Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   15 ,  No.   1 ,  Febr uary   20 25 , pp.  24 ~ 35   IS S N:  20 88 - 8708 , DO I: 10 .11 591/ij ece.v 15 i 1 . pp 24 - 35           24       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om   Negativ e - seque nce cur rent filte r bas ed on indu ctance c oils        Ma r k Kle tsel 1 , Ba uyrz han  Mashr apov 1 ,   Riza gu l  Mash rapova 1 ,  A le x an dr  Kislo v 2     1 Dep artm en t of  E l ectric  Po w er  Ind u stry ,  Facu lty  of  Ene rgetics ,  To raigh y rov  Univ ersity ,  Pav l o d ar,  Kaza k h stan   2 Dep artm en t of   El ectrica l  E n g in eerin g  and  Auto m atio n ,  Facu lty  of E n e rge tics, T o ra ig h y rov  Univ ersity ,  Pav lo d ar,   Kazakh stan       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   J un  18, 2 024   Re vised  A ug 9, 20 24   Accepte d  Se p 3, 2 024       The   construction   of  n ew  r el ay   pr ote c ti on   sys te ms  without  th e  us e   of  cur ren t   tra nsformer s   is  a  fund am en tal  p roble m   of   elec tr o  en erg etics ,   wh ic h   has  no t   yet   b ee n   solved .   Th is  works   s uggests  a   neg ative - seque n ce  cu rre nt  fil t er   which  r ec e ive s   i nforma t ion  fro m   i nduc ta n ce  coil s  (ICs)  mounted   at  a  saf e  dista nc e  in  th e  ma gne ti c   fi el d   o f  phase   cur r ent s.   Thi s   filter   does   not   req uir e   cur ren t  tra nsfor me rs,  thus  savin g  high - quality  c opper ,   ste el,  an d  expe nsive   high - volt ag e  in sulat ion   in  amount  unpre ce d e nte d  for   re la y   pro tecti on   (a  6   to  110   kV  cur ren t   tr ansforme r  h as  19   to  4 80  kg  in   weigh t ).   A  ci r cui t   (inc ludi ng   func ti onal  dia gnost i cs)  and  a   tec hnique   for  se l ec t ing  the  par amete rs   of   filter  com pon ent s a nd  th e   point s   where   ICs  should   be  fix ed   ar e   pre sente d ;  a  stru ct ure   for   IC  fast eni ng  is  desc ribed.  Comput er  sim ula ti on   an d   expe ri me nt   wer e  used   for   data   col l ec t ion.  Th e  dat a   show   th at  i )  th e  f il t er   conve rsion  coe f fic i ent   =   1. 6,   and   im b al an ce  inc r ea ses  by  7 %  a t  th e   net work  fre qu en cy  =   48 – 52  Hz;  ii )   prote c ti ons  bas ed  on  th is  filter   should   have  a   ti m e  delay;  iii )  th e  filte r  is  not  infe r ior   to  well - known   well - t este d   fil ters   with   cur re nt  tr ansforme rs;   and  iv )  it  is f unc ti onal,   but   c an  o nly  b e  used   for  single - st anding e l ec tr ical inst al l at ions.   Ke yw or d s :   Current  filt er   Ex per ime nt   Ind uctance c oil   Neg at ive  se qu e nce   Simulat io n   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Ba uyrzh a n Ma sh ra pov   Dep a rtme nt of  Ele ct ric Power  Industr y, Fac ul ty of E nergeti cs, T or ai ghyro v Un i ver sit y    16  T kach e v St r eet , P avl od a r 1 40000,  Kazak hst an   Emai l:   bokama sh ra pov@mai l. ru       1.   INTROD U CTION   Informati on  a bout  t he  ma gnit ud e   of  neg at iv e  seq uen ce   cu r ren ts  is  c omm on l y  us ed   not  on l y  in  relay   protect ion  [1] – [ 3] ,  but  al s o  in  el ect rical   i nst al la ti on   c on t ro l   de vices   [ 4],   [ 5] .  I n  rela y  protect io n  de vices,  con t ro l   of   the se  c urren ts   e na bles  i ncr easi ng  sensiti vity   t o  asy mmetric a l  operati ng   m od e s  of  a n  el e ct rical  instal la ti on ,  in cl ud in g  short  c ircuit s  ( SC)  [1].   T he refor e ,  protect io ns   a re  desig ne d  base d  on  filt ers   [6] ,  w hich   detect   these   c urre nts,   f or  al l  gen e rato rs   wit h  of  higher   th an  1 , 200  MW  in  powe r,   pow er  tra nsmi ssio n  li ne s,   and  po wer  tra ns f ormer s  with  of  22 0   to  750  kV  in   vo lt age;  these  filt ers  are  t he  main  c omp onents  of  protect ion s   a nd  must   be  i ns t al le d  [ 7],   [ 8] .  The   main   disa dv a ntage   of  s uc h  filt ers,  incl ud i ng  mic rop r ocess or   on e s,  is  that  t hey   receive   in formati on  on   currents  i n  the   ph a se s  of   a n  el ect rical   instal la ti on   from  meta l - intensive   an d  bu l ky  cu rr e nt  trans forme rs  ( CTs),  w hich  i ntr oduce  a ddit ion al   e rror s   in   the  ma gnit ude  of   neg at ive  se qu e nce c urren ts , e sp eci al ly  wh e n sat ur at e d.   Ab a ndonme nt  of  CTs  remain s  one  of  the   f undame ntall y  un s o l ved  pro bl ems  in   the  el ect ric  powe r   industr y   [9],  [ 10] .  T his  is   to  pro vid e   not  only  sa ving   in  c oppe r,  ste el ,  a nd   hi gh - volt age   insu la ti on  i n  a moun ts   unprece de nted   for  rela y  pr otect ion   te ch nology,  but  al so   an  inc rease  in  el ect ric  power  sy ste m  reli abili ty  by   fu ll y  du plica ti ng  the   rela y  protect ion  (es pec ia ll y  majorizat i on).  To da y,  ma jorizat ion  is  e xt remely s el do m  use d  because   relay  protect ion   CTs   are  not  duplic at ed  due  to  hi gh  cost  a nd   bu l kin ess  (a  10   to  110   kV  CT  w ei gh s   19   to  480  kg) .  Re placeme nt   of  CTs  with  oth e r  se nsors   will   require  ne w  r el ay  prote ct ion   dev ic es .  Th us,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708         Ne gati ve - seq ue nce c ur re nt fi lt er based o n  i nduct an ce  co il s  ( Mar k Kl et sel )   25   creati on   of  ne w  rela y  pr otect ion s  for  el ect ri c  powe r  syst ems  bec om e s  a n  ur gen t  pro blem.  Atte m pts  to  s olv e  it   beg a n  i n  the   pa st  centu ry.  Ma gn et ic   c urre nt  trans f or me rs   [ 11] ,   ree d  s witc hes   [12 ] – [16 ] ,  Rogowski  c oils   [ 9],   [17] – [23] ,  Hal l  sens or s   [ 24] – [ 26] ,   a nd  in duct ance   coils  (I Cs)   [ 27]   we r e  sug gested   to   be   us e d  as  c urren t   sens or s .  The   quest io n  of  w hich  of  t hese   se nsors   is   pr e fer a bl e  can   be  a nsw ered  on l y  a fter   accum ulati ng  c ertai n  serv ic e   e xp e rience  of  relay   protect ion  devi ces  create d  on  t heir   ba sis.  Howe ver,  t his  ex pe rience   is   li mit e d  tod a y,  a s  well  as the  li st o f  s uc h dev ic es .    Th us ,  neg at iv e - seq ue nce  cu rr e nt  filt ers  w it ho ut  CTs  w ere  sug gested   to  desig n  only  b ase d  o n  Rogowski  c oils   [28 ],   [ 29]   a nd  ree d  s witc he s  [30 ],   [31] .  T he  f ormer  det ect   neg at ive - se qu e nce  c urre nts  by   con t ro ll in g  t he  su m  o f   volt age s  ph ase   s hifte d  in   a   sp eci fied  an gle   usi ng  a   c apacit or  a nd  a  r esi stor  c onnec te d  to   the  outp uts  of  the  Ro gows ki  coils  w hich  e nc ircl e  the  phas e  cond ucto rs.   The  la tt er  dete ct   these  cu rr e nt s  by  con t ro ll in g  th e  total   inducti on   of  ma gn et i c  fiel ds   pr oduc ed  by  c urre nt s  in  the  phas es  of   a n  el ect rical  instal la ti on   an d  act in g  on   a   r eed  s witc h  fix ed  at   a  sa fe  distance  f rom  the m.  Howe ver ,   they   can not  be  us e d  i n  protect ion s   f or   el ect rical   instal la ti on s  of  330  kV  a nd  hi gh e r  i n  vo lt ag e  in  mo st  ca s es.  Fil te rs  bas ed  on  Rogowsk i  c oils  are  bu l ky,  sin ce  high - volt ag e  insu la ti on  is  need e d  t o  m ount  Ro gows ki  c oils,  w hich   ma kes  the   weig ht  an d  siz e  of   a  c urre nt  s ens or   become  al mo st  the  sa m e  as  tho se  of  a  CT.  Fil te rs  bas ed  on  reed   s wi tc hes   are  ins uffici en tl y  sensiti vity ,   since  reed  s w it c hes  ha ve  a   respo ns e  t hr es ho l d,   a nd  the   furthe r  the y  a r e  from  bu s ba rs,  t he hi gh e r  c urre nt is  require d  to  trig ger them .   In   this  wor k,   we  sug gest  a  ne gative - se que nc e  current  filt e r  with ou t  a  c urren t  tra ns f orm er  base d  on  inducta nce   c oils,  w hich ,  li ke  r eed  s wit ches,  a re  sp a ced  a pa rt  from  t he  phas es  of  an  el ect ri cal   instal la ti on   to   a   distance   acce pt able  in   te rm s  of  sa fety.  I nd uctance  c oils  have  bee n  ch os e n  because   t hey  a re  fr ee   of  t he  a bove   li ste d  disa dv a ntages   of  Ro gows ki  c oils  a nd  ree d  s witc he s,  do  no t   re quire   sta ble  po wer  s upply,  ha ve  no   resid ual  volt ag e  and  la rg e   spread  of  pa ram et ers  li ke  Hall   sens or s .  I n  a ddit ion ,   the y  ar e  mu c h  small e r  an d  li gh te r  t han ma gn et ic  c urre nt tran s f or me rs.       2.   PROP OSE D MET HO D   2.1.      Diagra m  of   the  sugges ted  f il ter    Neg at ive - se quence  c urre nt  I 2   filt er  for   el ect rical   instal la ti on s  w her e   the   phase  bus   duct s   are   locat e d  at   the   ve rtic es o f   a n  e quil at eral  tria ngle   c ons ist s  of  t wo  i de ntica l  du plica tin g fil te rs  F 1  a nd F2  i n  Fig ure   1.  T he   duplica ti on  inc reases  t he  r el ia bili ty  of  detect ion   of  I 2   an d  e nab le s   desi gn i ng  a  sim ple  fa ult  diag nosis  s cheme.   Fil te r  F1   ( F2)   con ta in s  as  s how n  in  Fi g ur e  1:  inducta nc e  coils  (1)  an d  ( 2)   ((3)   a nd   (4))   with  the   same  par a mete rs  fix ed  at   a  safe  dis ta nce  fro m  the  bu s   duct s  of  phases  A,   B,  a nd  C  in  thei r  cr os s - sect ion al   pl an e  N 1   (N 2 );   am plifie r s  ( 5)  a nd  ( 6)  ((7)  an d  ( 8));  and  ph as e  s hif ti ng   ci rcu it   (PSC )  (9)   ( (10)) .  Fa ult  detect ion  is   performe d b y  c omparis on circ uit (CC)  ( 11).     2.2.    Pri ncipl e of d esi gn   [32 ]   Let   us   co ns ide r  the  de sig n  of  filt er  F1 .  T he  e le ct ro m otive  f or ce  (E M F)   Е 1   at   te rmin al s  12  a nd   13  is   pro portion al  t o  2   if t he  filt er  pa rameters  and c oor din at es  of IC s 1  a nd  2  a re  sel ect ed  so as   ( 1) ,     Е 1 = Е 5 + Е 9 = К 1 2 ,   (1)     wh e re  Е 5   an d  Е 9   are  the E M F  at o ut pu ts  of am plif ie r  5 an d PSC  9;  К 1   is t he pr oport ion al it y  c onst ant.   Let  u s  re pr ese nt   2   from  (1) as  [ 33] :     3 2 = ( − ) + ( В − С ) ⋅ − 12 0 ,    (2)     wh e re  ,  В ,  and   С   are  the  total   currents  in  ph ases  А,   В,  a nd  С;   − 120   is  the  com plex  numbe r  w hic h  char act e rizes  the  c ountercl oc kw ise   pha se  s hi ft  by  – 120°.  T his  re pr e sentat ion  has   bee n  c hose n  with   the  a im  of   exclu ding  t he  eff ect   of  mag ne ti c  fiel ds   pro duced   by  r esi du al   cu rr e nts  on  an  IC.   W he n  de com posin g  t he   phase   currents   int o  s ym met rical   c omp on e nts,   the s e  c urren ts   c ompen sat e  eac h  ot her  w he n  subt racti ng.   Acc ordin g  to  (1)  a nd (2), the  foll ow i ng con diti on s  sho uld   be  e vid e ntly  m et  w he n desi gning  a  f il te r:     Е 5 = 1 ( − ) ;   Е 9 = 1 ( − ) − 1 20 ,   (3)       wh e re      Е 5 = 1 Е  1 ;   Е 9 = 2 Е  2  ,   (4)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec   &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   24 - 35   26   Е IC 1   an d  Е IC 2   a re  t he  E MFs  at   te rmi nals  of  I Cs  1  a nd  2;     is  the  ph a se  s hift   of  PSC   9;   1   an d  2   are   the  gains  of am plif ie rs  5 an d 6.   The   E M Fs   Е IC 1   an d  Е IC2   a re   induce d  in   ICs   1  a nd   2  by  t he  inducti ons  В  1   a nd  В  2   of  t he  ma gnet ic   fiel ds  prod uce d  by p hase   cu r ren ts   al on g  t he   lo ng it ud i nal  a xis o f   t he  ICs w it h  a  phase  la g  of 90°   f rom   В  1   and   В  2 , and, as is  known  from  basic  el ect rical  en gine erin g,  a re  dete rmin e d from   ( 5a )  a nd (5b) ,       Е  1 = 2  1 1 В  1 − 90 = 2 В  1 − 90   (5 a )     Е  2 = 2 1 1 В  2 − 90 = 2 В  2 − 90 ,   (5 b )     wh e re   W 1   a nd   S 1   a re   the   nu mb e r  of  tu r ns   and  the   c ro s s - sect ion al   a rea   of  IC   1  a nd  2  (their   pa ramet ers  a re   equ al );  K 2   is t he  prop or ti onal it y  co ns ta nt.   Substi tuti ng   (5 a )  a nd (5b)   i n  ( 4) an d  e quat in g (4) a nd  ( 3),  we deri ve ,     В  1 = 1 ( − ) ( 2 1 − 90 )   (6 a )     В  2 = 1 ( − ) − 120 ( 2 2 (  − 90 ) ) .   (6 b )     F rom  (6 a )   a nd  (6b)   sho ws  tha t  to  detect   I 2   I C  1  ( 2)  s hould  be  mou nting   s o  as  t o  be  af fe ct ed  by  t he  ma gn et ic   fiel d  pro du ce d  by  c urre nts  of  on l y  phases  A  a nd  С  (В  a nd  С) .  Let   us  sh ow   ho w  t his  can   be   done.  Let   us   def i ne  the  in du ct ion   В IC 1   us i ng  the  Bi ot – Sa va rt  la w  an d  ta ki ng   int o  acc ount  the  ef fect  o f   the  ma gn et ic   f ie lds  pro du ce d b y  c urren ts  of th ree  phases  on  IC  1 ( В IC 2   is de fin ed  in  the  same  way):     В IC 1 = В А1  А1 + В 1  В1 + В 1  С1 = 0 (  А1 1 1 +  1 1 1 +  1 1 1 ) 2 ,   (7)     wh e re  В А1 ,  В 1 ,  В 1   are  the  ma gn et ic   inducti ons  at   the  point  of   IC   1  in du c ed  by   currents  1 ,  1 ,  1   in  ph a ses  А,   В,  a nd  С;   А1 ,  В1 ,  an d  С1   are  the  a ngle s  be tween  t he  lo ngit ud i nal  axis  of   IC  1  an d  В А1 ,  В 1 ,  an d   В 1 ,  res pecti vely;  µ 0   is  the  pe rme abili ty  of  ai r;   l A 1 ,  l В 1 ,  an d  l С 1   are  the  distanc es  from   the  a xe s  of  bus   duct s   of   ph a ses  А,  В , a nd С to  the ce nt er of gr a vity  of I C  1.   Fo r   В IC 1   ( В IC 2 )  ( 7)  to   be   pro portio nal  to  the   di ff e rence   bet ween  the   cu rr e nts  of  phases  А   a nd  С  ( В  and С),  the  f ollow i ng  co ndit ion s s houl d be m et :      С1 С1 = −  А1 А1 ;  1 1 = 0 ;   (8 a )      2 2 = −  2 2 ;  А2 2 = 0 .     (8 b )     To   f ulfill   co nd it ion s  (8),  ICs   1  a nd  2  are   m ounted   in   plan e  N 1   in  Fig ure   1  at   a   sa fe  dis ta nce  from   the   phase   bu s   du ct s   s o  a s  the   lo ng it udi nal  a xis  of  IC   1  c oin ci des  wi th  the   bisect in g  li ne   of  the   a ng le   bet ween  t he  li ne s   connecti ng  t he   bus   duct s  of  phases   A   a nd  B  and  the   bu s   duct s  of  phases  B   an d  C,  a nd  t he   lo ng it udinal   a xis  of   IC  2  coi ncides  with  the b ise ct ing   li ne  of   t he  a ng le  b et wee n  the  li nes  co nne ct ing   the b us  ducts  of  phases B  and  ph a se  A  a nd   t he  bus  du ct s  of  phases  A  an d  C.   The  safe  di sta nce  de pe nd s   on   the  volt age   cl ass  and   inc r eases   with  the  volt ag e,  f or   e xam ple,   it   sh ou ld  be  no  le ss  tha n  0.4   m  at   35  kV,  1  m  at   110  kV,  and   2  m  at   22 0  kV.  The  EMF  at   the  te r minals   of  a n  IC  a nd,  hen ce ,  t he  i nduced  in duct ion  in  t he  IC  i n  (5)  a nd  (7)  de crea s e   inv e rsely  pro portio nal  to  t he  distance.  Ex pe riments  a nd  cal culat ion s  sho w   their  va lues  t o  be  of   mil li vo lt s,  an d  they  ca n be  am plifie d  t o  r eq ui red val ues.   He nce,  t he  s ugges te d  filt er  will  perf orm it s fu nc ti on .   To  sim plif y  th e  cal culat ion s ,  it   is  conve nien t  to  set   the   cen te rs  of  gr a vity   of  ICs  1  a nd  2  at   po i nts  on   horizo ntal  li ne   14  wh i c h  passe s  th rou gh  ph as e  C  par al le l  to   li ne  15   co nnect ing  phases   A  a nd  B  i n  plane   N 1 ,  a t   distances   x 1 = – 0,5 d   и  x 2 =1 .5 d   ( d  is   the   dis ta nce  betwee n  co nduct or s   of  adjace nt  phas es)  from   point   16   of  intersect io n  of  the  ver ti cal   whic h  passes   th rough   the   bus   du ct   o f  phase  A   with  li ne   14,  a nd  at   a ngle s  γ 1 =30 °   and  γ 2 = 150 °   be tween  li ne  14  a nd  the   lo ng it ud inal  axes   of I C s  1  an d  2.  T he n,   l A 1 = l B 1 = l B 2 = l C 2 = d , α A 1 =α C 2 = 120 ° ,  α C 1 =α B 2 =6 0 ° , a nd α B 1 =α A 2 =9 0 ° , a nd from  (7)  w e  de rive ,     В  1 = 0 4  ( − ) ;   В  2 = 0 4  ( − ) ,       ( 9)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708         Ne gati ve - seq ue nce c ur re nt fi lt er based o n  i nduct an ce  co il s  ( Mar k Kl et sel )   27   l et   K a 1 = K a 2 . Th en,   from   ( 1),  (4),   (5), an d (9),   we have   ( 10) ,     Е 1 = 0 2 1 4  ( − ) − 90 + 0 2 1 4  ( − ) (  − 90 ) =   = 1 [ ( − ) + ( − ) ФП С ] ;     (10)     Fr om  (2)  a nd (10) s hows  that  Е Σ1   is p rop or ti on al  t o  I 2   if  β PS C = – 120°.   Fil te r  2   is  de sig ned  in  t he  sa m e  wa y.   Ind ucta nce  c oils  3  an d  4  a re  mou nted   in  plane  2   relat ive  to  the  phase   bus  du ct s   li ke  ICs   1  a nd  2  in  pla ne  1   ( x 3 = x 1 ,  x 4 = x 2 ,  γ 3 =γ 1 ,   γ 4 =γ 2 ).   T he  pa ramet ers  of  am plifie rs  7  and  8  a nd  PSC   10  are  sel ect ed  the  same  as  t ho s e  of  am plifi ers  5  an d  6  a nd  PSC  9.  Th en ,  Е 2   at   te rmina ls  17  and  18  is  pro portio nal  to   I 2   an d  e qual   to   Е 1 .  The   e qu al it y  Е 2 = Е 1   is  necessa ry  to   pe rform   f un ct io na l   diag nost ic s of t he fil te r.     2.3.    Fau lt  dia gnos t ic s   Fil te r  fa ults  are   detect ed  b y  c ompa rison  ci rcui t  11  in   Fi g ure  1,  w hich   ca n  be   impleme nte d  base d  on   a   diff e re ntial   am plifie r  with   a  r el ay  c onnected   to  it s  outp ut  (like  in   the   filt er   prot otype  pres ented   bel ow).  I n  t his  case,  EMF  Е Σ2   an d  Е Σ1   are   fe d  t o  the   in pu ts   of  the   diff e re ntial   amplifie r ,  a nd  E M F   11 = Е 1 − Е 2   is   fe d  t o  the  relay .  Du e   to  er rors  i n  m ountin g  the  IC   an d  in  t he  pa rameters  of  c omp on e nts  of   fi lt ers  F 1   an d  F 2 ,  this  diff e re nce  is   e qu al   to   the   im ba la nce  E MF  E imb   in  t he   abse nc e  of   fa ults.   I f  a  fa ult  occ ur s   i n  t he   ci rc uit  of ,  e. g. ,  IC  3,  t hen  Е 11 >  ,  co mp a rison  ci rc ui t  11  ope rates  a nd  sig nals  a bo ut  a  fa ult  in  t he   filt er.  The   set   po i nt  E op   of   ci rcu it   11  operati on  is  offs et   from  the  ma ximal  E imb   in  t he  loa d  m ode.  This  e nab le s  i de ntify i ng   fa ults  in  the  filt er  be fore  a  sh ort   ci rc uit  (SC )  occ urs  in  a n  el e ct rical   ins ta ll at ion .  H owever,  in  t his  ca se,  ci rc uit  11  operate s   in  th e  cas e  of  this  SC   e ven  i n  t he   abse nce   of  fa ults.   F or  t he  sig nal  from   ci rc uit  11  to   no t   in duce  i nc orrect  op e rati on  of  t he   pr otect ion  de vice,   it   s hould  be  bl ock e d  in   t he  case  w her e   bo t h  me as ur i ng  el e ments   c onnected  to  F 1   an d  F 2   operate.  We  permi t  this  behav ior  of   t he  fa ult  diag nosti c  ci rcu it ,  since  t he  functi onal it y  of  th e   relay  protect io n dev ic e is  ch e cked after  clea rin g  a s hort cir cuit.           Figure  1. Dia gram of t he  neg a ti ve - seq ue nce  current  filt er  w it h  f un ct io nal  di agnostic s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec   &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   24 - 35   28   3.   METHO D    3.1 .     Co m pu ter sim ulat i on       To  c hec k  filt er   perf or ma nce ,  we  car ried   out   simulat io n  in  M A TLAB   ta ki ng  into   acco un t  the  w or st  eff ect   of   er ror s  on  Е Σ1   a nd  Е Σ2 .  A   11 0 - kV  on e - en d  tra nsmi ssion  li ne   80   km  l ong  in  Fig ure   2  at   a   load   of     30  MW   an d   =   0.95  was   sim ulate d.  Th e   dista nc e  betwee n  t he  ph a ses w as  ta ke n  to   be   1  m   (t he  mi nim um   permi ssible  saf e  distance) .  T he   current  in  t he   li ne  ph a ses  was  meas ured  by   c u rr e nt  tran sforme rs  T A1 – T A3.   Bl ock s  “ G oto ”   an d  “ Fr om ”   i n  Fi g ures  2  a nd  3(a)   we re  us e d  to   cal cul at e  the  ma gne ti c  ind uc ti on.  Bl ock s   “ Con st an t ,”   “ Con st an t 1 ,”   “ Divi de ,”   an d  “ From ”   in  Fig ure   3( a )  sim ulate d  the   in duct ion  of  a   ma gn e ti c  fiel d  pro du ce d  by   t he  c urren t  in   ph a se  C  an d  aff ect in g  IC  1.  The  i nductio ns   of   mag netic   fiel ds   pro duced  by   currents  i n  ph ases  A  a nd   B   and   a ff ect in g  IC  1  in  Fig ure   3( a )  are  s imulat ed  by   bl ock s  “ C onsta nt 4 ,”   “ Con st an t 5 ,”   “ Divi de 2 ,”   “ From 2 , ”   a nd  “ C onstan t 2 ,”   “ C ons tan t 3 ,”   “ Divi de 1 ,”   an d  “ Fr om 1 ”   res pecti vely .  T h e   va l ue s   i n  “ C o n s t an t ,”   “ C on s t a nt 2 ,”   a n d  “ C o n s t an t 4 ”   bl oc ks   c or r e s p on d  t o   t he   r a t i os    С1 С1 ,   1 1 ,   a n d    1 1   with  al l ow a nc e  f or  mou ntin g  e rro rs  of  5%   to wards   in creasin g  t he   di sta nces  l A 1 ,  l B 1 ,  a nd  l C 1 ;  in   blo c ks  “ Con st an t 1 ,”   “ Con st an t 3 ,”   a nd  “ Co ns t an t 5 ,”   the  val ues  c orrespo nd  to  the   rati o  0 2 .  “ Ad d ”   bl ock   cal c ulate s  the   total   inducti on   act ing  al ong  the  lo ngit udinal   axis  of  IC   1.  The  i nductio ns  of  ma gnet ic   f ie lds  af fecti ng  IC  3  wer e  sim ulate d  in  the  same  w ay  an d  with  th e  same  nume rical   values  in  bl ocks  “ Co ns ta nt ” – “ Co ns ta nt 5 ” .  The   inducti ons  of  the  mag netic   fi el ds   a ff ect in g  I C  2  a nd  IC  4  wer e   sim ulati ng   by  re placi ng   the  value s  in   blo c ks  “ Con st an t ,”   “ Con st an t 2 ,”   an d  “ C on st an t 4 ”   with  – 0.5 15,   0. 5 3,  a nd  – 0.0 17 ,  res pecti vel y.   These  val ues  e ns ure   maximal  im bal ance  of  the   filt er.  T he   E M F  a t  the  te r minals  of  an y  of  the   I Cs  ( with  22 , 50 0  tu r ns   a nd  a  c ro ss - sect ion al   area   of   236  m m 2 )   was  sim ulate d  us i ng   blo c ks  “ Con st an t 6 ” – “ Co ns ta nt 8 ”   (wher e  “ 314 ”   is  the   pro du ct   2πf)  a nd  “ Divi de 3 ”   with  the   same  sp eci fied   num erical   values .  The  filt er  ci rc uit  model  is  s how n  in   Fig ure   3( b) .  Bl ocks  “ IC 1 ” – “ IC 4 ”   are  ma de  accor ding  to  t he   ci rcu it   in  Fig ur e  3( a ),   bu t  w it h  the  co rr es pondin g  coeffic ie nts.  Bl ock s  “ Swit ch 1 ,”   “ Swit ch 3 ,”   “ Swit ch 4 ,”   “ Off  Delay 1 ,”   “ Off  Delay 3 ,”   “ Off  Delay ,”   “ Con st an t 1 ,”   “ Con st an t 3 ,”   a nd  “ Co ns ta nt 4 ”   wer e   us e d  t o  sim ulate   filt er  da mag e  at   diff e re nt  ti me  po i nts .   Bl ock s   “ Tr ans po rt   Del ay ”   pr ov i de  a n  E M F  sh ift  by  t he  a ngle   β PSC = – 120 0 .   Bl ock s   “ Swit c h ,”   “ Swit ch 2 ,”   “ Off   Delay ,”   “ Off  Delay 2 ,”   “ C onstan t ,”   a nd  “ C on st ant 2 ”   c ompen sat e  for  th e  ti me  delay  c ause d  by  “ Tr ansport   Delay ”   blo c ks .   Bl ock   “ Su btrac t ”   simulat es  a  par t  of  co mp a rison  ci rcu it   11  in   Fig ure   1)  wh e re  the  differenc e   betwee n vo lt a ge s E Σ1   a nd E Σ2   is cal culat ed.   Vo lt age s  Е 5 ,  Е 9 , E 11 ,  Е Σ1 ,  and  Е Σ2  are p ic ke d up f rom  ou t pu t s 1 – 5.           Figure  2. Mo de l of a  110 - kv  powe r  tra ns mis sion l ine       3.2.    Fil ter prot ot y pe and experi ment al setup  f or  its  study     Figures  4  sho ws  t he  la bo ratory  set up :   it s  di agr am   in   Fig ure  4( a )  a nd  ass embled   set up   in  Fi gure  4(b ) .   The  la borat ory   set up   i nclu de s:  load  tra ns f ormer  “ 1 ”   of   35  kV A  in  pow er  with  t he  tra ns f ormer  rati o  38 0/2  connecte d  by  the  pri mar y  w ind in g  t o  38 0 - V  el ect rical   ne twork;  busb a r s  “ 2 ”   l ocated  at   the  ve rtic es  of  an   equ il at eral  t riang le   ( d = 40  cm ;  it   is  dif ficult   t o  sp ace   the m   f ur t her  a par t   in   la boratory   c onditi on s );  a   loa d  in   the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708         Ne gati ve - seq ue nce c ur re nt fi lt er based o n  i nduct an ce  co il s  ( Mar k Kl et sel )   29   form  of   balla st  rh eo sta ts  “ 3 ”   (t yp e  RB - 30 2,  resist ance  of  0.2  ohm );  ci r cuit  br ea ker   “ 4 ”   ( ty pe  В А57Ф 35 - 340010,  rated  current  of   200  А,   a nd   rated  vo lt age  of  38 0  V) ;  DC   sourc e  “ 5 ”   ( GP C - 76 030D   ty pe,   ma xima l   ou t pu t   volt age   if   60   V )   f or  powe rin g  filt er  “ 6 ” ;  f our - c ha nn el   osc il losc op e s  A KI P   4119 / 2  “ 7 ”   a nd  AKIP   4119/4   “ 8 ”   for   adjustin g  t he  filt er.  Th e  co nt act s  of   br ea ke r  4  on  on e   sid e  are  s hort - ci r cuite d  to   impl ement   two -   an d  th ree - phase  (sho wn  by   das he d  li ne   in  Fig ur e  3)  sh ort   ci rc uits.  Sing le - phase  s hort  ci rcu it s  ca nnot  be   impleme nted   in  la borato r y  c onditi ons.   I nd uctance   c oils  “ 9 – 12 ”   (c ro s s  s ect ion  of   the   I C  f rame   is   r ound ;   th e   numb e r  of   tu r ns  is  22,50 0;  the   heig ht  is  36  m m;  the  windi ng  thickne ss  is  5  mm,  a nd   t he  in ner   diamet er  of  the   fr ame   is  10  m m  incl ud i ng  th e  wall )   are   m ounte d  e xactl y  li ke  in   Fig ure  1  ( x 1 = – 20  c m  a nd  x 2 = 60   cm,   γ 1 = 300  and  γ 2 = 1,500).   Fig ur es   5  sho ws  the   la borat ory  protot yp e   of   a   ne gative - s equ e nce  c urre nt  filt er:  it s  sc hemati c  diag ram  is  s ho wn  in  Fig ur e  5(a),   an d  t he  as semble d  filt er  is  show n  i n  Fi gure  5(b)  ( w he re  СС   is  c omp ariso n  ci rcu it   11  from   Fig ure  1) .   The   la borat ory   pro totyp e   of  filt er  has   bee n  asse mb le d  from   a dj us ta ble  R 1  ( 500  kΩ )  and  R 2  (5  kΩ )  a nd  non - adj us ta ble   R3   ( 10  kΩ )  resist or s,  op e rati onal   amplifie rs   OA  (ty pe   L M   35 8),  a nd  capaci tors C 1 ( 3.3 μF) f or de monstrati ng a   po s sibil it y  of i mp le me ntin g  t he  the oret ic al  calc ulati on s.     The  e xperime nt al   procedu re  i s  as  fo ll ows.   A fter  asse mb li ng  the   la borat ory  set up  in  acc orda nce  with   the  ab ov e - desc ribe d   sche me,  DC   cu rr e nt  source  “ 5 ”   a nd   os ci ll os co pes  “ 7 ”   an d  “ 8 ”   a re  switc he d  on.  T he   so urce   “ 5 ”   vo lt age  is   set   t o  15  V  ( op e rat ion al   am plifie r   vo lt age ).   T he n,   tra ns f ormer   “ 1 ”   is  switc he d  on  (breake r  “ 4 ”   is  open   at   this   ti me).   The   gai n  facto rs  of  vo l ta ge  am plifie rs   G 1 – G 4  a nd  t he  a ngle s  of  phase - sh ifti ng circ uits PSC1  a nd PSC 2  are a dju ste d  un der  t he  loa d  m od e . T o do   t his,  Е Σ1 ,  Е Σ2 , a nd   Е 11   are c on t ro ll e d   by  os ci ll ogra ms  rec orde d  by  os ci ll os co pe s  “ 7 ”   a nd  “ 8 ” ,  an d  t he  re sist ances  of   resis tors  R 1  a nd  R2  are   change d  unti l  Е Σ1 ,  Е Σ2 ,   a nd  Е 11   bec om e   min imum   possi ble.   A fter   that,   al l  con ta ct s   of  bre aker  “ 4 ”   on  on e  side   as  s how n  i n  Figure   4(a)   a re  bonde d;  th e  br e aker  is  cl os e d,  thu s   producin g  a  t hr ee - ph ase   sh ort   ci rcu it .   V oltag e   os ci ll ograms   a re  rec orde d.  B reak e r  “ 4 ”   is   opene d.  T o  c he ck  the   filt e r  op erati on  in  t he  even t   of  a   tw o - phase  sh ort   ci rcu it ,   t he  same   ope rati on s   are   rep eat ed,  but   only   tw o  of  t he  t hr ee   con ta ct s   of   bre aker  “ 4 ”   a re   bonde d.   The  filt er  ope r at es  as  fo ll ows   under   al l  thes e  modes.  T he  EMF s  Е IC1 – Е IC 4   fr om  te rmi na ls  of   ICs  “ 9 – 12 ”   are   fed  to  t he  e ntr ances  of  the   fi lt er.  T hese  E M Fs   are   am plifie d  i n  a mp li fi ers  G1 – G4  in   Figure  5(a).   V oltage s   from   the   e xits  of  am plifie rs   G1  a nd  G3  a re   fe d  to   s om e   e ntra nces   of  a dders   S 1  a nd  S 2,  a nd  from   the   exits  of  amplifie rs  G 2  and   G 4,   to  othe r  entra nces  of  these  a dd e rs  thr ough  phase - sh ifti ng  ci rc uits  PSC1  a nd  P SC2,  wh e re  the y  are   sh ifte d  by  – 120° .  As  a  re su lt ,   add e rs  S 1  an d  S2   outp ut  volt ages  Е Σ1   an d  Е Σ2 ,  wh ic h  are  f ed  t o  the in pu ts  of c omparis on circ uit СС , which   ou t pu ts  volt age  Е 11 .           (a)   (b)     Figure  3. Mo de l of (a )  IC  and  (b)   ne gative - s equ e nce c urre nt  f il te r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec   &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   24 - 35   30       (a)   (b)     Figure  4.  Lab orat ory set up ( a )  d ia gram   an d  ( b) assem bly         (a)       (b)     Figure  5. Lab orat ory p ro t otyp e of the  f il te r ( a) circ uit   an d   ( b) to p view   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708         Ne gati ve - seq ue nce c ur re nt fi lt er based o n  i nduct an ce  co il s  ( Mar k Kl et sel )   31   3. 3.     St ruc tu re  f or  fa s tenin g  I C   A  str uctu re  f or  fasteni ng  IC   is  sho wn  in  Fig ur e   6   [ 34] .   It  i nclu des   bar  “ 1 ”   at ta ched  by  c la mp   “ 2 ”   t o  su pp or t  “ 3 ” ;  pl at es  “ 4 ” ;   casi ng s   “ 5 ”   C Is  a re  m ounted  i nsi de;  rods  “ 6 ”   and   “ 7 ”   with   scal es;   beam   “ 8 ” ;  fastenin g  cl ips   “ 9 ” ;  regular   t rian gle  “ 10 ”   w it h  bu s   duct s  of  phases   A ,   B,   an d  C   at ta che d  t o  with   in su l at or s  “ 11 ” .  T rian gle  10  is  at ta che d  to  a   cr os s   ar m  ( no t   sho wn  in   F ig ure  6).  Be am   8  co nnect s  rod  7  a nd  s uppo r t  3  t o  ens ur e  rigid it y  of   t he  str uctu r e.  The  posit ion  of   plate s  4  is  change d  by   m ov i ng   t hem  al ong  r od s   6  a nd  7.   An  IC  is   fixe d  insi de  ca sin g  5  an d  ca n  r otate   a nd  move   in   the   cro ss - sect io nal   pla ne  of  phas es  A,  B,  a nd  C .  T he   structu re  is  si mp le ,  eas y - to - handle,  a nd  is   made  of  no nma gnet ic   mate rial s;  it s  weig ht  with  t he  IC   (10 0   to    200 g ) do es  no t exceed   5   to  7  kg.           Figure  6.  Str uc ture fo r fast eni ng I C  nea r ph a se bus  duct s        4.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   4.1 .    Simul at i on   re sults   Figure  7  s how s  os ci ll ograms   of   vo lt age s  Е Σ1   and   Е Σ2   at   exits  of   filt ers  F1   a nd   F 2;  Е 5   and   Е 9   a fte r   amplific at ion  ( after  a mp li fie r s  5  a nd  9  i nn  Fig ure  1  an d  a fter  blo c ks  “ G ain   2 ”   a nd  “ G ai n   4 ”   i n  Fig ure   3(b ),   and  11 E   at   the  e xi t  of  bl ock  “ S ubtract ”   in  Fi g ure   3(b).  Unde r  the  loa d  mode,   Е 1 =  1    a nd  Е 2 =  2    (  1    and   2    are  the   i mb al anc e  vo lt ages  of  filt ers  F 1   an d  F 2   w he n  t he  maximal   loa d  c urre nt  f lows  in  ph a ses  of  the  100 - kV  li ne).  In   this  case ,  | 11 | <    and   ci rc uit  11   do es  not  ope rate.  I n  the  ev ent  of   a     three - phase  S C  in  Fig ure  7(a)  in  a  ste ad y  sta te ,  E 5   and   E 9   are  opposit e  in  phase;   there fore,  Е 1 =  1 ( 3 )   an d   Е 2 =  2 ( 3 )   (  1 ( 3 )   an d   2 ( 3 )   are   the   imbala nce  E M F   at   te rmi na ls  18  a nd  19,  20  a nd  21   w he n  t hr ee - phase   SC  currents  flow   i n  the  bu s bar s ),   a nd    1 ( 3 ) >  1    an d   2 ( 3 ) >  2  .  In   a  tra ns ie nt  mode,  Е Σ1   and   Е Σ2   strongl y  inc re ase  and   bec ome   com men s ur at e  wit h  th e  EMF   at   th e  filt er  te rmin al s  duri ng   a   two  in   Fig ure  7(b)  an d  sin gle - phase  in  Fig ure   7(c)   sh ort   ci rc uits,  wh e n  ne gative - seq ue nce  c urr ents  ap pea r.   T o  a vo i d  unnecessa r y  operati on  of  a   protect io n  de vice  base d  on  t he  su ggest e d  filt er,  a   ti me  delay   sh oul d  be  i ntrodu ce d.   Durin g  al l  SC  typ es,  | 11 | >  .  I n  th e  case  of   br ea king  cables  from  IC  1,   | 11 | >    an d  ci rc uit  15   op e rates  in  Fi g ure   7(d ).   Usi ng  a  m odel ,  filt er  qual it y  pa rameters   cha ra ct erizi ng   we re   deter mi ne d  [26] :  t he   conve rsion  coe ff ic ie nt   =   1. 6  a nd  t he   coe ff ic ie nt  =   0.11  w hich   char act e rizes  a   cha nge   in   the   imbala nce   value  at   the  filt er  outp ut  wh e n  the   netw ork  fr e qu e nc y  de viate s  N ote  that  the  co ef fici ent    is  the  same  a s   f or   filt ers  with  c ur ren t   tran sf orm ers  a nd  t hose  mentio ned  a bo ve  [ 26] – [ 29],  and  the   im bala nce  volt age   str onge r   dep e nds  on   a  change  in  t he  netw ork  f re quency   (at   =   48 – 52  Hz ,  the  unba la nce  increa s es  by  7% ).   F or  a   micro process or f il te r, t his im balance  can  b e   reduce d by adj us ti ng the  volt ages  phase s hif t ang le s .      4.2.    Ex peri menta l  resul ts   Figure  8  sho w s  the  os ci ll ogra ms  of  volt ages   Е Σ2 ,  Е 5 ,  Е 9 ,  Е 11 ,  an d  U р   rec orded  under  different  modes   durin g  our   e xperiments.   Und er  t he  l oad  m ode,   Е 2 =  2    an d  E 11 = E imb .  I n  the   ca se  of   a  s hort   c ircuit   in   Figures   8(a)   t o  8 (c) ,   Е Σ2 ,  Е 5 ,  Е 9 ,   a nd  Е 11   inc rease.   I n  a   tra ns ie nt   m ode,  Е Σ2   du rin g  a  th ree - phase  SC  i s   com me nsurate   with   the   E M F   duri ng  a   tw o - ph a se  SC   a nd  is  m uch  lo wer  in   the   ste ad y  sta te ;  E 11   are   near l y  equ al   i n  bo t h   modes.  If  a  ca ble  f rom  IC  2  t o  am plifie r  6  i n  Fi gure  8(d)   breaks ,  E 11 > E imb ,  and  the  ou t put  relay   (not  sho wn   i n  Figure  5)  of   the  com pa rison  ci rc uit  (U р ≠ 0)  act uates .  The   analysis  of   F igure  8  s hows   th e   eff ic ie nc y  an d  co rrec t  op e ra ti on  of  t he   sugg e ste d  ne gative - se quence   c urren t   filt er   in   the   e ven ts   of  s hor t   ci rcu it s and  br eaks i n  c onnec ti ng  c onduct or s.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec   &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   24 - 35   32       (a)   (b)           (c)   (d)     Figure  7. Oscil lograms  of E MF  Е Σ1 ,  Е Σ2 ,  Е 5 ,  Е 9 , and  Е 11   in t he  case  of  (a ),  (b),   ( c)  SC i n  t he  el ect rical   instal la ti on  and  (d)   fa ults in th e filt er           (a)   (b)           (c)   (d)     Figure  8. Oscil lograms  of  vo lt ages  Е Σ2 ,  Е 5 ,  Е 9 , and  Е 11   i n  th e eve nt of  (a) t hr ee -   a nd (b )   a nd  ( c )  tw o - pha se  SCs an d ( d)  ca ble brea ks   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708         Ne gati ve - seq ue nce c ur re nt fi lt er based o n  i nduct an ce  co il s  ( Mar k Kl et sel )   33   4.3 .    Discussio n   4.3.1 .   N ov el ty  of t he  su ggest ed so lu tio n   A  ne gative - se qu e nce  c urren t   filt er  was  de sign e d.   Its  dif fer e nce  f rom  the  kn own  on e s  [28] – [31 ]   consi sts  in  the   fo ll owin g:  i )  inf or mati on  a bout  t he  cu rr e nt   in  an  el ect ric al   instal la ti o n  is  receive d  f rom  an   inducta nce  c oil  without  us in g  cu rr e nt  trans forme rs,   a  Ro gows ki  coil,  or  a  reed   s witc h   and   ii )  it   has  bu il t - in  functi onal   diag no sti cs,   wh ic h  ens ur es   real   ti me  detect ion  of  fau lt s   in   the   f il te r.   Fil te r  qua li ty  pa rameters   (t he   coeffic ie n ts    and   )  wer e   dete rmin e d.   M et hods   f or  sel ect in g  filt er  par a me te rs  (am plifie r  gain  a nd  phase   sh ift  a ng le   in   the  phase - r otati on   ci rcu it )  a nd   determi ning  t he  IC  fixi ng   points  near   t he  ph a se  bus  duct s  (at  the   ver ti ces  of an  e qu il at eral t ria ngle ) were  d e ve lop e d.     4.3.2 .   Be nefits  of the rese arc h   The  s uggeste d  filt er  is  to  e nabl e  bu il di ng  up  highly  se ns it iv e  filt er  protect ion s   of  powe r  tr ansmissi on   li nes  and   c urre nt  trans forme r s  (CTs)  of   6   to  75 0  kV  in  volt age,  e nab li ng  savi ng   unpre ceden te d  am ount  of  high - qual it y  c oppe r,   ste el ,  a nd   hi gh - volt ag e  insu la ti on  (t ens  a nd  hu ndr eds  of   kilo gr a ms  pe r  c onnec ti on ) .  I n  te rms  of   reli abili ty,  it   shou l d  e xceed   both   tradit iona l  pr otect ion s  a nd  oth e r  me ntio ne d  protect ion s   due  to   duplica ti on o f  I C  a nd  c onnect ing  cables   a nd b uilt - in  f ault di agnostic s of f il te r  c ompone nts . U se   of  t he   filt er  as   backu p  t o  tra di ti on al   on es   is  t o  pro vid e  an   increase   in   the   reli abili ty  of  a   relay  protect io n  s ys te m   as  a   whole,  consi der i ng  th at   current  tra nsfo rme rs  will   be  du plica te d,  wh ic h  are   no t  duplica te d  now  a nd  intr od uce  the   main  e rro r  i n  t he  filt er  operat ion  due   to   sat urat ion.  T he re  i s  no   rea son   to   doubt  a   possi bi li ty  of  bu il di ng  up  simi la r  filt ers  i n  t he  case   of  ot her   a rran geme nt  of  phase   bu s  duct s  by  a nal ogy  with   the   s uggeste d  m et hod  f or   filt er  des i gn i ng  an d  te sti ng.  N ote  that,  unli ke   Rogo ws ki  coi ls  and  cu rr e nt  t ran s f or me rs,  m ountin g  ICs  at   safe  distances  from   ph a ses all ows t heir  sa fe s e r vice eve n wh e n  a n  el ect rical  inst al la ti on  is tu rned  on.     4.3.3 .   Li mi t at i on s  of the s uggeste d  techniq ue for  design i ng   th e  filter   Pr otect io ns  ba sed  on  the   s ugge ste d  filt er  sh oul d  hav e   a   ti me  la g  lo nger   tha n  t he  durati on  of  a  transient  proce ss  durin g  a  th r ee - phase  s hort  ci rcu it   in  orde r   to  pr e ve nt  un necessa ry   oper at ion .,  The  tra ns ie nt   process  la sts  no  m or e   tha n  0.03  s  i n  simulat ion   with  a  volt age  of   110  kV  and  4  ms  i n  ex per ime nts  at   0.4  kV.   Howe ver,  this   ti me  inc rease s  with   vo lt age   an d  upon   ch ang e s  the   network  c onfig urat ion ;  the refo r e,  th e   require d  ti me  delay  is  unknown .  Th e  filt er  can  only  be  use d  f or   si ng le - s ta nd in g  el ect ri cal   instal la ti on s  (for  exam ple,   f or  a   dead - e nd  powe r  tra nsmi ssio n  li ne) .   A nothe r  on e   disad va ntage  is   a   ne ed   in   de sig ning  dif f erent   structu res f or   f ast enin g  ICs  fo r  el ect rical  inst al la ti on s w it h a  d if fer e nt arra ngeme nt of  phas e bus  duct s.     4.3.4 .   Futur e r esearch  direct ions   Fu tu re  researc h  directi ons  in cl ud e:   i )  Eli minati on  of  the   a bove  ti me  la g ;   ii )  Desig n  of   struct ur es  f or   fastenin g  in duct ance  c oils  of  the  filt er  f or  supe r - high   volt age  el ect rical   instal la tio ns  a nd  a  di ff e ren t  arr a ng e ment  of  phase  bus  d ucts ;   an d   iii)   Study  of   t he  f il te r  beh a vior  unde r  inter fer e nce  f rom  c urr ents  in   adjace nt elec tri cal  instal la ti on s and  wa ys   of  avo i ding th em.       5.   CONCL US I O N   The  desig n  of   a  ne gative - se quence   cu rr e nt  f il te r  based   on  i nductance   coil s  for  el ect rical   instal la ti on s  with   phase   bu s   duct s   locat e d  at   the   ve rtic es  of  a n  eq uilat er al   tria ngle   is   s ugge ste d  f or  t he   fi rst  ti me.   T hi s  filt er   so lves   one   of  f undame ntall y  un s ol ved  pr ob l ems  in   the   el ect ric  powe r  i ndus t ry,  i.e . ,  t he   pro blem   of  a voidin g  the  use   of  cu rrent  tra ns f orme rs.   This  filt er  be ing   im pleme nt ed  is  to   ena bl e  savi ng  hi gh - qu al it y  co pper,   ste el ,  and  high - volt age  i nsula ti on  in  a mou nts  un pr ece de nted   f or  relay   protect ion .   We   belie ve  t hat  t he  s ugge ste d  filt er  will   no t  be  in fer i or   t o  known  filt ers  in  te rms  of  al l  par a mete rs  e xc ept  sp ee d  a nd  will   be  supe rior   i n  reli abili ty  due   to  the   pr ese nc e  of  f unct io na l  diag nosti cs.   The   stu dy  of  the  filt er  be ha vior  under  diff e ren t  conditi ons  (int erphase   an d  sing le - phase   sho rt  ci rc uits,  loa d  mode,   fail ur es  of  filt er  el e ments)   in   ex pe riments   and  c omp uter  simulat ion  c onfirme d  t he   co rrec tness  of  it s   operati on.   T he   f il te r  desi gn  te c hn i qu e   ca n  be   us e d  to ma nufactu re  simil ar f il te rs for ele ct rical  in sta ll at ion s w it h an y  a rr a ng e m ent of  phases.       ACKN OWLE DGE MENTS   The  w ork  was   su pp or te d  by   the  M inist r y  of   Scie nce  an d  Hi gh e r  E ducat ion   of  the  Re public  of   Kazak hs ta n  ( gr ant no.  AP1 32 68753).       REFERE NCE S   [1]   F.  A.   Ro m an iu k ,  V.  Y.   Ru m ian tsev ,  an d   Y.   V   Ru m ia n tsev ,  “ Sy m m et ric al  co m p o n en ts  d ig ital  filter s   for   m ic rop rocess o r - b ased   p rotectio n   in p u t  si g n als, ”   ENER G ET IKA.   Pro ce ed in g s  o f  CIS   h ig h er  e d u ca tio n   in stitu ti o n s  a n d   p o wer   en g i n eerin g   a ss o cia tio n s ,  v o l.  6 6 ,  n o .  1 ,  p p .  5 – 1 7 ,  Feb .  2 0 2 3 ,  d o i: 10 .21 1 2 2 /1 0 2 9 - 7448 - 2 0 2 3 - 66 - 1 - 5 - 17.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.