Calculating a Resistive Voltage Divider for Insulated Neutral Networks
Keywords:
resistive divider, shielding, voltage transformer, simulation
Abstract
During the operation of electromagnetic voltage transformers, which are widely used in electric power systems, ferroresonance phenomena may occur. In addition, this equipment is explosive and fire hazardous in nature, features poor energy efficiency, and has large dimensions and weight. Resistive voltage dividers in solid insulation are free from these drawbacks. A topical issue in regard of these devices is to develop a methodology for calculating them for different voltage classes, as well as ways to reduce the influence of external electrostatic fields on conversion accuracy. The article describes a method for calculating a resistive voltage divider for use in insulated neutral networks. The divider mathematical and simulation models necessary for correctly calculating the primary converter design are presented. The results obtained from studies of a resistive voltage divider experimental sample show that by using the developed methodology and simulation models, the primary converter in question can be calculated with accuracy acceptable for engineering applications. Methods for shielding resistive voltage dividers are proposed, the effectiveness of which has been confirmed on verified simulation models of resistive dividers for the 6(10) kV voltage class with simulating their significant pollution. The proposed shielding methods can be used for resistive dividers of higher voltage classes, for which the problem of the influence of external electromagnetic fields is the most acute.
References
1. Программа «Цифровая экономика Российской Федерации» (утв. распоряжением Правительства РФ от 28.07.2017 г. №1632-р), 87 с.
2. Концепция «Цифровая трансформация 2030». М.: ПАО «Россети», 2018, 31 с.
3. «Медведевская» – первая цифровая подстанция [Электрон. ресурс], URL https://sk.ru/news/medvedevskaya-pervaya-cifrovaya-podstanciya (дата обращения 03.10.2022).
4. Цифровые подстанции «Уват» и «Десна» [Электрон. ресурс], URL http://digitalsubstation.com/blog/2019/12/12/tsifrovye-podstantsii-uvat-i-desna-kratkaya-spravka-po-proektam (дата обращения 03.10.2022).
5. Введена в работу первая цифровая подстанция ФСК ЕЭС … [Электрон. ресурс], URL http://tempfsk.host.ru/press_center/company_news/archive.php?ELEMENT_ID=226377 (дата обращения 03.10.2022).
6. Лаптев О.И., Кадомская К.П. Исследование эффективности антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ в сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью. – Научный вестник НГТУ, 2006, № 4(25), с. 167¬174.
7. Макаров А.В. Об эффективности функционирования антирезонансных трансформаторов напряжения. – Энергоэксперт, 2013, № 6, с. 24–27.
8. Wahyudi M. et al. Application of Wavelet Cumulative Energy and Artificial Neural Network for Classification of Ferroresonance Signal During Symmetrical and Unsymmetrical Switching of Three-Phases Distribution Transformer. – International Conference on High Voltage Engineering and Power Systems, 2017, pp. 394–399, DOI:10.1109/ICHVEPS.2017.8225877.
9. Jiaxin L. et al. Discriminate Method of Power Frequency Ferroresonance in System with Non-Effectively Earthed Neutral of Three-Phase Enclosed GIS. – China International Conference on Electricity Distribution (CICED), 2018, pp. 801–805, DOI:10.1109/CICED.2018.8592605.
10. СТО 56947007-29.240.10.191-2014. Методические указания по защите от резонансных повышений напряжения в электро-установках 6–750 кВ. М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2014.
11. РД 34.20.517-87. Методические указания по предотвращению феррорезонанса в распределительных устройствах 110–500 кВ с электромагнитными трансформаторами напряжения и выключателями, содержащими емкостные делители напряжения. М.: Союзтехэнерго, 1987, 36 с.
12. Лаптев О.И. Исследование эффективности антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ в электрических сетях высокого и среднего напряжений: дис. … канд. техн. наук. Новосибирск: НГТУ, 2007, 246 с.
13. Корнилов К.Е., Макаров А.В. Феррорезонансные явления в электрических сетях. – Сб. докладов научно-техн. конф. «ЭНЕРГИЯ 2012», Иваново, 2012, с. 218–221.
14. Кадомская K.П., Лаптев О.И. Антирезонансные трансформаторы напряжения. Эффективность применения. – Новости Электротехники, 2006, № 6(42).
15. Шваб А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения. М.: Энергоатомиздат, 1983, 264 с.
16. Журавлев А.А. и др. Высоковольтный резистивный делитель на базе литого микропровода в стеклянной изоляции на рабочие напряжения 6–24 кВ переменного тока промышленной частоты. – Проблемы региональной энергетики, 2008, № 3, с. 104–117.
17. Яблоков А.А. и др. Исследование теплового состояния автоматизированной точки коммерческого учета электроэнергии 6 (10) кВ. – Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2021, т. 23, № 1, с. 182–196.
18. Яблоков А.А. и др. Испытания изоляции малогабаритных высоковольтных пунктов коммерческого учета электроэнергии непосредственного включения. – Энергетик, 2022, № 5, с. 10–13.
19. Пат. RU210878U1. Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения / А.А. Яблоков, Е.Е. Готовкина, В.А. Чуманов, 2022.
20. Пат. RU210982U1. Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения / А.А. Яблоков, Е.Е. Готовкина, В.А. Чуманов, 2022.
#
1. Programma «Tsifrovaya ekonomika Rossiyskoy Federatsii» (utv. rasporyazheniem Pravitel'stva RF ot 28.07.2017 g. №1632-r) (The Program "Digital Economy of the Russian Federation" (Approved by the Decree of the Government of the Russian Federation No. 1632-r dated 28.07.2017)), 87 p.
2. Kontseptsiya «Tsifrovaya transformatsiya 2030» (The Concept of "Digital Transformation 2030"). М.: PAO «Rosseti», 2018, 31 с.
3. «Medvedevskaya» – pervaya tsifrovaya podstantsiya (Medvedevskaya – the First Digital Substation) [Electron. resource], URL https://sk.ru/news/medvedevskaya-pervaya-cifrovaya-podstanciya (Da-te of appeal 03.10.2022).
4. Tsifrovye podstantsii «Uvat» i «Desna» (Digital substations "Uvat" and "Desna") [Electron. resource], URL http://digitalsubstation.com/blog/2019/12/12/tsifrovye-podstantsii-uvat-i-desna-kratkaya-spravka-po-proektam (Date of appeal 03.10.2022).
5. Vvedena v rabotu pervaya tsifrovaya podstantsiya FSK EES … (The First Digital Substation of FGC UES Has Been Put into Operati-on …) [Electron. resource], URL http://tempfsk.host.ru/press_center/company_news/archive.php?ELEMENT_ID=226377 (Date of appeal 03.10.2022).
6. Laptev O.I., Kadomskaya K.P. Nauchnyy vestnik NGTU – in Russ. (Scientific Bulletin of NSTU), 2006, No. 4(25), pp. 167¬174.
7. Makarov A.V. Energoekspert – in Russ. (Energoexpert), 2013, No. 6, pp. 24–27.
8. Wahyudi M. et al. Application of Wavelet Cumulative Energy and Artificial Neural Network for Classification of Ferroresonance Signal During Symmetrical and Unsymmetrical Switching of Three-Phases Distribution Transformer. – International Conference on High Voltage Engineering and Power Systems, 2017, pp. 394–399, DOI:10.1109/ICHVEPS.2017.8225877.
9. Jiaxin L. et al. Discriminate Method of Power Frequency Ferroresonance in System with Non-Effectively Earthed Neutral of Three-Phase Enclosed GIS. – China International Conference on Electricity Distribution (CICED), 2018, pp. 801–805, DOI:10.1109/CICED.2018.8592605.
10. SТО 56947007-29.240.10.191-2014. Metodicheskie ukazaniya po zashchite ot rezonansnyh povysheniy napryazheniya v elektroustanov-kah 6–750 kV (Methodological Guidelines for Protection Against Resonant Voltage Increases in Electrical Installations of 6750 kV). М.: ОАО «FSK EES», 2014.
11. RD 34.20.517-87. Metodicheskie ukazaniya po predotvrashche-niyu ferrorezonansa v raspredelitel'nyh ustroystvah 110–500 kV s elektromagnitnymi transformatorami napryazheniya i vyklyuchatelyami, soderzhashchimi emkostnye deliteli napryazheniya (Methodological Guidelines for the Prevention of Ferroresonance in 110–500 kV Switchgear with Electromagnetic Voltage Transformers and Switches Containing Capacitive Voltage Dividers). М.: Soyuztekhenergo, 1987, 36 p.
12. Laptev O.I. Issledovanie effektivnosti antirezonansnyh trans-formatorov napryazheniya tipa NAMI v elektricheskih setyah vysokogo i srednego napryazheniy: dis. … kand. tekhn. nauk (Investigation of the Effectiveness of NAMI-type Antiresonance Voltage Transformers in High and Medium Voltage Electrical Networks: Dis. ... Сand. Sci. (Eng.)). Novosibirsk: NGTU, 2007, 246 p.
13. Kornilov K.E., Makarov A.V. Sb. dokladov nauchno-tekhn. konf. «ENERGIYA 2012» – in Russ. (Collection of Scientific and Technical Reports. Conf. "ENERGY 2012"), Ivanovo, 2012, pp. 218–221.
14. Kadomskaya K.P., Laptev O.I. Novosti Elektrotekhniki – in Russ. (Electrical Engineering News), 2006, No. 6(42).
15. Shvab А. Izmereniya na vysokom napryazhenii: Izmeritel'nye pribory i sposoby izmereniya (High Voltage Measurements: Measuring Instruments and Measurement Methods). М.: Energoatomizdat, 1983, 264 p.
16. Zhuravlev А.А. et al. Problemy regional'noy energetiki – in Russ. (Problems of Regional Power Engineering), 2008, No. 3, pp. 104–117.
17. Yablokov А.А. et al. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Problemy energetiki – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Power Engineering Problems), 2021, vol. 23, No. 1, pp. 182–196.
18. Yablokov А.А. et al. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2022, No. 5, pp. 10–13.
19. Pаt. RU210878U1. Vysokovol'tnyy izmeritel'nyy preobrazovatel' napryazheniya (High-Voltage Voltage Measuring Converter) / А.А. Yablokov, E.E. Gotovkina, V.A. Chumanov, 2022.
20. Pаt. RU210982U1. Vysokovol'tnyy izmeritel'nyy preobrazovatel' napryazheniya (High-Voltage Voltage Measuring Converter) / А.А. Yablokov, E.E. Gotovkina, V.A. Chumanov, 2022.
2. Концепция «Цифровая трансформация 2030». М.: ПАО «Россети», 2018, 31 с.
3. «Медведевская» – первая цифровая подстанция [Электрон. ресурс], URL https://sk.ru/news/medvedevskaya-pervaya-cifrovaya-podstanciya (дата обращения 03.10.2022).
4. Цифровые подстанции «Уват» и «Десна» [Электрон. ресурс], URL http://digitalsubstation.com/blog/2019/12/12/tsifrovye-podstantsii-uvat-i-desna-kratkaya-spravka-po-proektam (дата обращения 03.10.2022).
5. Введена в работу первая цифровая подстанция ФСК ЕЭС … [Электрон. ресурс], URL http://tempfsk.host.ru/press_center/company_news/archive.php?ELEMENT_ID=226377 (дата обращения 03.10.2022).
6. Лаптев О.И., Кадомская К.П. Исследование эффективности антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ в сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью. – Научный вестник НГТУ, 2006, № 4(25), с. 167¬174.
7. Макаров А.В. Об эффективности функционирования антирезонансных трансформаторов напряжения. – Энергоэксперт, 2013, № 6, с. 24–27.
8. Wahyudi M. et al. Application of Wavelet Cumulative Energy and Artificial Neural Network for Classification of Ferroresonance Signal During Symmetrical and Unsymmetrical Switching of Three-Phases Distribution Transformer. – International Conference on High Voltage Engineering and Power Systems, 2017, pp. 394–399, DOI:10.1109/ICHVEPS.2017.8225877.
9. Jiaxin L. et al. Discriminate Method of Power Frequency Ferroresonance in System with Non-Effectively Earthed Neutral of Three-Phase Enclosed GIS. – China International Conference on Electricity Distribution (CICED), 2018, pp. 801–805, DOI:10.1109/CICED.2018.8592605.
10. СТО 56947007-29.240.10.191-2014. Методические указания по защите от резонансных повышений напряжения в электро-установках 6–750 кВ. М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2014.
11. РД 34.20.517-87. Методические указания по предотвращению феррорезонанса в распределительных устройствах 110–500 кВ с электромагнитными трансформаторами напряжения и выключателями, содержащими емкостные делители напряжения. М.: Союзтехэнерго, 1987, 36 с.
12. Лаптев О.И. Исследование эффективности антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ в электрических сетях высокого и среднего напряжений: дис. … канд. техн. наук. Новосибирск: НГТУ, 2007, 246 с.
13. Корнилов К.Е., Макаров А.В. Феррорезонансные явления в электрических сетях. – Сб. докладов научно-техн. конф. «ЭНЕРГИЯ 2012», Иваново, 2012, с. 218–221.
14. Кадомская K.П., Лаптев О.И. Антирезонансные трансформаторы напряжения. Эффективность применения. – Новости Электротехники, 2006, № 6(42).
15. Шваб А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения. М.: Энергоатомиздат, 1983, 264 с.
16. Журавлев А.А. и др. Высоковольтный резистивный делитель на базе литого микропровода в стеклянной изоляции на рабочие напряжения 6–24 кВ переменного тока промышленной частоты. – Проблемы региональной энергетики, 2008, № 3, с. 104–117.
17. Яблоков А.А. и др. Исследование теплового состояния автоматизированной точки коммерческого учета электроэнергии 6 (10) кВ. – Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2021, т. 23, № 1, с. 182–196.
18. Яблоков А.А. и др. Испытания изоляции малогабаритных высоковольтных пунктов коммерческого учета электроэнергии непосредственного включения. – Энергетик, 2022, № 5, с. 10–13.
19. Пат. RU210878U1. Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения / А.А. Яблоков, Е.Е. Готовкина, В.А. Чуманов, 2022.
20. Пат. RU210982U1. Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения / А.А. Яблоков, Е.Е. Готовкина, В.А. Чуманов, 2022.
#
1. Programma «Tsifrovaya ekonomika Rossiyskoy Federatsii» (utv. rasporyazheniem Pravitel'stva RF ot 28.07.2017 g. №1632-r) (The Program "Digital Economy of the Russian Federation" (Approved by the Decree of the Government of the Russian Federation No. 1632-r dated 28.07.2017)), 87 p.
2. Kontseptsiya «Tsifrovaya transformatsiya 2030» (The Concept of "Digital Transformation 2030"). М.: PAO «Rosseti», 2018, 31 с.
3. «Medvedevskaya» – pervaya tsifrovaya podstantsiya (Medvedevskaya – the First Digital Substation) [Electron. resource], URL https://sk.ru/news/medvedevskaya-pervaya-cifrovaya-podstanciya (Da-te of appeal 03.10.2022).
4. Tsifrovye podstantsii «Uvat» i «Desna» (Digital substations "Uvat" and "Desna") [Electron. resource], URL http://digitalsubstation.com/blog/2019/12/12/tsifrovye-podstantsii-uvat-i-desna-kratkaya-spravka-po-proektam (Date of appeal 03.10.2022).
5. Vvedena v rabotu pervaya tsifrovaya podstantsiya FSK EES … (The First Digital Substation of FGC UES Has Been Put into Operati-on …) [Electron. resource], URL http://tempfsk.host.ru/press_center/company_news/archive.php?ELEMENT_ID=226377 (Date of appeal 03.10.2022).
6. Laptev O.I., Kadomskaya K.P. Nauchnyy vestnik NGTU – in Russ. (Scientific Bulletin of NSTU), 2006, No. 4(25), pp. 167¬174.
7. Makarov A.V. Energoekspert – in Russ. (Energoexpert), 2013, No. 6, pp. 24–27.
8. Wahyudi M. et al. Application of Wavelet Cumulative Energy and Artificial Neural Network for Classification of Ferroresonance Signal During Symmetrical and Unsymmetrical Switching of Three-Phases Distribution Transformer. – International Conference on High Voltage Engineering and Power Systems, 2017, pp. 394–399, DOI:10.1109/ICHVEPS.2017.8225877.
9. Jiaxin L. et al. Discriminate Method of Power Frequency Ferroresonance in System with Non-Effectively Earthed Neutral of Three-Phase Enclosed GIS. – China International Conference on Electricity Distribution (CICED), 2018, pp. 801–805, DOI:10.1109/CICED.2018.8592605.
10. SТО 56947007-29.240.10.191-2014. Metodicheskie ukazaniya po zashchite ot rezonansnyh povysheniy napryazheniya v elektroustanov-kah 6–750 kV (Methodological Guidelines for Protection Against Resonant Voltage Increases in Electrical Installations of 6750 kV). М.: ОАО «FSK EES», 2014.
11. RD 34.20.517-87. Metodicheskie ukazaniya po predotvrashche-niyu ferrorezonansa v raspredelitel'nyh ustroystvah 110–500 kV s elektromagnitnymi transformatorami napryazheniya i vyklyuchatelyami, soderzhashchimi emkostnye deliteli napryazheniya (Methodological Guidelines for the Prevention of Ferroresonance in 110–500 kV Switchgear with Electromagnetic Voltage Transformers and Switches Containing Capacitive Voltage Dividers). М.: Soyuztekhenergo, 1987, 36 p.
12. Laptev O.I. Issledovanie effektivnosti antirezonansnyh trans-formatorov napryazheniya tipa NAMI v elektricheskih setyah vysokogo i srednego napryazheniy: dis. … kand. tekhn. nauk (Investigation of the Effectiveness of NAMI-type Antiresonance Voltage Transformers in High and Medium Voltage Electrical Networks: Dis. ... Сand. Sci. (Eng.)). Novosibirsk: NGTU, 2007, 246 p.
13. Kornilov K.E., Makarov A.V. Sb. dokladov nauchno-tekhn. konf. «ENERGIYA 2012» – in Russ. (Collection of Scientific and Technical Reports. Conf. "ENERGY 2012"), Ivanovo, 2012, pp. 218–221.
14. Kadomskaya K.P., Laptev O.I. Novosti Elektrotekhniki – in Russ. (Electrical Engineering News), 2006, No. 6(42).
15. Shvab А. Izmereniya na vysokom napryazhenii: Izmeritel'nye pribory i sposoby izmereniya (High Voltage Measurements: Measuring Instruments and Measurement Methods). М.: Energoatomizdat, 1983, 264 p.
16. Zhuravlev А.А. et al. Problemy regional'noy energetiki – in Russ. (Problems of Regional Power Engineering), 2008, No. 3, pp. 104–117.
17. Yablokov А.А. et al. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Problemy energetiki – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Power Engineering Problems), 2021, vol. 23, No. 1, pp. 182–196.
18. Yablokov А.А. et al. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2022, No. 5, pp. 10–13.
19. Pаt. RU210878U1. Vysokovol'tnyy izmeritel'nyy preobrazovatel' napryazheniya (High-Voltage Voltage Measuring Converter) / А.А. Yablokov, E.E. Gotovkina, V.A. Chumanov, 2022.
20. Pаt. RU210982U1. Vysokovol'tnyy izmeritel'nyy preobrazovatel' napryazheniya (High-Voltage Voltage Measuring Converter) / А.А. Yablokov, E.E. Gotovkina, V.A. Chumanov, 2022.
Published
2023-04-27
Issue
Section
Article
