### PROTECTION OF 35 KV OVERHEAD TRANSMISSION LINE FROM THE INDUCED LIGHTNING OVERVOLTAGE

V. V. KYRYK, S. A. ABDULAIEV

#### Abstract

Purpose. Develop recommendations for determining the optimal places for the installation of nonlinear overvoltage limiters for the protection of overhead transmission lines from the influence of lightning overvoltage on the basis of the model of the electric network 35 kV and to conduct research of the distribution of induced overvoltage in time along the route of the transmission line.

Methodology. The basis of the work is the simulation mathematical modeling of the processes of the occurrence of lightning overvoltage in the overhead transmission line 35 kV. For processing the research result, modern application software such as MathCAD, the environment of the SimPowerSystems software package MATLAB, was used.

Findings. In the course of the work, optimal distances, through which nonlinear overvoltage limiters should be installed to ensure the protection of electric network 35 kV from the induced lightning overvoltage, were obtained. As the result of the comparison of the two variants of the location of the nonlinear overvoltage limiters on the transmission line, namely every 2 km and on two towers located at a distance of 2 km from the beginning and 2 km from the end of the line, it was determined that the optimal option is to set overvoltage limiters every 2 km along the entire route of the overhead transmission line.

Originality. Simulation mathematical modeling of various variants of placement of nonlinear overvoltage limiters along the route of overhead transmission line 35 kV was carried out by the authors. The most optimal places of their installation was determined.

Practical value. The results of the work can be used in designing new or reconstruction of existing overhead transmission lines 35 kV, which will allow them to be protected from lightning overvoltage and reduce the number of emergency shutdowns.

#### Keywords

nonlinear overvoltage limiters; storm surges; lightning protection; induced voltage; lightning impulse current

PDF (Українська)

#### References

[1] Bazeljan, Je.M., Rajzer, Ju.P. (2001). Fizika molnii i molniezashhity. Moscow, Fizmatlit, 320.

[2] Tihodeev, N.N. (1999). RD 153-34.3-35.125-99. Rukovodstvo po zashhite jelektricheskih setej 6-1150 kV ot grozovyh i vnutrennih perensprjazhenij, 2-e izd. Sankt-Peterburg, PJeIPK Mintopjenergo RF, 355.

[3] Wang Lei, Lin Fuchang, Yan Fei. (2006). Calculation and analysis of induced overvoltage on a transmission line caused by lightning strike to the tower. Power System Technology, 30, 271-274.

[4] GND 34.20.177-2004. (2004). Vymogy do proektuvannja povitrjanyh linij elektroperedachi naprugoju 6-35 kV z provodamy iz zahysnym pokryttjam, zatverdzhenyj nakazom Minpalyvenergo Ukrainy vid 02.03.2004 №130. [Requirements for the design of 6-35 kV overhead transmission lines with wires with a protective coating, approved by the order of the mineral fuel supplies of Ukraine from 02.03.2004 №130]. Kyiv, Ministry of Energy and Coal Industry of Ukraine, 24.

[5] Ping Liu, Xiao Yi, Xu Wang, Yongling Lu, Jianhui Yu, Wenjun Zhou. (2011). Calculation on Induced Overvoltage on Low-voltage Overhead Lines. IEEE Power Engin and Autom. Conf. (PEAM), 2, 68-72.

[6] Demailly B., Maciela F., Tartier S. (2002). Installation of composite surge arresters on transmission line. CIGRE Session, 33, 203-209.

[7] Tikhovod, S. (2007). Improvement of numerical methods of calculation of electromagnetic processes in complex nonlinear electric and magnetic chains. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 56-60.

[8] Kyryk V.V., Abdulaiev S.A. (2016). Vyznachennja optymalnogo miscja vstanovlennja OPN [Determination of the optimum location of the nonlinear overvoltage limiters]. Mizhnarodnyj naukovo-tehnichnyj zhurnal molodyh vchenyh, aspirantiv i studentiv "Suchasni problem elektroenergotehniky ta avtomatyky", 104-106.

[9] Bazutkin V.V., Kadomskaja K.P., Kostenko M.V., Mihajlov Ju.A. (1995). Perenaprjazhenie v jelektricheskih sistemah i zashhita ot nih: Uchebnik dlja vuzov. Sankt-Peterburg, Jenergoatomizdat, SanktPeterburgskoe otd-nie, 320.

[10] Zaluzhnyi, M. (2009). Simulation of non-stationary electromagnetic processes in the system of electrical supply of energoemic electrotechnological complexes. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 70-73.

[11] Mcdermott T.E., Short T.A., Anderson J.G. (1994). Lightning protection of distribution lines. IEEE Transactions on Power Delivery, 1, 9, 138-146.

[12] Vynokurova Je.V., Vorona S.S., Kyryk V.V., Dremov V.V. (2014). Ocinka navedenoi naprugy na linii elektroperedavannja naprugoju 10 kV [Assessment of the induced voltage on the transmission line 10 kV]. Gidroenergetyka Ukrainy, 4, 42-43.

[13] Fajbisovich D.L. (2012). Spravochnik po proektirovaniju jelektricheskih setej, 4-e izd., pererab. i dop. Moscow, JeNAS, 376.

[14] Razevig D.V. (1976). Tehnika vysokih naprjazhenij: Uchebnik dlja studentov jelektrotehnicheskih i jelektrojenergeticheskih specialnostej vuzov, izd. 2-e, pererab. i dop. Moscow, Jenergija, 488.

[15] Kadomskaja K.P., Rejherdt A.A. (2002). Vlijanie sposoba modelirovanija OPN i volny toka molnii na jenergeticheskie harakteristiki zashhitnyh apparatov, ustanovlennyh na oporah VL [Influence of the method of simulation of nonlinear overvoltage limiters and lightning current waves on the energy characteristics of rotective apparatuses installed on the towers of overhead transmission lines]. Jelektromehanika i Jelektrojenergetika: Nauchnyj vestnik NGTU, 1, 91- 100.

[16] Kadomskaja K.P., Lavrov Ju.A., Rejherdt A.A. (2004). Perenaprjazhenija v jelektricheskih setjah razlichnogo naznachenija i zashhita ot nih: Uchebnik. Novosibirsk, izd-vo NGTU, 320.

[17] Halilov F.H., Evdokunin G.A., Poljakov V.S. (2002). Zashhita setej 6-35 kV ot perenaprjazhenij. SanktPeterburg, 260.

#### GOST Style Citations

[1] Базелян, Э.М. Физика молнии и молниезащиты / Э.М. Базелян, Ю.П. Райзер. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 320 с.

[2] Тиходеев, Н.Н. РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений / Н.Н. Тиходеев. – 2-е изд. – СПб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999. – 355 с.
[3] Wang, Lei. Calculation and analysis of induced overvoltage on a transmissi n line caused by lightning strike to the tower / Lei Wang, Fuchang Lin, Fei Yan // Power System Technology. – 2006. – №30. – pp. 271-274.

[4] ГНД 34.20.177-2004 "Вимоги до проектування повітряних ліній електропередачі напругою 6-35 кВ з проводами із захисним покриттям", затверджений наказом Мінпаливенерго України від 02.03.2004 №130. – К: Міністерство енергетики та вугільної промисловості України, 2004. – 24 с.

[5] Ping, Liu. Calculation on Induced Overvoltage on Low-voltage Overhead Lines / Liu Ping, Yi Xiao, Wang Xu, Lu Yongling, Yu Jianhui, Zhou Wenjun // IEEE Power Engin and Autom. Conf. (PEAM). – 2011. – Vol.2. – pp. 68-72.

[6] Demailly B. Installation of composite surge arresters on transmission line / B. Demailly, F. Maciela., S. Tartier // CIGRE Session. – 2002. – Report No. 33. – pp. 203-209.

[7] Тиховод, С.М. Совершенствование численных методов расчета электромагнитных процессов в сложных нелинейных электрических и магнитных цепях / С.М. Тиховод // Електротехніка та електроенергетика. – 2007. – №1. – с. 56-60.

[8] Кирик, В.В. Визначення оптимального місця встановлення ОПН / В.В. Кирик, С.А. Абдулаєв // Міжнародний науково-технічний журнал молодих вчених, аспірантів і студентів "Сучасні проблеми електроенерготехніки та автоматики". – 2016. – с. 104-106.

[9] Базуткин, В.В. Перенапряжение в электрических системах и защита от них: Учебник для вузов / В.В. Базуткин, К.П. Кадомская, М.В. Костенко, Ю.А. Михайлов. – СПб.: Энергоатомиздат, СанктПетербургское отд-ние, 1995. – 320 с.

[10] Залужный, М.Ю. Моделирование нестационарных электромагнитных процессов в системе электроснабжения энергоемких электротехнологических комплексов / М.Ю. Залужный // Електротехніка та електроенергетика. – 2009. – №2. – C. 70-73.

[11] Mcdermott, T.E. Lightning protection of distribution lines / T.E. Mcdermott, T.A. Short, J.G. Anderson // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1994. – №1. – Vol.9. – pp. 138-146.

[12] Винокурова, Є.В. Оцінка наведеної напруги на лінії електропередавання напругою 10 кВ / Є.В. Винокурова, С.С. Ворона, В.В. Кирик, В.В. Дремов // Гідроенергетика України. – 2014. – №4. – с. 42-43.

[13] Файбисович, Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей / Д.Л. Файбисович. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ЭНАС, 2012. – 376 с.

[14] Разевиг, Д.В. Техника высоких напряжений: Учебник для студентов электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов / Д.В. Разевиг. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1976. – 488 с.

[15] Кадомская, К.П. Влияние способа моделирования ОПН и волны тока молнии на энергетические характеристики защитных аппаратов, установленных на опорах ВЛ / К.П. Кадомская, А.А. Рейхердт // Электромеханика и Электроэнергетика: Научный вестник НГТУ. – 2002. – №1. – C. 91- 100.

[16] Кадомская, К.П. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них: Учебник / К.П. Кадомская, Ю.А. Лавров, А.А. Рейхердт. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 320 с.

[17] Халилов, Ф.Х. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / Ф.Х. Халилов, Г.А. Евдокунин, В.С. Поляков. – СПб., – 2002. – 260 с.

DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2018-1-9

#### Article Metrics

Copyright (c) 2018 KYRYK V. V., ABDULAIEV S. A.

Address of the journal editorial office:

Editorial office of the the science journal "Electrical Engineering and Power Engineering" ("Electrotechnics and Electroenergetics")

Zaporozhye National Technical University,

Zhukovskiy street, 64, Zaporizhzhya, 69063, Ukraine.

Telephone: +38-061-769-82-96 – the Editing and Publishing Department.

E-mail: rvv@zntu.edu.ua

Reference to the journal is obligatory in the cases of complete or partial use of its materials.