Экспериментальные исследования аварийных режимов в судовых системах электроснабжения
д.т.н. Попов М.Г. (1), Григорьев В.В. (1), Зыков В.E. (2) - 1) Высшая школа высоковольтной энергетики Института Энергетики Санкт-Петербургского Политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), г. Санкт-Петербург, Россия, 2) Вятский государственный университет, г. Киров, Россия.

Аннотация: в статье изложены особенности проведения и результаты натурных экспериментов однофазных замыканий в электросети 6,3 кВ и междуфазных коротких замыканий (КЗ) на присоединениях главного распределительного щита (ГРЩ) 0,4 кВ типовой судовой системы электроснабжения. Выполнен обзор структурных особенностей типовой судовой системы электроснабжения с дизель-генераторами и режимов работы нейтрали силового оборудования 6/0,4 кВ. Указаны основные характеристики резистора, установленного в нейтрали нейтралеобразующего трансформатора, и другого силового электрооборудования, влияющие на выбор параметров срабатывания защит от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ). Приведены цифровые осциллограммы, полученные в результате натурных испытаний устройств релейной защиты и автоматики электрооборудования генераторного распределительного устройства (ГРУ) 6,3 кВ и ГРЩ 0,4 кВ. Оценка быстродействия защит от междуфазных КЗ производилась экспериментально для традиционных и быстродействующих токоограничивающих автоматических выключателей 0,4 кВ. Показано, что применение традиционных автоматических выключателей
0,4 кВ позволяет обеспечить требуемое быстродействие защит для сохранения динамической устойчивости дизель-генераторов соизмеримой мощности. При анализе полученных результатов экспериментальных исследований выявлены особенности режимов работы электрооборудования и его средств защиты и автоматики. Даны рекомендации по проведению аналогичных экспериментов для оценки чувствительности и быстродействия защит судовых систем электроснабжения.

Ключевые слова: судовая система электроснабжения, дизель-генераторы, щит заземления нейтрали, резистивно-заземленная нейтраль, натурное воспроизведение аварийных режимов, проверка и обеспечение селективности, чувствительности и быстродействия защит, динамическая устойчивость дизель-генераторов соизмеримой мощности.

Experimental studies of emergency modes in marine power supply systems
D.Sc. Popov M.G. (1), Grigorev V.V. (1), Zykov V.E. (2) - 1) The Institute of Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia, 2) The Vyatka State University, Kirov, Russia.

Abstract: this article presents the specifics of the procedure and the results of field experiments involving single-phase faults in a 6,3 kV electrical network and phase-to-phase short circuits on the connections of a 0,4 kV main switchboard in a typical shipboard power system. It provides an overview of the structural features of a typical shipboard power system with diesel generators and the neutral grounding modes of the 6/0,4 kV power equipment. The key characteristics of the resistor installed in the neutral of the earthing transformer and other power electrical equipment, which influence the selection of tripping parameters for earth fault protection are specified. Digital oscillograms obtained from field tests of relay protection and automation devices in the electrical equipment of the 6,3 kV main switchboard and the 0,4 kV main switchboard are presented. The response time of phase-to-phase short-circuit protection was assessed experimentally for two typical types of 0,4 kV circuit breakers, both traditional and high-speed current-limiting. It was demonstrated that the use of traditional 0,4 kV circuit breakers ensures the required protection response time to maintain the dynamic stability of diesel generators of comparable power. Analysis of the experimental results revealed specific operating modes of the electrical equipment and its protection and automation systems. Recommendations are provided for conducting similar experiments to assess the sensitivity and response time of protection systems in marine power supply systems.

Keywords: marine power supply system, diesel generators, neutral grounding cabinet, resistively grounded neutral, physical reproduction of fault conditions, testing and ensuring selectivity, sensitivity and response time of protection, dynamic stability of diesel generators of comparable power.

Определение перемежающихся замыканий на землю в распределительной сети с изолированной нейтралью с применением методов машинного обучения
д.т.н. Лачугин В.Ф. (1,2), к.т.н. Темкина Р.В. (1), к.т.н. Климова Т.Г. (1), Соловьев В.А. (1), Хижняк К.И. (1) - 1) Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2) Всероссийский институт научно-технической информации (ВИНИТИ) РАН, г. Москва, Россия.

Аннотация: рассматривается задача определения перемежающихся однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью. Предлагается подход, основанный на использовании методов машинного обучения, в частности LSTM-сети (Long Short-Term Memory), для распознавания сложных временных закономерностей изменения токов и напряжений при перемежающихся ОЗЗ. Разработана модель электрической сети, предназначенная для создания осциллограмм перемежающихся ОЗЗ с вариативностью параметров режима сети для обучения модели искусственного интеллекта. Представлена структура интеллектуальной системы определения перемежающихся ОЗЗ. Результаты моделирования и опыта эксплуатации подтверждают эффективность предложенного алгоритма.

Ключевые слова: однофазное замыкание на землю, машинное обучение, LSTM, релейная защита, интеллектуальная система, MATLAB/Simulink, искусственный интеллект.

A intermittent single-phase-to-ground fault detection in low current grounding system based on machine learning methods
D.Sc. Lachugin V.F. (1,2), Ph.D. Temkina R.V. (1), Ph.D. Klimova T.G. (1), Solovyov V.A. (1), Khizhnyak K.I. (1) - 1) National Research University MPEI», 2) All-Russian Institute for Scientific and Technical Information, Moscow, Russia.

Abstract: the problem of detecting intermittent single-phase earth faults (SEF) in 6-10 kV networks with isolated neutral is considered. An approach based on the use of machine learning methods, in particular, LSTM-network (Long Short-Term Memory), is proposed for recognizing complex temporal patterns of current and voltage changes during intermittent SEF. The SEF process and its detection by existing relay protection and automation (RPA) algorithms are studied in order to determine the most effective information parameters of intermittent SEF. A model of an electric network has been developed to create oscillograms of intermittent SEF with variability of network mode parameters for training an artificial intelligence model. The structure of an intelligent system for detecting intermittent SEF is presented. The results of modeling and operating experience confirm the effectiveness of the proposed algorithm.

Keywords: single-phase-to-ground fault, machine learning, LSTM, relay protection, intelligent system, MATLAB/Simulink, artificial intelligence.

О требованиях к трансформаторам тока для быстродействующих устройств релейной защиты при синусоидальном первичном токе
д.т.н. Кужеков С.Л. (1), к.т.н. Дегтярев А.А. (1), к.т.н. Дони Н.А. (2), к.т.н. Шурупов А.А. (2), к.т.н. Засыпкин А.С. (3) - 1)ООО НПФ «Квазар», г. Новочеркасск, Россия, 2) ООО НПП «ЭКРА», г. Чебоксары, Россия, 3) Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.

Аннотация: в настоящее время в проектах релейной защиты производится проверка соответствия трансформаторов тока (ТТ) условиям функционирования быстродействующих микропроцессорных устройств релейной защиты (УРЗ) при синусоидальном первичном токе. При такой проверке не учитываются начальная фаза периодической составляющей тока в момент возникновения короткого замыкания (КЗ), модуль и знак остаточной магнитной индукции в сердечнике ТТ и режим неуспешного автоматического повторного включения (АПВ). В связи с отмеченными случаями неправильных действий УРЗ производителям предписано указывать в технической документации своих изделий значения минимально необходимого времени достоверного измерения вторичного тока ТТ в переходном токе КЗ (tрз) с наличием в нём апериодической составляющей. Проверка по tрз позволяет в полной мере учесть вышеуказанные факторы, а также влияние специальных алгоритмов функционирования УРЗ. Необходимость выполнения проверки по синусоидальному току требует пересмотра, так как в переходном режиме с наличием в токе апериодической составляющей ТТ находятся в более тяжёлых условиях и их погрешности могут быть значительно выше.

Ключевые слова: релейная защита, трансформаторы тока, проверка ТТ по синусоидальному току, переходный режим, апериодическая составляющая тока КЗ, минимально необходимое время достоверного измерения тока.

Requirements for current transformers for high-speed relay protection devices in modes with sinusoidal primary current
D.Sc. Kuzhekov S.L.1, Ph.D. Degtyarev A.A.1, Ph.D. Doni N.A.2, Ph.D. Shurupov A.A.2, Ph.D. Zasypkin A.S.3 - 1) NPF Kvazar, Novocherkassk, Russia, 2)EKRA RPE Ltd. Cheboksary, Russia, 3) Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.

Abstract: currently, relay protection projects involve checking the compliance of current transformers (CT) with the operating conditions of high-speed microprocessor-based relay protection devices (RPD) at sinusoidal primary current. This check does not account for the initial phase of the current’s periodic component at the moment of the short circuit, the modulus and sign of the residual magnetic induction in the CT core, or the unsuccessful automatic reclosing mode. In connection with the noted cases of incorrect actions by RPD, manufacturers are required to indicate in the technical documentation for their products the minimum time for reliable measurement of CT’s secondary current in the transient short-circuit current (tRP) with the presence of an aperiodic component in it. The tRP check allows considering the above factors in full, as well as the influence of special algorithms of the RPD functioning. The necessity of carrying out a sinusoidal current check needs to be reviewed, since in transient mode with an aperiodic component in the current, CTs are subject to more severe conditions and their errors can be significantly higher.

Keywords: relay protection, current transformers, CT testing using sinusoidal current, transient mode, aperiodic component of short-circuit current, minimum time of reliable measurement of CT secondary current.

О возможности применения трансформаторов отбора мощности для интеграции локальных энергорайонов с гибридными энергетическими комплексами на основе возобновляемых источников энергии
д.т.н. Илюшин П.В. (1), к.т.н. Носиров И.С. (2), к.т.н. Махсумов И.Б. (2) - 1) Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН), г. Москва, Россия, 2) Институт энергетики Таджикистана, Республика Таджикистан.

Аннотация: трансформаторы отбора мощности (ТОМ) применяются для отбора мощности от воздушных линий электропередачи (ЛЭП) напряжением 35-500 кВ для электроснабжения потребителей малой мощности, когда строительство высоковольтных подстанций неэффективно. Представлен обзор литературы, информации о реализованных проектах, а также сравнительный анализ типовой схемы электроснабжения и схемы с ТОМ. Показано, что применение ТОМ эффективно для питания собственных нужд электростанций и подстанций, электрификации удаленных и труднодоступных территорий, временного электроснабжения строительных площадок, подключения электрозарядной инфраструктуры электротранспорта и др. Рассмотрены особенности конструкции, основные преимущества и возможности применения ТОМ для интеграции локальных энергорайонов с гибридными энергетическими комплексами (ГЭК) на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Выявлены проблемные вопросы, связанные с влиянием перенапряжений, наличием эксплуатационных ограничений и недостаточностью нормативно-технических документов по применению ТОМ. Рассмотрены перспективные направления исследований в области организации защиты ТОМ, выбора уставок устройств релейной защиты и автоматики воздушных ЛЭП при подключении групп ТОМ, по разработке нормативно-технических документов и развитию стандартизации с целью расширения областей применения ТОМ.

Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, трансформатор отбора мощности, удаленные и труднодоступные территории, гибридные энергетические комплексы, возобновляемые источники энергии, релейная защита и автоматика.

On the possibility of using power take-off transformers for the integration of local energy districts with hybrid energy complexes based on renewable energy sources
D.Sc. Ilyushin P.V. (1), Ph.D. Nosirov I.S. (2), Ph.D. Makhsumov I.B. (2) - 1) Energy Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, 2) Tajik Power Engineering Institute, Republic of Tajikistan.

Abstract: power take-off transformers (PTOT) are used to take power from overhead power transmission lines (PTL) with a voltage of 35-500 kV for power supply to low-power consumers when the construction of high-voltage substations is inefficient. A review of the literature, information on implemented projects, as well as a comparative analysis of a typical power supply scheme and a scheme with a volume are presented. It is shown that the use of PTOTs is effective for powering own needs of power plants and substations, electrification of remote and hard-to-reach territories, temporary power supply of construction sites, connection of electric charging infrastructure of electric transport, etc. The design features, main advantages and possibilities of using PTOTs for the integration of local energy districts with hybrid energy complexes (HEC) based on renewable energy sources (RES) are considered. Problematic issues related to the effects of overvoltage, the presence of operational limitations and the insufficiency of regulatory and technical documents on the use of PTOTs have been identified. Promising areas of research and development related to the organization of PTOTs protection, the choice of settings for relay protection devices and automation of overhead PTLs when connecting PTOTs groups, the development of regulatory and technical documents and the development of standardization in order to expand the scope of PTOTs applications are presented.

Keywords: overhead power transmission line, power take-off transformer, remote and hard-to-reach areas, hybrid energy complexes, renewable energy sources, relay protection and automation.

Анализ методов расчета электромагнитных полей при поверочном расчете электромеханических устройств
Захаров В.А. (1,2), к.т.н. Руссова Н.В. (1) - 1) ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2) АО «ЧЭАЗ», г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: в статье проводится обзор существующих методов расчета электромагнитных полей электромеханических устройств. Рассмотрены математические модели сеточных алгоритмов, в частности методы конечных элементов, конечных разностей и граничных элементов. Уделено внимание аспектам применения интегральных методов для моделирования физических полей электрических аппаратов. Отмечены преимущества и недостатки этих подходов к решению задачи расчета электромагнитных полей.

Ключевые слова: магнитная система, электромагнитное поле, электромеханические устройства, метод конечных разностей, метод конечных элементов, метод граничных элементов, пространственные интегральные уравнения, FEMM, ELCUT.

Analysis of methods for calculation of electromagnetic fields in verification calculation of electromechanical devices
Zakharov V.A. (1,2), Ph.D. Russova N.V. (1) - 1) Chuvash State University, 2) CHEAZ Ltd., Cheboksary, Russia.

Abstract: this article provides a review of existing methods for calculating electromagnetic fields in electromechanical devices. It examines mathematical models of mesh algorithms, particularly finite element, finite difference, and boundary element methods. Attention is paid to the application of integral methods for modeling the physical fields of electrical devices. The advantages and disadvantages of these approaches to solving the problem of calculating electromagnetic fields are highlighted.

Keywords: magnetic system, electromagnetic field, electromechanical devices, finite difference method, finite element method, boundary element method, spatial integral equations, FEMM, ELCUT.

Методика проектирования электротехнического комплекса летательного аппарата с учетом влияния электромагнитных помех
Мингазов А.Л., к.т.н. Федоров Е.Ю. - Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ (КНИТУ-КАИ), г. Казань, Россия.

Аннотация: проектирование электротехнического комплекса (ЭТК) летательного аппарата (ЛА) является сложной многоитерационной задачей. В силу увеличения электрификации авиационной техники при проектировании необходимо учитывать влияние электромагнитных помех на бортовое оборудование. Основными целями данной статьи является разработка логической схемы проектирования ЭТК ЛА с учетом электромагнитной совместимости (ЭМС) всех устройств. Также немаловажно описать математические модели схем и монтажного пространства самолета. Помимо этого, для более точного создания методики проектирования, необходимо решить задачу топологического синтеза ЭТК ЛА по описанным математическим моделям объекта и по итогу достижения всех целей составить методику проектирования ЭТК ЛА с учетом ЭМС. При решении поставленных задач применялся графовый метод моделирования. По итогу решения задач, поставленных в данной статье, были описаны математические модели схем и монтажного пространства, представленные в виде неориентированного взвешенного графа, логическая схема проектирования ЭТК ЛА с учетом ЭМС всех устройств. Была решена задача топологического синтеза ЭТК ЛА по описанным математическим моделям объекта и составлена методика проектирования ЭТК ЛА с учетом ЭМС. В ходе исследования была разработана совокупность математических моделей монтажного пространства самолета, предназначенная для решения задач проектирования внешнего монтажа на различных стадиях проектирования. Также была решена задача распределения выходов электрических цепей по клеммам с целью максимального удовлетворения требований ЭМС, учета числа каналов и функционального назначения цепей.

Ключевые слова: электротехнический комплекс, электромагнитная совместимость, летательный аппарат, зона экранирования, граф, фюзеляж, шпангоут.

The methodology of designing the electrical complex of an aircraft, taking into account the influence of electromagnetic interference
Mingazov A.L., Ph.D. Fedorov E.Y. - Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAI, Kazan, Russia.

Abstract: designing the electrical complex of an aircraft is a complex multi-iterative task. Also, due to the increasing electrification of aviation equipment, the influence of electromagnetic interference on on-board equipment must be taken into account when designing. The main objectives of this article are to develop a logical design scheme for the electrical engineering complex of an aircraft, taking into account the electromagnetic compatibility of all devices. It is also important to describe the mathematical models of the circuits and mounting space of the aircraft. In addition, in order to create a more accurate design methodology, it is necessary to solve the problem of topological synthesis of the aircraft’s electrical engineering complex according to the described mathematical models of the object and, upon achieving all goals, to develop a methodology for designing the aircraft’s electrical engineering complex, taking into account electromagnetic compatibility. Graph modeling method was used to solve the tasks. As a result of solving the tasks set in this paper, mathematical models of circuits and mounting space were described, presented in the form of an undirected weighted graph, a logical design scheme for the electrical complex of an aircraft, taking into account the electromagnetic compatibility of all devices. The problem of topological synthesis of the electrical complex of an aircraft was solved according to the described mathematical models of the object and a methodology for designing the electrical complex of an aircraft was compiled taking into account electromagnetic compatibility. In the course of the research, a set of mathematical models of the aircraft mounting space was developed, designed to solve the problems of designing external mounting at various design stages. Also, during the research, the problem of distributing the outputs of electrical circuits across terminals was solved in order to maximize the requirements of electromagnetic compatibility, taking into account the number of channels and the functional purpose of the circuits.

Keywords: electrical engineering complex, electromagnetic compatibility, aircraft, shielding zone, graph, fuselage, frame.