Альтернативна оцінка напруги на вершині опори лінії електропередавання, ураженої блискавкою

Автор(и)

  • Євгеній Олександрович Троценко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-9379-0061
  • Mandar Madhukar Dixit Інститут управління, підприємництва та інженерних технологій Вішванікетана, Україна https://orcid.org/0000-0003-1959-7815
  • Володимир Олександрович Бржезицький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-9768-7544
  • Ярослав Олександрович Гаран Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-3242-9218

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.228659

Ключові слова:

удар блискавки, блискавкозахист, лінія електропередавання, відбиття хвиль, осцилограми реальних струмів блискавки

Анотація

Об'єктом дослідження є схема, яка моделює удар блискавки в опору лінії електропередачі класу 220 кВ з урахуванням відбиття хвилі струму від 10 найближчих опор. Розрахунок потенціалу, що виникає на вершині ураженої опори, необхідний в подальшому для визначення блискавкозахисту лінії різними методами. В середньому для умов Індії кількість розрядів блискавки в дану лінію електропередачі на 100 кілометрів в рік становить близько 77, що є досить високим показником. Як правило, в задачах блискавкозахисту струм блискавки описують деяким аналітичним виразом. У більшості випадків такі вирази є різними комбінаціями експоненційних функцій. Однак форма струмів реальних блискавок на осцилограмах істотно відрізняється від тієї форми, яку їм приписують і апроксимують відносно простими експонентними виразами. Для більш детального дослідження перехідних процесів, обумовлених грозовою діяльністю, існує необхідність при моделюванні використовувати осцилограми реальних струмів блискавки.

Завдання визначення напруги на вершині ураженої опори лінії електропередавання було вирішено за допомогою схемотехнічного моделювання. Для моделювання струму блискавки були використані оцифровані осцилограми реальних струмів блискавок з піковими значеннями -5,256 кА і -133,586 кА.

У даній роботі показано, що запропонований підхід дає більш точне і наочне уявлення про перехідний процес на вершині ураженої опори, ніж апроксимація струму блискавки простими експоненційними виразами. Використання спрощеного експоненціального опису струму блискавки призводить не тільки до спрощення характеру перехідного процесу на вершині опори, але й до заниження результатів до 8,8 %. Вибір схеми заміщення опор лінії електропередачі також впливає на результат. Представлення опор на еквівалентній схемі зосередженими індуктивностями призводить до дещо більших значень у порівнянні з використанням у схемі хвильових опорів. При цьому, чим менше амплітуда струму, тим більша різниця (8,6 % в області малих струмів і 1,9 % в області великих струмів). Оскільки це призводить до деякого запасу в розрахунках блискавкозахисту, можна рекомендувати схему заміщення опори лінії електропередачі за допомогою зосереджених індуківностей.

Проведене дослідження робить внесок в розвиток методів розрахунку блискавкозахисту ліній електропередач і розширення області застосування програм схемотехнічного моделювання.

Біографії авторів

Євгеній Олександрович Троценко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра теоретичної електротехніки

Mandar Madhukar Dixit, Інститут управління, підприємництва та інженерних технологій Вішванікетана

Доцент

Кафедра електротехніки

Володимир Олександрович Бржезицький, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра теоретичної електротехніки

Ярослав Олександрович Гаран, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, асистент

Кафедра теоретичної електротехніки

Посилання

  1. Nath, A., Manohar, G. K., Dani, K. K., Devara, P. C. S. (2009). A study of lightning activity over land and oceanic regions of India. Journal of Earth System Science, 118 (5), 467–481. doi: http://doi.org/10.1007/s12040-009-0040-7
  2. Indian Standard IS 2309:1989, Protection of buildings and allied structures against lightning – Code of practice (Second Revision) (1991). Bureau of Indian standards, 64.
  3. Vaisala Annual lightning report 2020. Ref. B212260EN-A (2021). Vaisala. Available at: https://www.vaisala.com/sites/default/files/documents/WEA-MET-Annual-Lightning-Report-2020-B212260EN-A.pdf
  4. Holle, R. L. (2008). Annual Rates of Lightning Fatalities by Country. 20th International lightning detection conference, 1–14.
  5. Kamalapur, G. D., Sheelavant, V. R., Hyderabad, S., Pujar, A., Baksi, S., Patil, A. (2014). HVDC Transmission in India. IEEE Potentials, 33 (1), 22–27. doi: http://doi.org/10.1109/mpot.2012.2220870
  6. LaForest, J. J. (Ed.) (1982). Transmission line reference book (345 kV and above). Electric Power Research Institute. Palo Alto, 640.
  7. Halkude, S. A., Ankad, P. P. (2014). Analysis and Design of Transmission Line Tower 220 kV: A Parametric Study. International Journal of Engineering Research & Technology, 3 (8), 1343–1348.
  8. Bazutkin, V. V., Kadomskaia, K. P., Kostenko, M. V., Mikhailov, Iu. A. (1995). Perenapriazheniia v elektricheskikh sistemakh i zaschita ot nikh. Saint Petersburg: Energoatomizdat. Otdelenie, 320.
  9. Melo, M. O. B. C., Fonseca, L. C. A., Fontana, E., Naidu, S. R. (1997). Lightning Performance of Compact Transmission Lines. International Conference on Power Systems Transients. Seattle, 319–324.
  10. Sargent, M. A., Darveniza, M. (1969). Tower Surge Impedance. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-88 (5), 680–687. doi: http://doi.org/10.1109/tpas.1969.292357
  11. Datsios, Z. G., Mikropoulos, P. N., Tsovilis, T. E. (2019). Effects of Lightning Channel Equivalent Impedance on Lightning Performance of Overhead Transmission Lines. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 61 (3), 623–630. doi: http://doi.org/10.1109/temc.2019.2900420
  12. Micro-Cap 12. Electronic Circuit Analysis Program. Reference Manual (2018). Sunnyvale: Spectrum Software, 1098. Available at: http://www.spectrum-soft.com/download/rm12.pdf
  13. De Conti, A., Visacro, S. (2007). Analytical Representation of Single- and Double-Peaked Lightning Current Waveforms. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 49 (2), 448–451. doi: http://doi.org/10.1109/temc.2007.897153
  14. Trotsenko, Y., Brzhezitsky, V., Mykhailenko, V. (2019). Revised Effect of Inductive Voltage Drop Across Line Lead on Protective Level of Surge Arrester. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, 341–344. doi: http://doi.org/10.1109/ukrcon.2019.8879939
  15. Trotsenko, Y., Brzhezitsky, V., Mykhailenko, V. (2020). Estimation of Discharge Current Sharing Between Surge Arresters with Different Protective Characteristics Connected in Parallel. 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Smart Systems (ESS). Kyiv, 73–78. doi: http://doi.org/10.1109/ess50319.2020.9160296
  16. Hussein, A. M., Janischewskyj, W., Milewski, M., Shostak, V., Rachidi, F., Chang, J. S. (2003). Comparison of current characteristics of lightning strokes measured at the CN Tower and at other elevated objects. 2003 IEEE Symposium on Electromagnetic Compatibility. Symposium Record (Cat. No.03CH37446). Boston, 2, 495–500. doi: http://doi.org/10.1109/isemc.2003.1236651
  17. Narita, T., Yamada, T., Mochizuki, A., Zaima, E., Ishii, M. (2000). Observation of current waveshapes of lightning strokes on transmission towers. IEEE Transactions on Power Delivery, 15 (1), 429–435. doi: http://doi.org/10.1109/61.847285
  18. Rohatgi, A. (2020). WebPlotDigitizer. Version 4.4. Pacifica. Available at: https://automeris.io/WebPlotDigitizer
  19. IEC 60071-1:2011. Insulation co-ordination – Part 1: Definitions, principles and rules (2011). Geneva: IEC Central Office, 74.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Троценко, Є. О., Dixit, M. M., Бржезицький, В. О., & Гаран, Я. О. (2021). Альтернативна оцінка напруги на вершині опори лінії електропередавання, ураженої блискавкою. Technology Audit and Production Reserves, 2(1(58), 33–39. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.228659

Номер

Том 2 № 1(58) (2021): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Електротехніка та промислова електроніка: Звіт про науково-дослідну роботу

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Євгеній Олександрович Троценко, Mandar Madhukar Dixit, Володимир Олександрович Бржезицький, Ярослав Олександрович Гаран

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.