phase ground fault in the first power transmission line.
При возникновении однофазного замыкания на землю в кабеле 1 первой линии электропередачи, например в точке 22, напряжение поврежденной фазы кабеля этой линии относительно земли становится равным нулю, а напряжение неповрежденных фаз увеличивается 1,73 раза. В результате через электрические емкости всех кабелей электрической сети от шин 23 к точке 22 замыкания будет протекать токи 18 и 24 нулевой последовательности. Так как расстояние от шин 23 до точки 22 для тока 18 меньше чем для тока 24, то через трансформатор тока 8 будет проходить ток нулевой последовательности больший, чем через трансформатор тока 9. В результате во вторичных обмотках этих трансформаторах появится разность токов, что вызовет появление тока в обмотке реле 11 тока. Реле 11 сработает. Срабатывание реле 11 приведет к замыканию его нормально разомкнутого контакта 13 и подачи сигнала как в цепь отключения выключателя 6, так и на первый вход 16 блока 17 информации. В результате выключатель 6 отключит первую линию от источника питания 5, а блок 17 проинформирует о возникновении однофазного замыкания на землю в кабеле 1 первой линии.When a single-phase ground fault occurs in cable 1 of the first power transmission line, for example at point 22, the voltage of the faulty phase of the cable of this line relative to the ground becomes zero, and the voltage of the unfaulted phases increases by 1.73 times. As a result, zero-sequence currents 18 and 24 will flow through the electrical capacitances of all cables of the electric network from busbars 23 to fault point 22. Since the distance from busbars 23 to point 22 for current 18 is less than for current 24, a zero-sequence current greater than that through current transformer 9 will flow through current transformer 8. As a result, a current difference will appear in the secondary windings of these transformers, which will cause current to appear in the winding of current relay 11. Relay 11 will operate. The operation of relay 11 will lead to the closure of its normally open contact 13 and the sending of a signal both to the trip circuit of switch 6 and to the first input 16 of information block 17. As a result, switch 6 will disconnect the first line from power source 5, and unit 17 will inform about the occurrence of a single-phase ground fault in cable 1 of the first line.
При возникновении однофазного замыкания на землю в кабеле 2 первой линии электропередачи, например в точке 25 через электрические емкости всех кабелей электрической сети от шин 23 к точке 25 замыкания будут протекать токи 19 и 26 нулевой последовательности. Так как расстояние от шин 23 до точки 25 для тока 19 меньше чем для тока 26, то через трансформатор тока 9 будет проходить ток нулевой последовательности больший, чем через трансформаторы тока 8 и 10. В результате во вторичных обмотках этих трансформаторах появится разность токов, что вызовет появление тока в обмотках реле 11 и 12 тока. Эти реле сработают, их нормально разомкнутые контакты 13 и14 замкнутся и подадут сигнал как в цепь отключения выключателя 6, так и на первый 15 и второй 16 входа блока 17 информации. В результате выключатель 6 отключит первую линию от источника питания 5, а блок 17 проинформирует о возникновении однофазного замыкания на землю в кабеле 2 первой линии.When a single-phase ground fault occurs in cable 2 of the first power transmission line, for example at point 25, zero-sequence currents 19 and 26 will flow through the electrical capacities of all cables of the electric network from busbars 23 to point 25 of the fault. Since the distance from busbars 23 to point 25 for current 19 is less than for current 26, then a zero-sequence current greater than that through current transformers 8 and 10 will flow through current transformer 9. As a result, a current difference will appear in the secondary windings of these transformers, which will cause current to appear in the windings of relays 11 and 12. These relays will operate, their normally open contacts 13 and 14 will close and send a signal both to the trip circuit of switch 6 and to the first 15 and second 16 inputs of information block 17. As a result, switch 6 will disconnect the first line from power source 5, and unit 17 will inform about the occurrence of a single-phase ground fault in cable 2 of the first line.
При возникновении однофазного замыкания на землю в кабеле 3 первой линии электропередачи, например в точке 27 через электрические емкости всех кабелей электрической сети от шин 23 к точке 27 замыкания будут протекать токи 20 и 28 нулевой последовательности. Так как расстояние от шин 23 до точки 25 для тока 20 меньше чем для тока 28, то через трансформатор тока 10 будет проходить ток нулевой последовательности больший, чем через трансформаторы тока 9. В результате во вторичных обмотках этих трансформаторах появится разность токов, что вызовет появление тока в обмотке реле 12 тока. Это реле сработает, его нормально разомкнутые контакты 14 замкнутся и подадут сигнал как в цепь отключения выключателя 6, так и на второй 16 вход блока 17 информации. В результате выключатель 6 отключит первую линию от источника питания 5, а блок 17 проинформирует о возникновении однофазного замыкания на землю в кабеле 3 первой линии.When a single-phase ground fault occurs in cable 3 of the first power transmission line, for example at point 27, zero-sequence currents 20 and 28 will flow through the electrical capacities of all cables of the electric network from buses 23 to point 27 of the fault. Since the distance from buses 23 to point 25 for current 20 is less than for current 28, a zero-sequence current greater than that through current transformers 9 will flow through current transformer 10. As a result, a current difference will appear in the secondary windings of these transformers, which will cause current to appear in the winding of relay 12. This relay will operate, its normally open contacts 14 will close and send a signal both to the trip circuit of switch 6 and to the second 16 input of information unit 17. As a result, switch 6 will disconnect the first line from power source 5, and unit 17 will inform about the occurrence of a single-phase ground fault in cable 3 of the first line.
При возникновении однофазного замыкания на землю во второй линии электропередачи, например в точке 29 кабеля 4 через электрические емкости всех кабелей электрической сети к точке 29 потекут токи 21 и 30 нулевой последовательности. При этом эти токи в трансформаторах тока 4 и 5 и их вторичных обмотках будут равны по величине, а токи в обмотках реле тока 11 и 12 будут равны нулю. Реле тока 11 и 12 не срабатывает, а их нормально разомкнутые контакты остаются разомкнутыми. Поэтому сигнал будет отсутствовать как в цепи отключения выключателя 6, так и на входах 15 и 16 блока информации 17. В результате выключатель 6 остается во включенном положении, а блок информации 17 будет информировать о том, что однофазное замыкание на землю в первой линии электропередачи отсутствует.If a single-phase ground fault occurs in the second power transmission line, for example at point 29 of cable 4, zero-sequence currents 21 and 30 will flow through the electrical capacities of all cables of the electric network to point 29. In this case, these currents in current transformers 4 and 5 and their secondary windings will be equal in magnitude, and the currents in the windings of current relays 11 and 12 will be zero. Current relays 11 and 12 will not operate, and their normally open contacts will remain open. Therefore, the signal will be absent both in the trip circuit of switch 6 and at inputs 15 and 16 of information block 17. As a result, switch 6 remains in the on position, and information block 17 will inform that there is no single-phase ground fault in the first power transmission line.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства защиты заключается в способности не только определить поврежденную линию электропередачи из трех соединенных параллельно кабелей при однофазном замыкании на землю, но поврежденный кабель в этой линии. Что приводит к сокращению времени и стоимости поиска поврежденного кабеля, а следовательно, ремонта поврежденной линии электропередачи.The technical and economic efficiency of the proposed protection device is the ability to not only identify a damaged power line from three parallel-connected cables in the event of a single-phase ground fault, but also a damaged cable in this line. This leads to a reduction in the time and cost of finding a damaged cable, and therefore, repairing a damaged power line.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2845610C1 true RU2845610C1 (en) | 2025-08-25 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1649621A1 (en) * | 1988-09-26 | 1991-05-15 | Украинское Отделение Всесоюзного Государственного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института "Внипиэнергопром" | Device for zero-sequence instantaneous current protection for two single-line-to-ground faults behind different branches of split reactor in ungrounded network with protection circuits responding to this type of fault with or without time delay |
| RU2614528C1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Device for protecting power transmission of two parallel-connected cables in electrical network with insulated neutral of single-phase ground fault |
| CN108872779A (en) * | 2017-08-28 | 2018-11-23 | 武汉都市环保工程技术股份有限公司 | A kind of single-phase earth fault line selection device and method |
| CN111463760A (en) * | 2020-03-18 | 2020-07-28 | 国网陕西省电力公司延安供电公司 | A zero-sequence disturbance line selection protection system for neutral point ungrounded substation and its application |
| CN117060347A (en) * | 2023-06-06 | 2023-11-14 | 内蒙古电力(集团)有限责任公司包头供电分公司 | Single-phase grounding judgment protection method and device based on three-phase current change of line |
| RU2810563C1 (en) * | 2023-05-17 | 2023-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) | Device for intelligent current protection of cable lines against single-phase ground faults |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1649621A1 (en) * | 1988-09-26 | 1991-05-15 | Украинское Отделение Всесоюзного Государственного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института "Внипиэнергопром" | Device for zero-sequence instantaneous current protection for two single-line-to-ground faults behind different branches of split reactor in ungrounded network with protection circuits responding to this type of fault with or without time delay |
| RU2614528C1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Device for protecting power transmission of two parallel-connected cables in electrical network with insulated neutral of single-phase ground fault |
| CN108872779A (en) * | 2017-08-28 | 2018-11-23 | 武汉都市环保工程技术股份有限公司 | A kind of single-phase earth fault line selection device and method |
| CN111463760A (en) * | 2020-03-18 | 2020-07-28 | 国网陕西省电力公司延安供电公司 | A zero-sequence disturbance line selection protection system for neutral point ungrounded substation and its application |
| RU2810563C1 (en) * | 2023-05-17 | 2023-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) | Device for intelligent current protection of cable lines against single-phase ground faults |
| CN117060347A (en) * | 2023-06-06 | 2023-11-14 | 内蒙古电力(集团)有限责任公司包头供电分公司 | Single-phase grounding judgment protection method and device based on three-phase current change of line |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8300369B2 (en) | System and method for polyphase ground-fault circuit-interrupters | |
| Hasibar et al. | The application of high-speed grounding switches for single-pole reclosing on 500 kV power systems | |
| RU168114U1 (en) | CENTRALIZED RELAY PROTECTION AND CONTROL UNIT FOR SUBSTATION WITH HIGH-VOLTAGE DISTRIBUTION DEVICE PERFORMED BY BRIDGE CIRCUIT BREAKERS WITH LINE AND REPAIR CHAINS | |
| JP4199065B2 (en) | Protective relay device | |
| JPS5810934B2 (en) | Ground fault detection device | |
| CN102204050B (en) | Differential protection method and differential protection device | |
| RU2845610C1 (en) | Selective protection device of cable power transmission line of three cables against single-phase ground fault in network with insulated neutral | |
| RU171206U1 (en) | DEVICE FOR PROTECTING ELECTRIC TRANSMISSION LINES FROM SINGLE-PHASE EARTH CLOSES IN A THREE-PHASE NETWORK WITH INSULATED NEUTRAL | |
| CN102893476B (en) | Protection relay system | |
| RU2845609C1 (en) | Power transmission line protection device consisting of two parallel connected cables against single-phase ground fault | |
| Bapat et al. | Advanced concepts in high resistance grounding | |
| US4536815A (en) | Protective relay apparatus and method for providing single-pole tripping | |
| RU2638574C1 (en) | Medium voltage substation | |
| RU2174690C2 (en) | Method for locating defective junction and point of single-phase ground fault in insulated-neutral mains | |
| Dusang | A ground fault protection method for ungrounded systems | |
| EP4009460A1 (en) | Method and system for detecting faults in a low voltage three-phase network | |
| Vukolov et al. | Improvement of algorithms for voltage circuits fault detection in relay protection terminal of 6-35 kV electrical networks | |
| RU2653365C1 (en) | Device for overcurrent protection of connections from double ground faults | |
| SU1649621A1 (en) | Device for zero-sequence instantaneous current protection for two single-line-to-ground faults behind different branches of split reactor in ungrounded network with protection circuits responding to this type of fault with or without time delay | |
| Monteiro et al. | Loss of neutral in distribution substation transformers: analysis of an actual event and experimental studies on a reduced-scale distribution network | |
| Sattari et al. | High-Resistance Grounding Design for Industrial Facilities: Providing Continuity of Service in Complex Distribution Systems | |
| Theron et al. | Case study: transformer differential incorrect operation due to system grounding | |
| Arrabé et al. | A new directional protection for multiterminal HVDC networks | |
| RU2007006C1 (en) | Device for protection of transformer connected to power line via isolating switch | |
| US2361208A (en) | Current balance relay system |