Name: fault current in a series r-l circuit
Uploaded: 2024-11-21T14:54:30.000Z
Duration: 1 min 22 s
Channel: JoVE

Considérons un circuit série R-L.
Lorsque l’interrupteur se ferme à un temps égal à zéro, il imite un court-circuit triphasé dans une machine synchrone non chargée.
Étant donné une impédance de défaut nulle ou un défaut boulonné, et un courant initial nul, l’angle de la source détermine la tension initiale de la source.
L'équation KVL de ce circuit donne le courant de défaut asymétrique total et ses deux composantes.
Le courant de défaut CA, également appelé courant de défaut symétrique ou à l’état stationnaire, est une sinusoïde.
Le courant de décalage CC décroît de façon exponentielle avec une constante de temps comme rapport inductance/résistance.
Son amplitude varie avec l’angle de la source, culminant lorsque l’angle de la source est égal à thêta plus pi sur deux.
Le courant de défaut le plus important se produit à un angle de source spécifique.
Le courant de défaut asymétrique efficace avec décalage maximal en courant continu est ensuite calculé et simplifié en remplaçant la constante de temps et le temps en termes de cycles et de fréquence.
Ce courant est égal au courant de défaut alternatif efficace multiplié par un facteur d’asymétrie et le courant efficace diminue à mesure que tau augmente.
Des rapports réactance/résistance plus élevés produisent des valeurs de courant efficace plus élevées.

circuit en série r-l transitoire

Series R&#8212;L Circuit Transients

Dans un circuit en série résistance-inductance (R-L), la fermeture de l'interrupteur au début de la période simule un court-circuit triphasé, une condition de défaut dans laquelle les trois phases d'une machine synchrone non chargée sont court-circuitées. Lorsqu'il n'y a pas d'impédance de défaut et pas de courant initial, la tension initiale est déterminée par l'angle de phase de la tension source.

L'utilisation de la loi de tension de Kirchhoff (KVL) pour analyser ce circuit permet de déterminer le courant de défaut asymétrique total, qui se compose de deux composantes principales. Le courant de défaut AC, également appelé courant de défaut symétrique ou à l'état stable, suit une courbe sinusoïdale. D'autre part, le courant de décalage DC diminue de manière exponentielle au fil du temps, son taux de décroissance étant défini par le rapport entre l'inductance et la résistance. L'amplitude du décalage DC varie en fonction de l'angle de la source, atteignant un pic à un angle de phase spécifique de la source.

Le calcul du courant de défaut asymétrique efficace, y compris le décalage DC maximal, implique l'expression du temps et de la constante associée en termes de cycles et de fréquence. Ce courant asymétrique efficace est obtenu en multipliant le courant de défaut AC efficace par un facteur d'asymétrie. Le facteur d'asymétrie reflète l'influence du courant de décalage DC. Lorsque la constante de temps augmente, le courant efficace diminue, ce qui démontre l'effet du rapport inductance/résistance sur le courant. Des rapports réactance/résistance plus élevés entraînent des valeurs de courant efficace plus élevées.

Cette analyse est essentielle pour comprendre les conditions de défaut dans les circuits électriques et concevoir des systèmes capables de gérer de tels événements. En prenant en compte les différentes composantes du courant de défaut et leur dépendance aux paramètres du circuit, les ingénieurs peuvent mieux prévoir et atténuer les effets des défauts dans les systèmes électriques. Ces connaissances sont essentielles pour garantir la fiabilité et la sécurité des systèmes électriques.

Circuit en Série R-L Transitoire

Considérons un circuit série R-L.
Lorsque l’interrupteur se ferme à un temps égal à zéro, il imite un court-circuit triphasé dans une machine synchrone non chargée.
...

Education

Enseignement

JoVE Core

Electrical Engineering

Génie électrique

Unit 1

Unité 1

Symmetrical and Unsymmetrical Faults

Défauts symétriques et asymétriques

KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMES ET CONCEPTS CLÉS

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 fault current, also called the symmetrical or steady-state fault current, follows a sinusoidal pattern. The DC offset current is the other part, and it decays exponentially with time. Its decay rate depends on the inductance-to-resistance ratio.

The size of the DC offset changes with the source angle. It reaches a maximum at a specific phase angle of the source. To calculate the RMS asymmetrical fault current, the time constant and time are written in terms of cycles and frequency. The result is found by multiplying the RMS AC fault current by an asymmetry factor.

That asymmetry factor shows how much the DC offset affects the current. As the time constant increases, the RMS current decreases. Higher reactance-to-resistance ratios produce higher RMS current values. This analysis helps explain fault conditions in electrical circuits and supports the design of systems that can handle them safely and reliably.

Fault Current in a Series R-L Circuit

series r&#8212;l circuit transients

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

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...

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

Explore fault current in a series R-L circuit, including AC fault current, DC offset decay, RMS asymmetrical current, and the role of source angle.

Fault Current in a Series R-L Circuit | 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

Fault Current in a Series R-L Circuit

Description

Transcript

Tags