Intermittent earth fault function in electric distribution systems: significance, working principle, and application potential

Abstract

This article comprehensively explains the significance and operational principles of the intermittent earth-fault protection function in electricity distribution systems. The intermittent earth-fault protection is a crucial safety feature employed to control and mitigate underground cable faults within distribution networks. These faults pose serious threats to the security and stability of the electricity distribution systems. The article provides a detailed description of the fundamental concept and working principles behind the intermittent earth-fault protection. It also discusses the relevant protection relays and parameter settings. Additionally, the article highlights the experimental validation of the intermittent earth-fault protection and its potential application in Turkey's distribution systems. The study emphasizes the benefits of integrating the intermittent earth-fault protection function for electricity distribution companies and engineering teams. This function ensures intermittent energy supply, enhances the efficiency of businesses and households, and prevents material damages. In conclusion, the article underscores the importance of the intermittent earth-fault protection function concerning safety and performance, while encouraging its widespread implementation in Turkey. By raising awareness among electricity distribution operators and overcoming technical challenges, the aim is to foster the development of more reliable and sustainable energy distribution systems.

Keywords

• Intermittent earth
• Distribution system
• Underground cable

Elektrik dağıtım sistemlerinde kesintili toprak fonksiyonu: önemi, çalışma mantığı ve uygulama potansiyeli

Öz

Makale, elektrik dağıtım sistemlerindeki kesintili toprak fonksiyonunun önemini ve çalışma mantığını detaylı bir şekilde açıklamaktadır. Kesintili toprak fonksiyonu, dağıtım ağlarında meydana gelen yer altı kablosu arızalarının kontrol altında tutulması için kullanılan bir koruma fonksiyonudur. Bu arızalar, elektrik dağıtım sistemlerinin güvenliği ve kararlılığı için ciddi bir tehdit oluşturur. Makalede, kesintili toprak korumanın temel mantığı ve çalışma prensipleri ayrıntılı olarak açıklanmıştır. İlgili koruma röleleri ve parametre ayarları da ele alınmıştır. Ayrıca, kesintili toprak korumanın deneylerle kanıtlanabilirliğine ve Türkiye'de dağıtım sistemlerindeki potansiyel uygulama alanına da değinilmiştir. Çalışma, elektrik dağıtım şirketleri ve mühendislik ekipleri için kesintili toprak fonksiyonunu entegre etmenin faydalarını vurgulamaktadır. Bu fonksiyon sayesinde enerji devamlılığı sağlanır, işletmelerin ve hanelerin verimliliği artar ve maddi hasarlar önlenir. Sonuç olarak, makale, kesintili toprak fonksiyonunun güvenlik ve performans açısından önemine vurgu yapmakta ve Türkiye'de daha yaygın bir şekilde uygulanmasını teşvik etmektedir. Elektrik dağıtım sektörü işletmecilerinin bu konuda farkındalığının artırılması ve teknik zorlukların aşılmasıyla, daha güvenilir ve sürdürülebilir enerji hedeflenmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Kesintili toprak
• Dağıtım sistemi
• Yer altı kablosu

Kaynakça

1. [1] Stipetic N, Filipovic-Grcic B, Ziger I. "LF signal injection for earth-fault localization in unearthed distribution network". Electric Power Systems Research, 220, 1-8, 2023.
2. [2] Li S, Xue Y, Feng G, Xu B. "Simulation analysis of intermittent arc grounding fault applying with improved cybernetic arc model". The Journal of Engineering, 2019(16), 3196-3201, 2019.
3. [3] Alamuti MM, Nouri H, Ciric RM, Terzija V. "Intermittent fault location in distribution feeders". IEEE Transactions on Power Delivery, 27(1), 96-103, 2011.
4. [4] Li L, Redfern MA. “A review of techniques to detect downed conductors in overhead distribution systems”. 7th International Conference on Developments in Power System Protection, Amsterdam, Netherlands, 09-12 April 2001.
5. [5] Kwon WH, Lee GW, Park YM, Yoon MC, Yoo MH. "High impedance fault detection utilizing incremental variance of normalized even order harmonic power". IEEE Transactions on Power Delivery, 6(2), 557-564, 1991.
6. [6] Jingguang H, Xiangyong H, Xianshan, Hanmei H, Yanping L. "A novel single-phase earth fault feeder detection by traveling wave and wavelets". International Conference on Power System Technology, PowerCon, Chongqing, China, 22–26 October 2006.
7. [7] Michalik M, Belka H. "Application of the continuous wavelet transform to intermittent high impedance ground fault detection in mv networks". Eighth IEE International Conference on Developments in Power System Protection, Amsterdam, Netherlands, 5–8 April 2004.
8. [8] Saleem SMA, Sharaf AM. "A fuzzy artmap based high impedance arc fault detection scheme". 21st Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, Niagara Falls, Ontario, Canada, 4–7 May 2008.

9. [9] Lazkano A, Ruiz J, Leturiondo LA, Aramendi E. "High impedance arcing fault detector for three-wire power distribution networks". 10th Mediterranean Electrotechnical Conference, MEleCon 2000, Cyprus, 29–30 May 2000.
10. [10] Lien KY, Chen SL, Liao CJ, Guo TY, Lin TM. "Energy variance criterion and threshold tuning scheme for high impedance fault detection". IEEE Transactions on Power Delivery, 14(3), 810-817, 1999.
11. [11] Pashaei M, Karimi M, Kauhaniemi K, Asadi A, Ramli SP, Pourdaryaei A. "Intermittent earth fault detection in distribution network based on the voting classification technique". 27th International Conference on Electricity Distribution (CIRED 2023), 12-15 June 2023.
12. [12] Lukowicz M, Rebizant W, Kereit M. "New approach to intermittent earth fault detection with admittance criteria". International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 123, 1-9, 2020.
13. [13] Over Current Relay. “Easergy P3 P3U10, P3U20 and P3U30 Instruction Manual”. https://www.se.com/tr/tr/download/document/P3U_en_M-NAM/ (01.01.2024).
14. [14] REF615. “Fider Koruma Rölesi". https://new.abb.com/products/tr/REPREF615/repref615 (02.02.2024).
15. [15] Omicron CMC 356. “Röle Test Cihazı”. https://www.omicronenergy.com/en/products/cmc65 (10.01.2023).
16. [16] Şekkeli M. "Reaktif güç kompanzasyonunda yeni bir röle tasarımı ve klasik röle ile ekonomik olarak karşılaştırılması". Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(2), 257-264, 2011.
17. [17] Ungrad H, Winkler W, Wiszniewski A. Protection Techniques in Electrical Energy Systems. 1st ed. Boca Raton, USA, CRC Press, 2020.