Name: protective devices in power systems
Uploaded: 2024-11-21T14:54:31.000Z
Duration: 1 min 23 s
Channel: JoVE

يقطع قاطع الدائرة تيارات الأعطال عن طريق إطفاء القوس ، الذي يتم تمديده وتبريده لوقف تدفق الكهرباء.
يتم تصنيف القواطع بناء على جهد التشغيل والوسيط المستخدم لإطفاء القوس.
تقوم قواطع الجهد العالي تلقائيا بإعادة إغلاق 15 إلى 50 دورة بعد الانقطاع والقفل إذا استمر الخطأ ، مما يتطلب تدخل المشغل.
تستخدم تطبيقات الجهد المنخفض قواطع دوائر مصبوبة مع رحلات مغناطيسية لتيارات الأعطال الكبيرة والرحلات الحرارية للأحمال الزائدة الأصغر والمستمرة.
تساعد طريقة E / X المبسطة في اختيار القاطع عن طريق حساب الحد الأقصى لتيار ماس كهربائى متماثل باستخدام جهد ما قبل الخطأ ومفاعلة النظام ، مع إهمال العوامل الأخرى.
بالنسبة للمولدات ، يتم تحديد قواطع ذات دورتين بناء على تيار الخطأ شبه العابر ، المحسوب باستخدام المفاعلات شبه العابرة. بالنسبة للمحركات المتزامنة ، يتم تطبيق المفاعلات الفرعية العابرة أو العابرة ، اعتمادا على سرعة القاطع.
تعمل الصمامات وأجهزة التيار الزائد ذات الرابط القابل للانصهار في أنبوب مملوء بالرمل كموصلات في ظل التشغيل العادي. يرفع تيار الحمل الزائد درجة حرارة الارتباط ، مما يؤدي إلى ذوبانه وتشكيل قوس.

اختيار قاطع الدائرة و المصهر

Circuit Breaker and Fuse Selection

<div style="direction:rtl">

قاطع الدائرة هو جهاز مصمم لقطع التيارات الكهربائية الخاظئه وإعادة إغلاقه تلقائيًا في بعض الأحيان. عندما يتم اكتشاف تيار خطأ، يفصل القاطع جهات الاتصال الكهربائية، مما يؤدي إلى توليد قوس كهربائي. يتم إطفاء هذا القوس بطرق مثل الاستطالة أو التبريد أو الانقسام، اعتمادًا على تصميم القاطع. يتم تصنيف القواطع بناءً على الجهد الذي تعمل عنده والوسط المستخدم لإطفاء القوس الكهربائي، مثل الهواء أو الزيت أو غاز SF6 أو الفراغ.

في أنظمة الجهد العالي، تتميز قواطع الدائرة عادةً بآليات إعادة الإغلاق التلقائية. تعاد هذه القواطع إلى العمل خلال 15 إلى 50 دورة بعد الانقطاع. إذا استمر الخطأ، يتم قفلها، مما يستلزم التدخل اليدوي من قبل المشغل. في أنظمة الجهد المنخفض، تعد قواطع الصندوق المصبوبة ذات القواطع المزدوجة شائعة. تستخدم هذه القواطع قواطع مغناطيسية لحظية للتعامل مع الأعطال الكبيرة و قواطع حرارية للتعامل مع الأعطال الأصغر.

تبسط طريقة E/X اختيار القاطع عن طريق حساب أقصى تيار لدائره قصيره متماثله. يستخدم هذا النهج خصائص الجهد قبل الخطأ ومفاعلات النظام، متجاهلاً العوامل الأخرى. بالنسبة للمولدات، تُستخدم قواطع ذات دورتين لحساب تيار الخطأ شبهه المؤقت، بالاعتماد على مفاعلات الآلة شبهه المؤقته. بالنسبة للمحركات المتزامنة، يتم النظر في المفاعلات شبهه المؤقته أو المؤقته بناءً على سرعة تشغيل القاطع.

تعمل المصهرات كأجهزة حماية من التيار الزائد، وتحتوي على وصلة قابلة للانصهار داخل أنبوب مملوء بالرمل. في الظروف العادية، تعمل الوصلة القابلة للانصهار على توصيل الكهرباء. عندما يحدث تيار زائد، ترتفع درجة حرارة الوصلة، مما يتسبب في إنصهارها وتكوين قوس كهربائي. يتم تحديد المصهرات بناءً على أربعة عوامل رئيسية: تصنيف التيار، وتصنيف الجهد، وتصنيف القطع، وخصائص التأخير الزمني. يجب استبدال المصهرات يدويًا بمجرد إنصهارها .

تلعب كل من قواطع الدائرة المصهرات دورًا بالغ الأهمية في حماية الأنظمة الكهربائية من التيارات الخاطئة وظروف التيار الزائد. تعد قواطع الدائرة، بقدرتها على إعادة الإغلاق تلقائيًا والتعامل مع أنواع مختلفة من الأعطال، ضرورية في التطبيقات ذات الجهد العالي والمنخفض. توفر المصهرات ، على الرغم من كونها أبسط وتتطلب الاستبدال اليدوي، حماية موثوقة من خلال قطع التيارات الزائدة. يعد فهم المتطلبات والخصائص المحددة للنظام الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية في اختيار أجهزة الحماية المناسبة لضمان السلامة واستمرارية التشغيل.

</div>

يقطع قاطع الدائرة تيارات الأعطال عن طريق إطفاء القوس ، الذي يتم تمديده وتبريده لوقف تدفق الكهرباء.
قواطع ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

الهندسة الكهربائية

Unit 1

الوحدة الأولى

Symmetrical and Unsymmetrical Faults

الأعطال المتماثلة وغير المتماثلة

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

protective devices in power systems

Circuit breakers and fuses protect electrical systems from fault current and overcurrent. They help stop damage when current rises above safe limits. Both devices are chosen based on the needs of the electrical system.

A circuit breaker interrupts fault current by separating its contacts. This creates an arc, which must be extinguished by elongation, cooling, or splitting, depending on the breaker design. Breakers are grouped by operating voltage and by the arc-extinguishing medium, such as air, oil, SF6 gas, or vacuum.

High-voltage circuit breakers often include automatic reclosing. They can reclose within 15 to 50 cycles after an interruption. If the fault remains, the breaker locks out and an operator must reset it manually. In low-voltage systems, dual-trip molded case breakers are common. These use magnetic instantaneous trips for large faults and thermal trips for smaller faults.

The E/X method is used to simplify breaker selection. It finds the maximum symmetrical short-circuit current from the prefault voltage and the system reactance. It ignores other factors. For generators, two-cycle breakers are used to calculate subtransient fault current from subtransient machine reactances. For synchronous motors, subtransient or transient reactances are used, depending on breaker operating speed.

Fuses are overcurrent devices with a fusible link inside a sand-filled tube. Under normal conditions, the fusible link carries current. During an overload, its temperature rises, the link melts, and an arc forms. Fuses are selected by current rating, voltage rating, interrupting rating, and time-delay characteristics. After they melt, they must be replaced by hand. Circuit breakers and fuses both provide important protection against fault conditions, but they do so in different ways.

Protective Devices in Power Systems

series r&#8212;l circuit transients

Fault Current in a Series R-L Circuit

A series resistor-inductor, or R-L, circuit can model a three-phase short circuit when the switch closes at the start of the time period. In this fault condition, all three phases of an unloaded synchronous machine are short-circuited. With no fault impedance and no initial current, the starting voltage depends on the source voltage phase angle. Kirchhoff's Voltage Law, or KVL, is used to analyze the circuit and find the total asymmetrical fault current. This current has two parts. The AC...

three-phase short circuit&#8212;unloaded synchronous machine

three-phase-short-circuitunloaded-synchronous-machine

Synchronous Machine Fault Current Decay

A three-phase short circuit on an unloaded synchronous machine shows how fault current changes over time. The AC fault current, with the DC offset removed, starts at a high value and then falls to a steady-state level in one phase of the machine. This change happens because of the magnetic flux created by the short-circuit armature currents. At first, these currents flow through high-reluctance paths. They later shift to lower-reluctance paths, which increases the armature inductance. This...

power system three-phase short circuits

Subtransient Fault Current in Power Systems

Subtransient fault current analysis in a power system uses simplified models for the main equipment. Transformers are represented by their leakage reactances. Transmission lines are modeled with equivalent series reactances, and synchronous machines are treated as constant voltage sources behind their subtransient reactances. Several elements are left out of the calculation because their effect on the immediate fault current is small or they make the model harder without changing the result...

bus impedance matrix

Three-Phase Fault Current Analysis

Three-phase fault current analysis in an N-bus power system uses the positive-sequence network and the bus impedance matrix. It helps estimate subtransient fault currents when a short circuit occurs at one bus. The method uses superposition, which means the problem is split into two circuits that are studied separately. In the first circuit, all machine voltage sources are short-circuited. Only the prefault voltage source at the faulted bus remains. The positive-sequence bus impedance matrix...

circuit breaker and fuse selection

Circuit breakers and fuses protect electrical systems from fault current and overcurrent. They help stop damage when current rises above safe limits. Both devices are chosen based on the needs of the electrical system. A circuit breaker interrupts fault current by separating its contacts. This creates an arc, which must be extinguished by elongation, cooling, or splitting, depending on the breaker design. Breakers are grouped by operating voltage and by the arc-extinguishing medium, such as...

sequence networks of rotating machines

Generator Sequence Currents and Impedances

Generator sequence currents and impedances explain how a Y-connected synchronous generator behaves under balanced and unbalanced conditions. When the generator is grounded through a neutral impedance, it is set up to produce balanced internal phase voltages with only positive-sequence components. The source voltage therefore appears only in the positive-sequence network, and the line-to-ground voltages at the generator terminals show the sequence components of this setup. Zero-sequence current...

per-unit sequence models

Transformer Sequence Networks in Per Unit

Transformer sequence networks in per unit show how three-phase transformers respond to positive-, negative-, and zero-sequence currents. For an ideal Y-Y transformer grounded through neutral impedances, the per-unit sequence networks act much like those of a single-phase ideal transformer when the current is balanced. Balanced positive-sequence and negative-sequence currents do not create neutral current, so they do not cause voltage drops across the neutral path. Zero-sequence current behaves...

fault types

Power System Faults in Sequence Networks

Power system faults can be analyzed by moving between the phase domain and the sequence domain. This approach helps relate fault currents and voltages for three-phase bus faults and keeps the fault impedance in the model. Fault impedance is zero for a bolted fault, equal to the arc impedance for an arcing fault, and it represents the total fault impedance for a transmission-line insulator flashover. For a single line-to-ground fault from phase A to ground, the phase-domain conditions are...

key terms and concepts

Learn how circuit breakers and fuses protect power systems from faults and overloads, including trip types, arc extinction, reclosing, and fuse ratings.

Protective Devices in Power Systems | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

Protective Devices in Power Systems

Description

Transcript

Tags