RU2585966C1 - Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current - Google Patents

Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current Download PDF

Info

Publication number
RU2585966C1
RU2585966C1 RU2015114217/28A RU2015114217A RU2585966C1 RU 2585966 C1 RU2585966 C1 RU 2585966C1 RU 2015114217/28 A RU2015114217/28 A RU 2015114217/28A RU 2015114217 A RU2015114217 A RU 2015114217A RU 2585966 C1 RU2585966 C1 RU 2585966C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
time
current
circuit current
short circuit
phase
Prior art date
Application number
RU2015114217/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Петрович Муссонов
Алексей Спиридонович Жданов
Наталья Юльевна Снопкова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
Priority to RU2015114217/28A priority Critical patent/RU2585966C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2585966C1 publication Critical patent/RU2585966C1/en

Links

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, particularly to electric equipment installed on power plants and substations in systems for production, transmission and power consumption, and can be used in all electrical installations using digital data processing. Method includes measuring, recording and digitising N times during period T and in every current moment in time tj current instantaneous value of short-circuit current xsc(ti) in each phase. Method includes determining value of thermal effect Bter in each phase using following expression:
Figure 00000017
where Bter is value of thermal effect of short circuit current in one phase, A2s; Δt = T/N is time-sampling step of signal, s, summation is carried out on j from j = 1, which corresponds to moment t1 is time of occurrence of short-circuit current, to moment of time tapv - time completion of automatic repeated turning on, when j = f(tapv+1)N; xsc(ti) is instantaneous value of short-circuit current in given phase at current time tj, A; xsc(ti+1) is instantaneous value of short-circuit current in given phase in next time tj+1, A; f is industrial frequency, Hz; N is number of sampling intervals. Thermal exposure time tsc at each j-th measurement of cumulative monotonously increases with value tsc = 0 for value of time sampling pitch Δt, provided that xsc(tj) is current instantaneous value of short-circuit current in this phase is not equal to zero and is determined in accordance with following expression:
Figure 00000018
.
EFFECT: technical result is fast and accurate determination of magnitude and time of thermal effect on conductors and electric devices of short circuit current by fixation of instantaneous values and calculating using mathematical expressions given in claim.
1 cl

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологиям с использованием электрооборудования, установленного на электрических станциях и подстанциях в системах производства, передачи и потребления электроэнергии, и может быть использовано во всех электроустановках, использующих цифровую обработку данных.The invention relates to electrical engineering, in particular to technologies using electrical equipment installed in power plants and substations in power generation, transmission and consumption systems, and can be used in all electrical installations using digital data processing.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам обработки мгновенных значений результатов измерения переменных электрических сигналов, например токов низкой частоты до 1000 Гц, полученных с помощью цифровых приборов.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to methods for processing instantaneous values of measurement results of variable electrical signals, for example, low-frequency currents up to 1000 Hz, obtained using digital devices.

Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с. 97], так как может использоваться на всех электроустановках, оборудованных цифровыми амперметрами для получения оцифрованных мгновенных значений тока, и позволяет определить величину термического воздействие на проводники и электрические аппараты от тока короткого замыкания, которая необходима как для определения степени конкретного термического воздействия, так и определения их текущей и остаточной термической стойкости при будущих коротких замыканиях.The claimed invention relates to a priority area of development of science and technology "Technologies for creating energy-saving systems for transportation, distribution and consumption of heat and electricity" [Alphabetical index to the International Patent Classification in priority areas of science and technology / Yu.G. Smirnov, E.V. Skidanova, S.A. Krasnov. - M.: PATENT, 2008 .-- p. 97], because it can be used on all electrical installations equipped with digital ammeters to obtain digitized instantaneous current values, and allows you to determine the magnitude of the thermal effect on the conductors and electrical apparatus from the short circuit current, which is necessary both to determine the degree of a specific thermal effect, and to determine their current and residual thermal stability in future short circuits.

Определение величины и времени термического воздействия на проводники и электрические аппараты от тока короткого замыкания, приведенное в обширной технической литературе, базируется на «ГОСТ 30323-95 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания. Переиздание. Август 2004 г. пп.3.1.1-3.1.8». Поэтому он выбран в качестве аналога. Признаком аналога, совпадающим с существенными признаками вариантов заявляемого способа, является только назначение.The determination of the magnitude and time of the thermal effect on conductors and electrical devices from the short circuit current, given in the extensive technical literature, is based on GOST 30323-95 Short circuits in electrical installations. Methods for calculating the electrodynamic and thermal effects of short circuit current. Reissue. August 2004, paragraphs 3.1.1-3.1.8. " Therefore, it is selected as an analogue. A sign of an analogue that coincides with the essential features of the variants of the proposed method is only the purpose.

Недостатком аналога, с точки зрения технического результата, является, во-первых, низкая точность, так как для расчета величины и времени термического воздействия приходится использовать не конкретные точные значения тока короткого замыкания и время его протекания, а некоторые вычисленные оценочные значения тока короткого замыкания в соответствии с указаниями на использование различных «исходных расчетных схем» и «расчетной продолжительности короткого замыкания в электроустановке».The disadvantage of the analogue, from the point of view of the technical result, is, firstly, low accuracy, since to calculate the magnitude and time of the thermal effect it is necessary to use not specific exact values of the short circuit current and its duration, but some calculated estimated values of the short circuit current in in accordance with the instructions for using various “initial design circuits” and “design short circuit duration in an electrical installation”.

Во-вторых, недостатком аналога является низкое быстродействие. Учитывая, что короткое замыкание практически может произойти в любой точке электрической цепи, имеющей конфигурацию любой сложности, то подобрать подходящую исходную расчетную схему для определения тока короткого замыкания, то есть схему, обеспечивающую наибольшую точность, можно только при наличии бесконечного банка исходных расчетных схем, что потребует бесконечное время расчета. Но даже и при имеющейся в наличии исходной расчетной схеме математические выражения с номерами от (35) до (49), приведенные в ГОСТ 30323-95, требуют большого числа неизвестных (и поэтому оценочных) параметров для определения периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания по непростым выражениям. Все эти расчеты требуют затрат времени.Secondly, the disadvantage of the analogue is the low speed. Considering that a short circuit can practically occur at any point in an electric circuit having a configuration of any complexity, it is possible to select a suitable initial calculation circuit for determining the short circuit current, that is, a circuit that provides the greatest accuracy, only if there is an infinite bank of initial calculation circuits, which will require infinite calculation time. But even with the original calculation circuit available, the mathematical expressions with numbers from (35) to (49) given in GOST 30323-95 require a large number of unknown (and therefore estimated) parameters to determine the periodic and aperiodic components of the short-circuit current by difficult expressions. All these calculations are time consuming.

В-третьих, недостатком аналога является высокая сложность вычислений, как это видно из математических выражений (35-49), приведенных в ГОСТ 30323-95.Thirdly, the disadvantage of the analogue is the high complexity of the calculations, as can be seen from the mathematical expressions (35-49) given in GOST 30323-95.

В-четвертых, ГОСТ 30323-95 не учитывает постоянную составляющую тока короткого замыкания, которая, как и периодическая, и апериодическая составляющие, присутствуют в электрическом сигнале при аварийных режимах.Fourth, GOST 30323-95 does not take into account the DC component of the short circuit current, which, like the periodic and aperiodic components, are present in the electrical signal during emergency conditions.

Наконец, в п. 1.1.5. читаем: «Расчетную продолжительность короткого замыкания при проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость следует определять путем сложения времени действия основной релейной защиты, в зону которой входят проверяемые проводники и электрические аппараты, и полного времени отключения соответствующего выключателя, а при проверке кабелей на невозгораемость - путем сложения времени действия резервной релейной защиты и полного времени отключения ближайшего к месту короткого замыкания выключателя. Согласно «ГОСТ Р 52565-2006 Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия» полное время отключения - время с момента подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех фазах. Однако известно, например, «Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 1988, с. 137-143.», что после погасания дуга может снова загореться. И это может повторяться несколько раз в зависимости от характера цепи. Таким образом, расчетная продолжительность короткого замыкания может не соответствовать точному действительному времени короткого замыкания, которое легко может быть полученное по результатам цифровых измерений.Finally, in § 1.1.5. we read: “The estimated duration of a short circuit when checking conductors and electrical apparatuses for thermal stability should be determined by adding up the duration of the main relay protection, in the zone of which the tested conductors and electrical apparatuses are included, and the total time that the corresponding circuit breaker trips, and when checking cables for fire safety - by adding up the operating time of the backup relay protection and the total time of tripping the circuit breaker closest to the place of short circuit. According to GOST R 52565-2006 AC circuit breakers for voltages from 3 to 750 kV. General technical conditions »total shutdown time - the time from the moment the command for shutdown is issued until the arc goes out in all phases. However, it is known, for example, “Chunikhin A.A. Electric devices: General course. Textbook for high schools. - 3rd ed., Revised. and add. - M: Energoatomizdat, 1988, p. 137-143. ”, That after extinction the arc may catch fire again. And this can be repeated several times depending on the nature of the chain. Thus, the calculated short circuit time may not correspond to the exact actual short circuit time, which can easily be obtained from digital measurements.

Не представляется возможность выбрать прототип для заявляемого способа, так как среди существующих способов определения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания не удалось найти способа, использующего оцифрованные мгновенное значение тока x(tj) в момент времени tj=t1, t2, …, tN, где N - количество измерений в течение периода T, причем tj+1=tj+Δt, где Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала по времени.It does not seem possible to choose a prototype for the proposed method, because among the existing methods for determining the magnitude and time of the thermal effect from the short circuit current, it was not possible to find a method that uses the digitized instantaneous current value x (t j ) at time t j = t 1 , t 2 , ..., t N , where N is the number of measurements during the period T, with t j + 1 = t j + Δt, where Δt = T / N is the time step of the signal sampling.

Задачей изобретения является разработка простого, быстродействующего и точного способа определения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания на основе измерения как мгновенных значений этого тока, так времени его действия. Способ ориентирован на получение данных от обычных цифровых измерительных приборов текущего значения тока и/или цифровых регистраторов аварийных процессов, без использования дополнительного энергозатратного и дорогостоящего оборудования. Это позволяет в эксплуатации получить следующие результаты:The objective of the invention is to develop a simple, fast and accurate method for determining the magnitude and time of the thermal effect of a short circuit current based on the measurement of both the instantaneous values of this current and its duration. The method is focused on obtaining data from conventional digital measuring instruments of the current current value and / or digital recorders of emergency processes, without the use of additional energy-consuming and expensive equipment. This allows the operation to obtain the following results:

- сократить временные затраты на определения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания в эксплуатации;- reduce the time spent on determining the magnitude and time of the thermal effect from the short circuit current in operation;

- использовать точные значения величины термического воздействия от тока короткого замыкания и точного времени его действия для текущего контроля и прогноза состояния изоляции;- use the exact values of the magnitude of the thermal effect of the short circuit current and the exact time of its operation for monitoring and predicting the state of insulation;

- использовать точные значения величины термического воздействия от тока короткого замыкания и точного времени его действия для оценки состояния контактов электрических коммутационных аппаратов;- use the exact values of the magnitude of the thermal effect of the short circuit current and the exact time of its action to assess the state of contacts of electrical switching devices;

- увеличить точность расчетов текущего значения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания.- increase the accuracy of the calculation of the current value of the value and time of the thermal effect from the short circuit current.

Достигаемый технический результат заявляемого изобретения, при определении величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания, в следующем:Achievable technical result of the claimed invention, when determining the magnitude and time of the thermal effect from the short circuit current, in the following:

- возможность постоянного мониторинга величины термического воздействия от тока короткого замыкания и точного времени его действия для всех электрических аппаратов с целью контроля их термической стойкости;- the ability to continuously monitor the magnitude of the thermal effect of the short circuit current and the exact time of its operation for all electrical devices in order to control their thermal stability;

- увеличение быстродействия, так как все необходимые и точные данные для расчетов величины термического воздействия от тока короткого замыкания и точного времени его действия уже имеются в цифровом виде, а математические выражения для вычисления этих параметров согласно формуле предлагаемого изобретения содержат только операции сложения и умножения результатов измерения;- an increase in speed, since all the necessary and accurate data for calculating the magnitude of the thermal effect of the short circuit current and the exact time of its action are already available in digital form, and the mathematical expressions for calculating these parameters according to the formula of the invention contain only the operations of addition and multiplication of measurement results ;

- повышение точности определения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания и, как следствие, повышение качества управления электроэнергетическим объектом;- improving the accuracy of determining the magnitude and time of the thermal effect from the short circuit current and, as a result, improving the quality of control of the electric power facility;

- отсутствие необходимости вычисления постоянной, периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания, так как все они уже присутствуют в оцифрованном мгновенном значении тока.- the absence of the need to calculate the constant, periodic and aperiodic components of the short circuit current, since they are all already present in the digitized instantaneous value of the current.

Технический результат достигается тем, что в формуле изобретения раскрыта техническая сущность способа определения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания, возникшего в момент t1, включающий измерение, фиксацию и оцифровку N раз в течение периода T и в каждый текущий момент времени tj, j=1, 2, …, N, причемThe technical result is achieved by the fact that in the claims the technical essence of the method for determining the magnitude and time of the thermal effect from the short circuit current that occurred at time t 1 , including measuring, fixing and digitizing N times during the period T and at each current time t j , j = 1, 2, ..., N, and

Figure 00000001
Figure 00000001

где tj+1 - последующий момент времени, с;where t j + 1 - the next moment in time, s;

tj - текущий момент времени, с;t j - current time, s;

Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала по времени, с,Δt = T / N is the signal discretization time step, s,

текущего мгновенного значения тока короткого замыкания xкз(ti) в каждой фазе, осуществляют определение величины термического воздействия Bmер в каждой фазе по следующему математическому выражению:the current instantaneous value of the short circuit current x kz (t i ) in each phase, determine the magnitude of the thermal effect B mer in each phase according to the following mathematical expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Bmер - величина термического воздействия от тока короткого замыкания в одной из фаз, А2 с;where B mer - the magnitude of the thermal effect of the short circuit current in one of the phases, And 2 s;

Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала по времени, с,Δt = T / N is the signal discretization time step, s,

суммирование ведется по j от j=1, что соответствует моменту t1 - времени возникновения тока короткого замыкания, до момента времени tапв - времени завершения автоматического повторного включения, когда j=f(tапв+1)N;the summation is carried out over j from j = 1, which corresponds to the moment t 1 - the time of occurrence of the short circuit current, up to the time t up - the time for completion of automatic restart when j = f (t up + 1) N;

xкз(ti) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в текущий момент времени tj, A;x KZ (t i ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at the current time t j , A;

xкз(ti+1) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в последующий момент времени tj+1, A;x KZ (t i + 1 ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at a subsequent time t j + 1 , A;

f - промышленная частота, Гц;f is the industrial frequency, Hz;

N - количество интервалов дискретизации,N is the number of sampling intervals,

а время термического воздействия tкз при каждом j-м измерении нарастающим итогом монотонно увеличивается со значения tкз=0, при j=1, на величину шага дискретизации сигнала по времени Δt, при условии что xкз(tj) - текущее мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе не равно нулю, и время термического воздействия tкз остается неизменным, если xкз(tj) - текущее мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе равно нулю, таким образом, время термического воздействия tкз для каждой из фаз определяется по следующему математическому выражению:and the thermal exposure time t KZ at each jth measurement on a cumulative basis increases monotonically from the value of t KZ = 0, for j = 1, by the value of the sampling step of the signal in time Δt, provided that x KZ (t j ) is the current instantaneous value the short circuit current in this phase is not equal to zero, and the thermal exposure time t kz remains unchanged if x kz (t j ) is the current instantaneous value of the short circuit current in this phase is zero, thus, the thermal exposure time t kz for each of phases is determined by the following mat cal expression:

Figure 00000003
для всех j=1, 2, 3, …, f(tапв+1)N,
Figure 00000003
for all j = 1, 2, 3, ..., f (t apr +1) N,

где tкз - время термического воздействия, с;where t KZ - time of thermal exposure, s;

xкз(ti) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в текущий момент времени tj, A;x KZ (t i ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at the current time t j , A;

Δt - шаг дискретизации сигнала по времени, с;Δt is the signal discretization time step, s;

f - промышленная частота, Гц;f is the industrial frequency, Hz;

N - количество интервалов дискретизации.N is the number of sampling intervals.

Предлагаемый способ определения величины Bтер и времени tкз термического воздействия от тока короткого замыкания основан на измерении оцифрованных мгновенных значений тока tкз(tj) в моменты времени tj, где j=1, 2, …, N, N - число разбиений на периоде Т, Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала по времени.The proposed method for determining the value of B ter and time t cz of the thermal effect from the short circuit current is based on measuring the digitized instantaneous values of the current t cz (t j ) at time t j , where j = 1, 2, ..., N, N is the number of partitions on the period T, Δt = T / N is the time discretization step of the signal.

Степень термического воздействия тока короткого замыкания на проводники и электрические аппараты согласно «ГОСТ 30323-95. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания. Переиздание. Август 2004 г. пп. 3.1.1» определяется значением интеграла Джоуля (Bmер) в амперах в квадрате на секунду, то есть следующим математическим выражениемThe degree of thermal effect of short circuit current on conductors and electrical apparatuses in accordance with GOST 30323-95. Short circuits in electrical installations. Methods for calculating the electrodynamic and thermal effects of short circuit current. Reissue. August 2004 3.1.1 "is determined by the value of the Joule integral (B mer ) in amperes squared per second, that is, the following mathematical expression

Figure 00000004
Figure 00000004

где x к з 2 ( t )

Figure 00000005
- квадрат мгновенного значения тока короткого замыкания в произвольный момент времени t в течение диапазона интегрирования, А;Where x to s 2 ( t )
Figure 00000005
- the square of the instantaneous value of the short circuit current at an arbitrary time t during the integration range, A;

интегрирование ведется от момента t1 - времени возникновения тока короткого замыкания, до tоткл - момента времени отключения, то есть до расчетной продолжительности КЗ в электроустановке, с.integration is carried out from the time t 1 - time of occurrence of the fault current, until none t - the time the tripping time, i.e., until the calculated duration fault in the installation, p.

В общем случае, текущее мгновенное значение тока короткого замыкания xкз(ti) в момент времени ti аналитически может быть представлен одним из следующих шести математических выражений:In the general case, the current instantaneous value of the short circuit current x kz (t i ) at time t i can be analytically represented by one of the following six mathematical expressions:

- в стационарном режиме при симметричной пофазной нагрузке описывается известным равенством- in stationary mode with a symmetric phase-phase load is described by the well-known equality

Figure 00000006
Figure 00000006

- при наличии XП - постоянной составляющей, гармонический электрический сигнал перемещается параллельно оси абсцисс вверх или вниз в зависимости от знака и величины XП, и выражение для этого сигнала имеет вид- in the presence of X P - constant component, the harmonic electric signal moves parallel to the abscissa axis up or down depending on the sign and value of X P , and the expression for this signal has the form

Figure 00000007
Figure 00000007

- при наличии быстро протекающего переходного процесса, обусловленного коммутацией или критическими режимами (короткие замыкания, обрывы фаз) появляется либо аддитивная апериодическая составляющая, которая может быть или убывающей- in the presence of a rapidly proceeding transient process due to switching or critical modes (short circuits, phase breaks), either an additive aperiodic component appears, which can be either decreasing

Figure 00000008
Figure 00000008

- или возрастающей- or increasing

Figure 00000009
Figure 00000009

либо мультипликативная апериодическая составляющая, которая также может быть или убывающейor a multiplicative aperiodic component, which can also be either decreasing

Figure 00000010
Figure 00000010

- или возрастающей- or increasing

Figure 00000011
Figure 00000011

где для всех шести формул, описывающих математический вид результатов измерения оцифрованных мгновенных значений тока короткого замыкания при цифровой обработке данных, приняты следующие обозначения:where for all six formulas describing the mathematical form of the measurement results of the digitized instantaneous values of the short circuit current in digital data processing, the following notation is used:

xкз(tj) - результат измерения оцифрованных мгновенных значений тока в момент времени ti, A,x KZ (t j ) is the result of measuring the digitized instantaneous current values at time t i , A,

Xm - амплитудное значение тока, А,X m is the amplitude value of the current, A,

ω=2πf, - круговая частота, рад/с,ω = 2πf, - circular frequency, rad / s,

f - частота сигнала, Гц,f is the signal frequency, Hz,

XП - постоянная составляющая тока, А,X P - constant current component, A,

Aa↓· - начальное значение убывающей аддитивной апериодической составляющий тока, А,A a ↓ · is the initial value of the decreasing additive aperiodic current component, A,

τa↓ - постоянная времени затухания убывающей аддитивной апериодической составляющий тока, с-1,τ a ↓ is the decay time constant of the decreasing additive aperiodic current component, s -1 ,

Aa↑· - начальное значение возрастающей аддитивной апериодической составляющий тока, А,A a ↑ · is the initial value of the increasing additive aperiodic current component, A,

τa↑ - постоянная времени затухания возрастающей аддитивной апериодической составляющий тока, с-1,τ a ↑ is the decay time constant of the increasing additive aperiodic current component, s -1 ,

AМ↓· - начальное значение убывающей мультипликативной апериодической составляющий тока, А,A M ↓ · is the initial value of the decreasing multiplicative aperiodic current component, A,

τМ↓ - постоянная времени затухания убывающей мультипликативной апериодической составляющий тока, с-1,τ M ↓ is the decay time constant of the decreasing multiplicative aperiodic current component, s -1 ,

AМ↑· - начальное значение возрастающей мультипликативной апериодической составляющий тока, А,A M ↑ · is the initial value of the increasing multiplicative aperiodic current component, A,

τМ↑ - постоянная времени затухания возрастающей мультипликативной апериодической составляющий тока, с-1,τ M ↑ is the decay time constant of the increasing multiplicative aperiodic current component, s -1 ,

ti=t1, t2, …, tN - моменты времени, в которых осуществляются измерения сигнала, ti+1=ti+Δt, c,t i = t 1 , t 2 , ..., t N - times in which the signal is measured, t i + 1 = t i + Δt, c,

Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала x(ti) по времени, то есть в секундах, значение шага дискретизации в радианах равно 2π/N,Δt = T / N is the sampling step of the signal x (t i ) in time, that is, in seconds, the value of the sampling step in radians is 2π / N,

T - длительность периода, с,T is the duration of the period, s,

N - число измерений тока в течение периода.N is the number of current measurements during the period.

Таким образом, текущее мгновенное значение тока xкз(ti) в момент времени ti по своей природе содержит все составляющие (постоянную, периодическую, апериодическую), если они имеют место в данной цепи. Это свойство мгновенного значения тока и не нужно специально определять эти составляющие.Thus, the current instantaneous value of the current x kz (t i ) at time t i by its nature contains all components (constant, periodic, aperiodic), if they occur in this circuit. This is a property of the instantaneous current value and it is not necessary to specifically determine these components.

Подставив текущие мгновенные значение тока xкз(ti) в выражение (1), записанное для вычисления интеграла при дискретных измерениях с шагом Δt (формула трапеций для вычисления интеграла, которая обеспечивает достаточную точность вычислений при относительной простоте окончательных выражений), получим математическое выражение, приведенное в формуле предлагаемого изобретения для определения величины термического воздействия токаSubstituting the current instantaneous value of current x kz (t i ) into expression (1) written for calculating the integral for discrete measurements with step Δt (the trapezoid formula for calculating the integral, which provides sufficient accuracy for the calculations with the relative simplicity of the final expressions), we obtain a mathematical expression, given in the formula of the invention for determining the magnitude of the thermal effect of current

Figure 00000012
Figure 00000012

где Bmер - величина термического воздействия от тока короткого замыкания в одной из фаз, А2 с;where B mer - the magnitude of the thermal effect of the short circuit current in one of the phases, And 2 s;

Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала по времени, с,Δt = T / N is the signal discretization time step, s,

суммирование ведется по j от j=1, то есть от момента t1 - времени возникновения тока короткого замыкания, до момента времени tапв - времени завершения автоматического повторного включения, то есть до j=f(tапв+1)N;the summation is carried out over j from j = 1, that is, from the moment t 1 - the time of occurrence of the short circuit current, to the time t anv - the time of completion of the automatic restart, that is, to j = f (t anv +1) N;

xкз(ti) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в текущий момент времени tj, A;x KZ (t i ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at the current time t j , A;

xкз(ti+1) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в последующий момент времени tj+1, А;x KZ (t i + 1 ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at a subsequent time t j + 1 , A;

f - промышленная частота, Гц;f is the industrial frequency, Hz;

N - количество интервалов дискретизации.N is the number of sampling intervals.

Сложность представляет определение реального времени tкз термического воздействия от тока короткого замыкания, так как согласно исследованиям «Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 137-143.» при коммутации дуга может гаснуть и загораться несколько раз в зависимости от характера цепи. В то время, когда дуга не горит и ток короткого замыкания не протекает, нет ни какого термического воздействия на проводники и электрические аппараты от тока короткого замыкания. Поэтому это время не нужно учитывать, и оно не учитывается в формуле предлагаемого изобретения.The difficulty is the definition of real time t KZ thermal effects from the short circuit current, since according to the research “A. Chunikhin Electric devices: General course. Textbook for high schools. - 3rd ed., Revised. and add. - M .: Energoatomizdat, 1988, p. 137-143. ”When switching the arc can go out and light up several times depending on the nature of the circuit. At a time when the arc does not burn and the short circuit current does not flow, there is not any thermal effect on the conductors and electrical apparatus from the short circuit current. Therefore, this time does not need to be taken into account, and it is not taken into account in the claims of the invention.

При этом нужно учесть еще одно требование ГОСТ 30323-95, п. 1.1.5, которое звучит так: «При наличии устройств автоматического повторного включения цепи следует учитывать суммарное термическое действие тока короткого замыкания». Время в течение которого может произойти автоматическое повторное включения цепи, зависит от характера цепи и устанавливается релейными службами. Поэтому для вычисления степени термического воздействия тока короткого замыкания на проводники и электрические аппараты время вычисления требуется увеличить на одну секунду, для завершения всех переходных процессов, то есть сделать равным tапв+1. Для перевода этого времени из секунд в число измерений оцифрованных мгновенных значений тока необходимо время умножить на промышленную частоту f, тем самым получим число периодов, а затем умножить на число измерений в периоде N - количество интервалов дискретизации. Таким образом, число измерений мгновенных значений тока составит f(tапв+1)N.In this case, one more requirement of GOST 30323-95, clause 1.1.5, which reads as follows: “If there are devices for automatically re-connecting the circuit, the total thermal effect of the short circuit current must be taken into account. The time during which the circuit can automatically turn on again depends on the nature of the circuit and is set by relay services. Therefore, to calculate the degree of thermal effect of the short circuit current on conductors and electrical apparatuses, the calculation time must be increased by one second, to complete all transients, that is, to make t tv +1. To convert this time from seconds to the number of measurements of the digitized instantaneous current values, it is necessary to multiply the time by the industrial frequency f, thereby obtaining the number of periods, and then multiplying by the number of measurements in period N - the number of sampling intervals. Thus, the number of measurements of instantaneous current values will be f (t apv +1) N.

Алгоритм вычисления времени термического воздействия tкз можно описать следующим образом:The algorithm for calculating the thermal exposure time t KZ can be described as follows:

время термического воздействия tкз при каждом j-м измерении нарастающим итогом монотонно увеличивается со значения tкз=0, при j=1, на величину шага дискретизации сигнала по времени Δt, при условии что xкз(tj) - текущее мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе не равно нулю, и время термического воздействия tкз остается неизменным, если xкз(tj) - текущее мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе равно нулю, таким образом, время термического воздействия tкз для каждой из фаз определяется по следующему математическому выражению:the thermal exposure time t KZ at each jth measurement on a cumulative basis increases monotonically from the value of t KZ = 0, for j = 1, by the value of the sampling step of the signal over time Δt, provided that x KZ (t j ) is the current instantaneous current value the short circuit in this phase is not equal to zero, and the thermal exposure time t kz remains unchanged if x kz (t j ) is the current instantaneous value of the short circuit current in this phase is zero, so the thermal exposure time t kz for each phase determined by the following math another expression:

Figure 00000013
для всех j=1, 2, 3, …, f(tапв+1)N,
Figure 00000013
for all j = 1, 2, 3, ..., f (t apr +1) N,

где tкз - время термического воздействия, с;where t KZ - time of thermal exposure, s;

xкз(ti) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в текущий момент времени tj А;x KZ (t i ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at the current time t j A;

Δt - шаг дискретизации сигнала по времени, с;Δt is the signal discretization time step, s;

f - промышленная частота, Гц;f is the industrial frequency, Hz;

N - количество интервалов дискретизации.N is the number of sampling intervals.

Claims (1)

Способ определения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания, возникшего в момент t1, включающий измерение, фиксацию и оцифровку N раз в течение периода T и в каждый текущий момент времени tj, j=1, 2,…, N, причем
tj+1=tj+Δt,
где tj+1 - последующий момент времени, с;
tj - текущий момент времени, с;
Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала по времени, с, текущего мгновенного значения тока короткого замыкания xкз(ti) в каждой фазе, осуществляют определение величины термического воздействия Вmер в каждой фазе по следующему математическому выражению:
Figure 00000014

где Вmер - величина термического воздействия от тока короткого замыкания в одной из фаз, А2с;
Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала по времени, с,
суммирование ведется по j от j=1, что соответствует моменту t1 - времени возникновения тока короткого замыкания, до момента времени tanв - времени завершения автоматического повторного включения, когда j=f(tanв+1)N;
хкз(ti) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в текущий момент времени tj, А;
xкз(ti+1) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в последующий момент времени tj+1, А;
f - промышленная частота, Гц;
N - количество интервалов дискретизации,
а время термического воздействия tкз при каждом j-м измерении нарастающим итогом монотонно увеличивается со значения tкз=0 на величину шага дискретизации сигнала по времени Δt, при условии что xкз(tj) - текущее мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе не равно нулю, и время термического воздействия tкз остается неизменным, если xкз(tj) - текущее мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе равно нулю, таким образом, время термического воздействия для каждой из фаз определяется по следующему математическому выражению:
Figure 00000015

где tкз - время термического воздействия, с;
xкз(ti) - мгновенное значение тока короткого замыкания в данной фазе в текущий момент времени tj, А;
Δt - шаг дискретизации сигнала по времени, с;
f - промышленная частота, Гц;
N - количество интервалов дискретизации.
The method of determining the magnitude and time of the thermal effect from the short circuit current that occurred at time t 1 , including measuring, fixing and digitizing N times during the period T and at each current time t j , j = 1, 2, ..., N, and
t j + 1 = t j + Δt,
where t j + 1 - the next moment in time, s;
t j - current time, s;
Δt = T / N is the sampling step of the signal in time, s, of the current instantaneous value of the short circuit current x kz (t i ) in each phase, the magnitude of the thermal effect is determined In mer in each phase according to the following mathematical expression:
Figure 00000014

where In mer - the magnitude of the thermal effect of the short circuit current in one of the phases, And 2 s;
Δt = T / N is the signal discretization time step, s,
the summation is over j from j = 1, which corresponds to the time t 1 - the time of occurrence of the short circuit current, up to the time t anв - the time of completion of the automatic restart when j = f (t anв +1) N;
x KZ (t i ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at the current time t j , A;
x KZ (t i + 1 ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at a subsequent time t j + 1 , A;
f is the industrial frequency, Hz;
N is the number of sampling intervals,
and the thermal exposure time t KZ at each jth measurement on a cumulative basis increases monotonically from the value of t KZ = 0 by the value of the sampling step of the signal in time Δt, provided that x KZ (t j ) is the current instantaneous value of the short circuit current in this phase is not equal to zero, and the thermal exposure time t KZ remains unchanged if x KZ (t j ) - the current instantaneous value of the short-circuit current in this phase is zero, thus, the thermal exposure time for each phase is determined by the following mathematical expression:
Figure 00000015

where t KZ - time of thermal exposure, s;
x KZ (t i ) is the instantaneous value of the short circuit current in this phase at the current time t j , A;
Δt is the signal discretization time step, s;
f is the industrial frequency, Hz;
N is the number of sampling intervals.
RU2015114217/28A 2015-04-16 2015-04-16 Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current RU2585966C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015114217/28A RU2585966C1 (en) 2015-04-16 2015-04-16 Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015114217/28A RU2585966C1 (en) 2015-04-16 2015-04-16 Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2585966C1 true RU2585966C1 (en) 2016-06-10

Family

ID=56115218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015114217/28A RU2585966C1 (en) 2015-04-16 2015-04-16 Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2585966C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664414C1 (en) * 2017-07-26 2018-08-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method of the established mode signal identification in the transition process electrical signal
CN113922325A (en) * 2021-10-12 2022-01-11 云南电网有限责任公司电力科学研究院 Method and device for predicting transformer reclosing short-circuit current

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2247667C2 (en) * 2000-09-04 2005-03-10 Пасифик Инджиниринг Корп. Device for and method of revealing short-time short circuit
WO2012006239A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Schneider Electric USA, Inc. Secondary thermal sensor for primary conductors
RU2453859C2 (en) * 2010-08-18 2012-06-20 Виктор Анатольевич Туркот Device for determining allowable values and overload time for power oil-filled transformer equipment
US8643982B2 (en) * 2011-03-21 2014-02-04 Hamilton Sundstrand Corporation Discrete input signal generation via output short-circuit detection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2247667C2 (en) * 2000-09-04 2005-03-10 Пасифик Инджиниринг Корп. Device for and method of revealing short-time short circuit
WO2012006239A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Schneider Electric USA, Inc. Secondary thermal sensor for primary conductors
RU2453859C2 (en) * 2010-08-18 2012-06-20 Виктор Анатольевич Туркот Device for determining allowable values and overload time for power oil-filled transformer equipment
US8643982B2 (en) * 2011-03-21 2014-02-04 Hamilton Sundstrand Corporation Discrete input signal generation via output short-circuit detection

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОСТ 52736-2007 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания, 2007., пп. 6.1.1 - 6.1.8.. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664414C1 (en) * 2017-07-26 2018-08-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method of the established mode signal identification in the transition process electrical signal
CN113922325A (en) * 2021-10-12 2022-01-11 云南电网有限责任公司电力科学研究院 Method and device for predicting transformer reclosing short-circuit current
CN113922325B (en) * 2021-10-12 2024-04-09 云南电网有限责任公司电力科学研究院 Prediction method and device for reclosing short-circuit current of transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10132853B2 (en) Wide area fault detection method using PMU data
US4878142A (en) High resistance ground fault protection
Mortazavi et al. A searching based method for locating high impedance arcing fault in distribution networks
US20150073735A1 (en) Method for adaptive fault location in power system networks
WO2020142408A1 (en) Real-time deviation detection of power system electrical characteristics using time-synchronized measurements
JP5419079B2 (en) Tap setting method of arc extinguishing reactor, tap setting device thereof, and tap setting program thereof
EP2779350A1 (en) Direct current transmission and distribution system and method of operating the same
RU2585966C1 (en) Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current
Lei et al. On-line fault detection technique for voltage transformers
Wang et al. A quantitative comparison approach for different voltage dip characterization methods
Senderovich et al. Automation of determining the location of damage of overhead power lines
Ota et al. Evaluation of stability and electric power quality in power system by using phasor measurements
Koliushko et al. Testers for Measuring the Electrical Characteristics of Grounding Systems by IEEE Standards
Green et al. Nonintrusive measurements for detecting progressive equipment faults
Ibraheem et al. PLC Based Overcurrent Protection of Three-phase Transmission Line
Chappa et al. A new voltage instability detection index based on real-time synchronophasor measurements
Piesciorovsky et al. A generic method for interfacing IEDs using low voltage interfaces to real-time simulators with hardware in the loop
Chandra et al. PMU based real time power system state estimation using ePHASORsim
KR102342450B1 (en) Apparatus for detecting nonlinear oscillation in power network and method thereof
Ritu et al. Genetic algorithm based optimal pmu placement for enhanced power system observability and reliability
RU2175138C1 (en) Method and device for measuring power circuit insulation resistance in live electrical equipment of vehicles
Molnar-Matei et al. New method for voltage sags characteristics detection in electrical networks
Dantas et al. Transient current protection for transmission lines based on the Kalman filter measurement residual
Popov et al. Applications of synchrophasor measurement to improve the reliability and efficiency of power systems
Pegoraro et al. Compensation of Systematic Errors for Improved PMU-based Fault Detection and Location in Three-Phase Distribution Grids

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200417