The paper presents the design and experimental testing of a functional model for a selective single-phase ground fault alarm device developed by the authors for 6 (10) kV distribution networks. The research key feature is the physical testing of a previously developed algorithm that identifies damaged connections by analyzing the energy spectrum of high-frequency components. The authors tested the algorithm using real current signals generated by the RITM semi-natural simulation complex and a Ponovo amplifier. The functional model processed the test signals in real time mode, which corresponded to the secondary circuits of zero-sequence current transformers (range 0–1 A). The paper describes a three-channel measurement module based on an AMC1200 isolated amplifier and a 16-bit AD7606 ADC with galvanic isolation up to 4 kV. This module provides synchronous digitization of zero-sequence currents at a sampling frequency of 12.8 kHz, which is determined by the wavelet transformation-based algorithm used to identify damaged connections. An STM32F407ZGT6 microcontroller running FreeRTOS serves as the computing core. The test results show that the functional model correctly identified damaged connections when working with physical current circuits. The ratio of the damaged line spectrum energy to the minimum value among healthy connections ranged from 25 to 30 p.u., while the threshold value was set at 1.5 p.u. The experiments confirmed the algorithm stability to changes in the nonlinear load connection point and demonstrated the measuring circuit operability under conditions close to real-life applications. These results can support the development of intelligent protection devices and serve as a basis for modifying existing solutions in selective protection of distribution network.
Представлены результаты аппаратной реализации и экспериментальной проверки разработанного авторами функционального макета устройства селективной сигнализации однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) для распределительных сетей 6 (10) кВ. Ключевая особенность работы заключается в том, что разработанный и представленный ранее алгоритм идентификации повреждённого присоединения на основе энергии спектра высокочастотных составляющих протестирован на физических сигналах тока, генерируемых с помощью комплекса полунатурного моделирования «РИТМ» и усилителя Ponovo. Тестовые сигналы, соответствующие вторичным цепям трансформаторов тока нулевой последовательности (диапазон 0–1 А), обрабатывались функциональным макетом в режиме реального времени. В работе продемонстрирован трёхканальный измерительный модуль на базе изолированного усилителя AMC1200 и 16-битного АЦП AD7606 с гальванической развязкой до 4 кВ, обеспечивающий синхронную оцифровку токов нулевой последовательности с частотой дискретизации 12,8 кГц. Частота дискретизации обусловлена используемым алгоритмом идентификации поврежденного присоединения на основе вейвлет-преобразования. Вычислительное ядро реализовано на микроконтроллере STM32F407ZGT6 под управлением FreeRTOS. По результатам экспериментов функциональный макет корректно идентифицировал повреждённое присоединение при работе с физическими токовыми цепями. Отношение энергии спектра повреждённой линии к минимальному значению среди «здоровых» присоединений составило от 25 до 30 о.е. при пороговом значении в 1,5 о.е. В ходе экспериментов подтверждена устойчивость алгоритма к изменению места подключения нелинейной нагрузки, а также работоспособность измерительного тракта в условиях, максимально приближенных к натурным. Результаты работы могут быть использованы при разработке интеллектуальных устройств защиты, а также служить основой для модификации существующих решений в области селективных защит от ОЗЗ.