A simplified model of a current transformer for studying relay protection operation in transient conditions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

We develop a simplified model of a current transformer based on its current-voltage characteristic. This model is applicable for studying relay protection operation in transient conditions when no high accuracy or consideration of current transformer magnet core hysteresis is required. The model was developed in MATLAB Simulink using elements of the SimPowerSystems and Simscape libraries. The model uses the transformation ratio and current-voltage characteristic obtained during operational tests of a current transformer. Calculation experiments with non-linear resistance found that a currentvoltage characteristic of voltage and current values can be used to model a current transformer, rather than instantaneous values. The following conditions were simulated: for nominal currents in current transformer windings to check the transformation ratio; for opened secondary winding; with current transformer saturation by increasing secondary loading; increasing the primary current ratio and presence of aperiodic current at the start of the transition process. It was found that the developed current transformer model allows for a correct imitation of all the above conditions. To verify the model, secondary current oscillograms were obtained using real current transformers 10 kV at known primary current, which were compared with nominal oscillograms in the model. The discrepancy between the results of calculational and real experiments was no more than 10% in amplitude values, with high-quality matching obtained for current charts in the model and real current transformers. A significant advantage of the developed model is that its setting requires no information on magnet core cross-section, power line length, steel grade, and the number of current transformer winding turns.

About the authors

T. S. Mukhametgaleeva

Irkutsk National Research Technical University

Email: tatiana_m98@mail.ru

D. S. Fedosov

Irkutsk National Research Technical University

Email: fedosov_ds@istu.edu

References

  1. Илюшин П.В., Небера А.А., Федоров О.А. Перспективы развития и инструменты автоматизации задач эксплуатации устройств РЗА // Релейная защита и автоматизация. 2017. № 2. С. 28–37.
  2. Долбилова Е.Г., Наконечный М.В. Основные направления развития систем релейной защиты и автоматики, проблемы и недостатки в микропроцессорной защите // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2012. Т. 1. С. 101–105.
  3. Одинаев И.Н., Мурзин П.В., Паздерин А.В., Тащилин В.А., Шукало А. Анализ математических методов снижения погрешности трансформатора тока в режиме насыщения // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 2. С. 11–18. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2020-2(47)-11-18
  4. Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Чередниченко К.В. Об обеспечении необходимой точности работы защитных трансформаторов тока в переходных режимах // Электрические станции. 2015. № 5. С. 53–60.
  5. Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Дони Н.А., Шурупов А.А., Петров А.А., Костарев Л.Н.. Анализ неселективных действий дифференциальных защит сборных шин при внешних однофазных коротких замыканиях с насыщением трансформатора тока в неповрежденной фазе // Релейная защита и автоматизация. 2019. № 1. С. 28–36.
  6. Hunt R., Schaefer J., Bentert B. Practical experience in setting transformer differential inrush restraint // 61st Annual Conference for Protective Relay Engineers (TX, 1–3 April 2008). TX: IEEE, 2008. P. 118–141. https://doi.org/10.1109/CPRE.2008.4515051
  7. Gorji R.T., Hosseini S.M., Abdoos A.A., Ebadi A. A hybrid intelligent method for compensation of current transformers saturation based on PSO-SVR // Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science. 2021. Vol. 65. No. 1. P. 53–61. https://doi.org/10.3311/PPee.16248
  8. Zheng Yuping, Wu Tonghua, Hong Feng, Yao Gang, Chai Jimin, Wei Zhinong. Transmission line distance protection under current transformer saturation // Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2021. Vol. 9. Iss. 1. P. 68–76.
  9. https://doi.org/10.35833/MPCE.2019.000095
  10. Zaytseva N., Fedosov D. Development of an algorithm for improving the reliability of digital differential protection in transient modes // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon) (Chelyabinsk, 22– 24 September 2020). Chelyabinsk: IEEE, 2020. P. 195– 199. https://doi.org/10.1109/UralCon49858.2020.9216232
  11. Новаш И.В., Румянцев Ю.В. Реализация математической модели трехфазной группы трансформаторов тока в системе динамического моделирования // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2014. № 3. С. 19–28.
  12. Миронюк Н.Е., Соболев А.С., Пудов В.И. Расчетная модель для оценки характеристик электромагнитных трансформаторов тока // Электричество. 2016. № 2. С. 19–28.
  13. Kasztenny B., Mazereeuw J., DoCarmo H. CT saturation in industrial applications - analysis and application guidelines // 60th Annual Conference for Protective Relay Engineers (Texas, 27–29 March 2007). Texas: IEEE, 2008. P. 418–425. https://doi.org/10.1049/cp:20080074
  14. Новожилов М.А., Пионкевич В.А. Разработка и исследование математических моделей трехфазных мостовых выпрямителей и инверторов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. Т. 23. № 3. С. 553–574. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2019-3-553-574
  15. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В., Полячкова М.А. Применение газотурбинной установки с прогностическими регуляторами в изолированной системе электроснабжения с асинхронной нагрузкой // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 1. С. 48–54. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2021-1-48-54
  16. Новаш И.В., Румянцев Ю.В. Упрощенная модель трехфазной группы трансформаторов тока в системе динамического моделирования // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика. 2015. № 5. С. 23–38.
  17. Тихонов А.И., Каржевин А.А., Подобный А.В., Дрязгов Д.Е. Разработка и исследование динамической модели однофазного трансформатора с сердечником из аморфной стали // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2019. Вып. 2. С. 43–51. https://doi.org/10.17588/2072-2672.2019.2.043-051
  18. Etingov D.A., Fedosov D.S. Development of restraint algorithm for improvement of reliability of transformer differential protection during external short circuits // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon) (Chelyabinsk, 1–3 October 2019). Chelyabinsk: IEEE, 2019. P. 388–393. https://doi.org/10.1109/URALCON.2019.8877653
  19. Этингов Д.А., Федосов Д.С. Применение дифференциально-фазного принципа для повышения надежности дифференциальной защиты трансформатора // Электроэнергетика глазами молодежи – 2019: матер. юбилейной Х Междунар. науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 16–20 сентября 2019 г). Иркутск: Изд-во ИРГТУ, 2019. С. 79–82.
  20. Мазалева Н.Н., Горбенко Ю.М. Схемы замещения трансформаторов тока и трансреакторов // Вологдинские чтения. 2002. № 28. С. 15–17.
  21. Tokić A., Milardić V., Kasumović M., Demirović D. Conversion of RMS into instantaneous transformer saturation characteristics – implementation in MATLAB/ SPS-ST // International Review of Electrical Engineering. 2019. Vol. 14. No. 5. Р. 367–374. https://doi.org/10.15866/iree.v14i5.17298
  22. Кухарчук А.В., Живых А.А. Использование формата COMTRADE при анализе работы моделей MATLAB Simulink // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. 2018. Т. 1. С. 141–145.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).