Refinement of the mathematical model of frequency converter cable branch with a single­phase short circuit

Abstract

Уточнена математична модель кабельного відгалуження перетворювача частоти у складі електромережі дільниці шахти при однофазному замиканні на землю. Модель враховує дискретний характер вихідної напруги та інерційність комутації силових ключів інвертора напруги у складі перетворювача. Запропонована методика формування математичної моделі кабельної лінії з розподіленими параметрами як сукупності диференційних рівнянь стану та алгебраїчних рівнянь зв'язку у матричній формі. При цьому кабель розбивається на трифазні елементарні секції, для сукупності типових схем заміщення яких будується граф, розраховуються матриця головних перетинів та матричні коефіцієнти рівнянь. Розв'язання останніх виконується чисельними методами. Це дозволяє врахувати хвильові процеси в кабелі при дії високочастотної широтно-імпульсно модульованої вихідної напруги перетворювача частоти. Також враховується несиметрія активних опорів ізоляції відносно землі, що супроводжує замикання на землю. Застосування матрично-топологічного підходу дозволяє уникнути операцій з частинними похідними по геометричним координатам кабелю. Актуальність досліджень обумовлена нехтуванням у відомих моделях суттєвими факторами, що знижує точність аналізу. Зокрема, не беруться до уваги вплив на миттєві значення струму замикання дискретного характеру напруги на виході перетворювача частоти, розподілений характер параметрів ізоляції кабельної лінії та поперечна несиметрія в аварійному режимі. В результаті чисельного моделювання для конкретної мережі встановлено, що виникнення замикання на землю через тіло людини в кабельному відгалуженні перетворювача частоти характеризується неприпустимо великою імовірністю смертельного електроураження. Обґрунтовано спосіб контролю активного опору ізоляції відгалуження електричної мережі з напівпровідниковим перетворювачем частоти. Реалізація способу дозволить підвищити електробезпеку підземних електричних мереж за рахунок своєчасного виявлення ушкодження ізоляції кабельного відгалуження перетворювача частоти і передачі сигналу на відключення напруги Ключові слова: перетворювач частоти, замикання на землю, автономний інвертор, змінні стану, електроураження

Distributed Generation on Phase-to-Phase Short Circuit Protection in Distribution Network

“…If a fault occurs at point K1, the protection strategy should immediately disconnect the QF1 configured with automatic reclosing, and reclose the automatic reclosing once, if the reclosing is successful, the system will run normally; The circuit breakers QF1 and QF2 should selectively trip the circuit breaker body step by step. In this way, the protection device does not selectively remove the fault first, and then uses the automatic reclosing to cooperate with this mode without selective action, which is called the front acceleration mode [17][18]. In this way, the faults of the lines at all levels can be quickly removed, and the permanent fault lines can be selectively tripped after the automatic reclosing action.…”

Mathematical Modeling of Current Leakage in the Combined Power Network of a Mine

“…1) takes into account the resistances (Rcζj) and inductances (Lcζj) of the conductors, as well as the resistances (Rgζj) and capacitances (Cgζj) of the cable section insulation, and ζ={a, b, c} is the phase designation. The given equivalent circuit allows to investigate the mode of single-phase current leakage at a certain point of cable by reducing the insulation resistance of the corresponding section [6]. The node numbers of the circuit are set in accordance with the section number j.…”