Estimation of the minimum level of higher harmonics in the single-phase-to-ground fault current in compensated 6–10 kV networks

Abstract

EN: Purpose Development of a model for a compensated 6–10 kV network and a methodology for selecting its element parameters based on estimating the minimum level of higher harmonics in the single-phase-to-ground fault current. Methodology. To estimate the minimum level of higher harmonics in single-phase-to-ground fault current currents, a generalized model of a compensated 6–10 kV cable network and its constituent elements, implemented in the Matlab system with the Simulink extension package, was used. The generalized model of the compensated 6–10 kV cable network and its element parameters were obtained based on a statistical analysis of data from the power supply systems of cities and industrial enterprises. Findings. The main requirements for the equivalent calculation scheme of a 6–10 kV cable network for estimating the minimum level of higher harmonics in the single-phase-to-ground fault current were formulated, and the ranges of variation and average values of its parameters were determined. The developed mathematical model of the 6–10 kV cable network accounts for the main factors determining the minimum level of higher harmonics in the single-phase-toground fault current. Based on the results of computational experiments performed on the mathematical models of 6–10 kV cable networks, it was established that to ensure the required sensitivity, single-phase-to-ground fault protection devices based on the use of higher harmonics must have a primary pickup current of no more than 0.1A. Originality. A model of a compensated 6–10 kV network was developed, which allows clarifying the sensitivity requirements for single-phase-to-ground fault protection systems based on the use of higher harmonics, thereby enhancing their operational efficiency. Practical value. Based on the mathematical model, a methodology for selecting its element parameters is proposed, which utilizes the estimation of the minimum level of higher harmonics in the single-phase-to-ground fault currents. UK: Мета роботи. розробка моделі компенсованої мережі 6–10 кВ, а також методики вибору параметрів її елементів на основі оцінки мінімального рівня найвищих гармонік струму однофазного замикання на землю. Методи дослідження. Для оцінки мінімального рівня вищих гармонік у струмах однофазного замикання на землю використовувалася узагальнена модель компенсованої кабельної мережі 6–10 кВ та її елементів у системі Matlab з пакетом розширення Simulink. Узагальнена модель компенсованої кабельної мережі 6–10 кВ та параметри її елементів отримано на основі статистичного аналізу даних щодо систем електропостачання міст та промислових підприємств. Отримані результати. Сформульовано основні вимоги до розрахункової схеми заміщення кабельної мережі 6–10 кВ для оцінки мінімального рівня вищих гармонік струму при однофазному замиканні на землю, визначено діапазони зміни та середні значення її параметрів. Розроблена математична модель кабельної мережі 6-10 кВ враховує основні фактори, що визначають мінімальний рівень вищих гармонік струму однофазного замикання на землю. На основі результатів обчислювальних експериментів, виконаних на математичних моделях кабельних мереж 6–10 кВ, встановлено, що для забезпечення необхідної чутливості пристрою захисту від однофазного замикання на землю, що ґрунтуються на використанні вищих гармонік, повинні мати первинний струм спрацьовування не більше 0,1 А. Наукова новизна. Розроблено модель компенсованої мережі 6–10 кВ, яка дозволяє уточнити вимоги до чутливості захисту від однофазного замикання на землю, заснованих на використанні вищих гармонік, та підвищити ефективність їх функціонування. Практична цінність. На основі математичної моделі запропоновано методику вибору параметрів її елементів на основі оцінки мінімального рівня вищих гармонік у струмах однофазного замикання на землю.