Consideration of Nonsinusoidal/Unbalanced Operating Conditions of a Municipal Electric Network for Calculating the Current Level through the Neutral Conductor

  • Mukhammadzhon М. KAMOLOV
  • Sagid A. АBDULKERIMOV
  • Khurshed B. NAZIROV
  • Shokhin D. DZHURAEV
  • Saidjon Т. ISMOILOV
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2021-1-35-43
Keywords: modeling, consideration, power quality, asymmetry, nonsinusoidality, electric load, higher harmonic components, neutral conductor

Abstract

During the operation of 0.4 kV electric networks, asymmetry of currents and voltages is unavoidable. As is known, unbalanced operation of 0.4 kV networks is stemming from nonuniform distribution of loads between the phases. This results in that a fundamental frequency zero-sequence current will flow through the neutral conductor in a four-wire three-phase electric network. On the other hand, during balanced operation of a four-wire electric network containing loads with a nonlinear volt-ampere characteristic, higher harmonic currents multiple to three are summed in the neutral conductor. Therefore, it is of relevance to analyze unbalanced operating conditions of a four-wire electric network containing loads with a nonlinear volt-ampere characteristic. The article presents the characteristics of a municipal load for analyzing unbalanced/nonsinusoidal conditions of its operation. For carrying out full-valued assessment of unbalanced operating conditions of a four-wire electric network, a simulation model of a 0.4 kV network section containing a nonsinusoidal load is developed. It is shown that during unbalanced operation of an electric network containing electric loads with a nonlinear volt-ampere characteristic it is recommended to take into account zero-sequence current higher harmonic components that are not multiple to three. An algorithm for calculating the neutral conductor current harmonic component for determining the cable temperature rating is developed.

Author Biographies

Mukhammadzhon М. KAMOLOV

(Tajik Technical University named after acad. M.S. Osimi, Dushanbe, Republic of Tajikistan) — assistant of the Theoretical Fundamentals of Radio and Electrical Engineering Dept., PhD Student (Eng.)

Sagid A. АBDULKERIMOV

(Brunch of National Research University «Moscow Power Engineering Institute», Dushanbe, Republic of Tajikistan) — Director, Cand. Sci. (Eng.)

Khurshed B. NAZIROV

(Brunch of National Research University «Moscow Power Engineering Institute», Dushanbe, Republic of Tajikistan) — Head of the Power Engineering Dept., Cand. Sci. (Eng.)

Shokhin D. DZHURAEV

(Tajik Technical University named after acad. M.S. Osimi, Dushanbe, Republic of Tajikistan) — Senior Lecturer of the Theoretical Fundamentals of Radio and Electrical Engineering Dept., Cand. Sci. (Eng.)

Saidjon Т. ISMOILOV

(Tajik Technical University named after acad. M.S. Osimi, Dushanbe, Republic of Tajikistan) — Head of the Theoretical Fundamentals of Radio and Electrical Engineering Dept., Cand. Sci. (Eng.)

References

1. Шведов Г.В. Электроснабжение городов: электропотреб­ление, расчетные нагрузки, распределительные сети: учебное пособие. — М.: Издательский дом МЭИ, 2012, 268 с.

2. Камолов М.М., Назиров Х.Б., Бобоев Б.А. Анализ совре­менных электроприемников с нелинейной ВАХ коммуналь­но-бытового сектора. — Modern Science, 2020, № 2-2, с. 322—325.

3. Камолов М.М., Назиров Х.Б., Исмоилов С.Т., Джураев Ш.Д., Амирханов А. С. Экспериментальная оценка качества электрической энергии современных коммунально-бытовых и офисных электроприемников. — Политехнический вестник. Серия: Инженерные исследования, 2019, № 2 (46), с. 26—33.

4. Камолов М.М., Назиров Х.Б., Махмадов Ш.С. Инстру­ментальная оценка показателей качества электроэнергии в рас­пределительной сети напряжением 0,4 кВ. — Modern Science, 2020, № 1—2, с. 286—290.

5. Агунов, А.В. Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах. СПб.: СПбГМТУ, 2009, 134 с.

6. Темербаев С.А. и др. Анализ качества электроэнергии в городских распределительных сетях 0,4 кВ. — Журнал Сибир­ского федерального университета. Серия: Техника и техноло­гии, 2013, т. 6, № 1, с. 107—120.

7. Авербух, М.А., Жилин Е.В. Влияние нелинейной и несим­метричной нагрузки на систему электроснабжения жилых мик­рорайонов. — Промышленная энергетика, 2017, № 12, с. 40—45.

8. Тульский В.Н., Джураев Ш.Д., Вал янский А.В., Султонов Ш.М. Анализ результатов моделирования распределения выс­ших гармоник тока в электрических сетях республики Таджи­кистан. — Энергетик, 2018, № 7, с. 44—50.

9. Вагин Г.Я., Севостьянов А.А., Солнцев Е.Б., Юртаев С.Н., Терентьев П.В., Смирнов В.В. Анализ влияния нелиней­ной однофазной нагрузки на значение тока в нулевом проводе. — Промышленная энергетика, 2013, № 12, с. 17—19.

10. Дед А.В., Зайцев В.Ю., Денисенко М.Ю. Несимметрич­ные режимы низковольтных электрических сетей. — Динамика систем, механизмов и машин, 2012, №. 1, с. 121—123.

11. Висящев А.Н. Качество электрической энергии и элек­тромагнитная совместимость в электрических системах: учеб­ное пос. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1997, 187 с.

12. Железко Ю.С. Научно-методические основы стратегии снижения потерь и повышения качества электроэнергии в элек­трических сетях: автореф. дисс.... докт. техн. наук. М.: 1996, 46 с.

13. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: руководство для практи­ческих расчетов. М.: ЭНАС, 2009, 456 с.

14. Левин М.С., Мурадян А.Е., Сырых Н.Н. Качество элек­трической энергии сельских районов. М.: Энергия, 1975, 224 с.

15. Майер, В.Я. Исследование влияния симметричного и несимметричного отклонения напряжения на эксплуатацион­ные характеристики асинхронного двигателя. — Промышлен­ная энергетика, 1993, № 9, с. 30—34.

16. Косоухов Ф.Д., Наумов И.В. Несимметрия напряжений и токов в сельских распределительных сетях. Иркутск: Иркут. гос. с.-х. акад., 2003, 257 с.

17. Карташев И.И., Тульский В.Н., Шаманов Р.Г., Шаров Ю.В., Насыров Р.Р. Управление качеством электроэнергии, 3-е изд. М.: Издат. дом МЭИ, 2017, 347 с.

18. Симуткин М.Г., Тульский В.Н. Методы оценки влияния гармоник тока на силовые масляные трансформаторы и кабель­ные линии. — Сб. трудов международ. научно-практ. конф. «Управление качеством электрической энергии», 26—28 ноября 2014 г., М., 2014, с. 161—169.

19. Черных И.В. Моделирование электротехнических уст­ройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2014, 288 с.

20. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах элек­троснабжения промпредприятий. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1984, 160 с.

21. Зевеке Г.В., Ионкин А.В., Нетушил А.В., Страков С.В. Основы теории цепей: Учебник для вузов, 5-е изд. М.: Энерго­атомиздат, 1989, 528 с.

22. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совмести­мость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ. 2014, 16 с.

23. Назиров Х.Б. Разработка системы управления качеством электрической энергии в электрических сетях. автореф. дисс.. канд. техн. наук. М.: НИУ «МЭИ», 2012, 20 с.

24. Алексеев Б.А. Активные фильтры высших гармоник. — Электро, 2007, №3. с. 28—32.

25. Dipak Suresh B., Kiran. P. Varade, Veeresh C. Shunt Active Filter for Power Quality Improvement. —International Journal of Engineering Research and General Science, 2015, vol. 3: Issue 4. July-August, pp. 136—148.

26. Gosbell V.J., Muttik P.K. Power quality monitoring in Australia. — CIGRE Session 2002. Paris, France, 2002, pp. 163—168.

27. Тульский В.Н., Иноятов Б.Д., Джураев Ш.Д. Монито­ринг качества электроэнергии как инструмент диагностики со­стояния нейтрали низковольтных кабелей. — Энергетик, 2019, № 6, с. 30—33.

28. Тульский В.Н., Иноятов Б.Д., Джураев Ш.Д., Рахимов Д.Б., Исмоилов С.Т. Оценка влияния несимметричной нагрузки на тепловой режим работы кабельной линии. — Политехниче­ский вестник. Серия: Инженерные исследования, 2018, № 4 (44), с. 17—23.

#

1. Shvedov G.V. Elektrosnabzheniye gorodov: elektropotrebleniye, raschetnyye nagruzki, raspredelitel’nyye seti: uchebnoye pos. (Power supply of cities: power consumption, design loads, distribution networks: a tutorial). M.: Izdatel’skiy dom MEI, 2012, 268 p.

2. Kamolov M.M., Nazirov KH.B., Boboyev B.A. Modern Science, 2020, No. 2—2, pp. 322-325.

3. Kamolov M.M., Nazirov KH.B., Ismoilov S.T., Dzhurayev Sh.D., Amirkhanov A.S. Politekhnicheskiy vestnik. Seriya: Inzhenernyye issledovaniya — in Russ. (Polytechnic Bulletin. Series: Engineering Research), 2019, No. 2 (46), pp. 26-33.

4. Kamolov M.M., Nazirov Kh.B., Makhmadov Sh.S. Modern Science), 2020, No. 1—2, pp. 286-290.

5. Agunov A.V. Upravleniye kachestvom elektroenergii pri nesinusoidal’nykh rezhimakh (Power quality management in non-sinusoidal modes). SPb.: SPbGMTU, 2009, 134 p.

6. Temerbayev S.A. i dr. Zhurnal Sibirskogo federal’nogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii — in Russ. (Journal of Siberian Federal University. Engineering and technologies), 2013, iss. 6, No. 1, pp. 107-120.

7. Averbukh M.A., Zhilin Ye.V. Promyshlennaya energetika — in Russ. (Industrial Energy), 2017, No. 12, pp. 40-45.

8. Tul’skiy V.N., Dzhurayev Sh.D., Valyanskiy A.V., Sultonov Sh.M. Energetik — in Russ. (Energetik), 2018, No. 7, pp. 44-50.

9. Vagin G.Ya., Sevost’yanov A.A., Solntsev Ye.B., Yurtayev S.N., Terent’yev P.V., Smirnov V.V. Promyshlennaya energetika — in Russ. (Industrial Energy), 2013, No. 12, pp. 17-19.

10. Ded A.V., Zaytsev V.Yu., Denisenko M.Yu. Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin— in Russ. (Dynamics of systems, mechanisms and machines), 2012, No. 1, pp. 121-123.

11. Visyashchev A.N. Kachestvo elektricheskoy energii i elektromagnitnaya sovmestimost’ v elektricheskikh sistemakh: uchebnoye posobiye (The quality of electrical energy and electromagnetic compatibility in electrical systems: a tutorial). Irkutsk: Izd-vo IrGTU, 1997, 187 p.

12. Zhelezko Yu.S. Nauchno-metodicheskiye osnovy strategii snizheniya poter’ i povysheniya kachestva elektroenergii v elektricheskikh setyakh: avtoref. dis. ... Dr. Sci. (Eng.)). M.: 1996, 46 P-

13. Zhelezko Yu.S. Poteri elektroenergii. Reaktivnaya moshchnost’. Kachestvo elektroenergii: rukovodstvo dlya prakticheskikh raschetov (Loss of electricity. Reactive power. Power quality: a guide for practical calculations). M.: ENAS, 2009, 456 p.

14. Levin M.S., Muradyan A.Ye., Syrykh N.N. Kachestvo elektricheskoy energii sel’skikh rayonov (Rural electricity quality). M.: Energiya, 1975, 224 p.

15. Mayyer, V.Ya. Promyshlennaya energetika — in Russ. (Industrial Energy), 1993, No. 9, pp. 30—34.

16. Kosoukhov F.D., Naumov I.V. Nesimmetriya napryazheniy i tokov v sel’skikh raspredelitel’nykh setyakh (Unbalance of voltages and currents in rural distribution networks). Irkutsk: Irkut. gos. s.-kh. akad., 2003, 257 p.

17. Kartashev I.I., Tul’skiy V.N., Shamanov R.G., Sharov Yu.V., Nasyrov R.R. Upravleniye kachestvom elektroenergii, 3-ye izd. (Power Quality Management, 3rd ed.). M.: Izdatel’skiy dom MEI, 2017, 347 p.

18. Simutkin M.G., Tul’skiy V.N. Metody otsenki vliyaniya garmonik toka na silovyye maslyanyye transformatory i kabel’nyye linii. — Sbornik trudov mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Upravleniye kachestvom elektricheskoy energii», 26—28 noyabrya 2014 g. (Methods for assessing the influence of current harmonics on power oil transformers and cable lines. — Proceedings of the international scientific-practical conference «Electricity quality management», November 26—28, 2014, Moskva, 2014, pp. 161-169.

19. Chernykh I.V. Modelirovaniye elektrotekhnicheskikh ustroystv v MATLAB, SimPowerSystems i Simulink (Simulation of electrical devices in MATLAB, SimPowerSystems and Simulink). M.: DMK Press, 2014, 288 p.

20. Zhezhelenko I.V. Vysshiye garmoniki v sistemakh elektrosnabzheniya prompredpriyatiy. 2-ye izd. (Higher harmonics in power supply systems of industrial enterprises. 2nd ed.). M.: Energoatomizdat, 1984, 160 p.

21. Zeveke G.V., Ionkin A.V., Netushil A.V., Strakov S.V. Osnovy teorii tsepey: Uchebnik dlya vuzov, 5-ye izd. (Fundamentals of circuit theory: Textbook for universities, 5th ed.). M.: Energoatomizdat, 1989, 528 p.

22. GOST 32144-2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost’ tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elektricheskoy energii v sistemakh elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya (Electrical energy. Electromagnetic compatibility of technical means. Electricity quality standards in general-purpose power supply systems). M.: Standartinform, 2014, 16 p.

23. Nazirov Kh.B. Razrabotka sistemy upravleniya kachestvom elektricheskoy energii v elektricheskikh setyakh: avtoref. dis kand. tekhn. nauk (Development of a quality management system for electrical energy in electrical networks: author. dis. ... Cand. Sci. (Ing)). M.: NRU «MEI», 2012, 20 р.

24. Alekseyev B.A. Elektro — in Russ. (Electro), 2007, No. 3, pp. 28-32.

25. Dipak Suresh B., Kiran. P. Varade, Veeresh C. Shunt Active Filter for Power Quality Improvement. — International Journal of Engineering Research and General Science, 2015, vol. 3: Issue 4, July—August, pp. 136—148.

26. Gosbell V.J., Muttik P.K. Power quality monitoring in Australia. — CIGRE Session 2002. Paris, France, 2002, pp. 163—168.

27. Tul’skiy V.N., Inoyatov B.D., Dzhurayev Sh.D. Energetik — in Russ. (Energetik), 2019, No. 6, pp. 30—33.

28. Tul’skiy V.N., Inoyatov B.D., Dzhurayev Sh.D., Rakhimov D. B., Ismoilov S.T. Politekhnicheskiy vestnik. Seriya: Inzhenernyye issledovaniya — in Russ. (The Polytechnic Herald. Series: Engineering Research), 2018, No. 4 (44), pp. 17—23.

Published
2020-10-05
Issue
No 1 (2021): Issue № 1
Section
Article