Name: subtransient fault current in power systems
Uploaded: 2024-11-21T14:54:30.000Z
Duration: 1 min 21 s
Channel: JoVE

Dans l’analyse des courants de défaut, les transformateurs sont modélisés à l’aide de réactances de fuite, tandis que les lignes de transmission sont représentées par des réactances série équivalentes.
Les machines synchrones sont modélisées comme des sources de tension constante derrière des réactances sous-transitoires.
Cette analyse exclut les résistances d’enroulement et en série, les admittances de shunt, les déphasages delta-Y, la résistance d’induit, la saturation, la saillance, les charges d’impédance non rotatives et les petits moteurs de moins de 50 chevaux.
Considérons un schéma unifilaire d’un générateur synchrone alimentant un moteur via deux transformateurs et une ligne de transmission. Un court-circuit triphasé est analysé à l’aide du circuit équivalent à séquence positive.
Les tensions internes de pré-défaut des machines synchrones sont représentées derrière leurs réactances subtransitoires.
Le défaut se produit lorsque l’interrupteur se ferme, provoquant une chute de tension au point de défaut.
La superposition est utilisée pour calculer le courant de défaut résultant. Si le phaseur correspond à la tension de pré-défaut, le deuxième circuit représente le système avant le défaut.
Cette méthode prédit le comportement du système en cas de panne, assurant ainsi la stabilité et réduisant les dommages.

courts-circuits triphasés du système électrique

Power System Three-Phase Short Circuits

La détermination du courant de défaut subtransitoire dans un système électrique implique de représenter les transformateurs par leurs réactances de fuite, les lignes de transmission par leurs réactances série équivalentes et les machines synchrones comme sources de tension constante derrière leurs réactances subtransitoires. Dans cette analyse, certains éléments sont exclus, tels que les résistances d'enroulement, les résistances série, les admittances de shunt, les déphasages delta-Y, la résistance d'induit, la saturation, la saillance, les charges d'impédance non rotatives et les petits moteurs d'une puissance nominale inférieure à 50 chevaux, car leur impact sur le courant de défaut subtransitoire est négligeable ou complique l'analyse sans affecter significativement les résultats.

Lorsqu'un court-circuit triphasé se produit, le défaut est modélisé à l'aide de deux sources de tension opposées avec des valeurs de phaseur égales. Le principe de superposition est appliqué pour calculer le courant de défaut. Cela implique l'utilisation de deux sources de tension opposées avec des valeurs de phaseur égales, ce qui permet de simplifier le système en supprimant la valeur de phaseur, isolant ainsi la composante de courant de défaut pour un calcul plus facile.

La procédure de détermination du courant de défaut subtransitoire consiste à prendre en compte les contributions du générateur et du moteur. En utilisant les conditions initiales du circuit et en appliquant les réactances appropriées, le courant de défaut subtransitoire peut être calculé avec précision. Cette approche garantit que l'analyse prend en compte les effets immédiats du défaut sur le système électrique.

Cette méthode fournit des informations essentielles sur le comportement du système électrique en cas de défaut, ce qui permet aux ingénieurs de concevoir des systèmes capables de résister à de tels événements. La capacité à prédire le courant de défaut subtransitoire contribue à maintenir la stabilité du système et à minimiser les dommages potentiels. Comprendre les contributions des différents composants lors d'un défaut et modéliser avec précision leurs réactances est essentiel pour une gestion efficace des défauts.

En se concentrant sur les réactances clés et en utilisant la superposition, cette analyse facilite la conception et la gestion de systèmes électriques robustes. Cela garantit la fiabilité et la sécurité, permettant des stratégies d'atténuation efficaces en cas de défaut. Prévoir le comportement des défauts et comprendre leur impact immédiat est essentiel pour maintenir l'intégrité des réseaux électriques, garantissant que les systèmes électriques peuvent continuer à fonctionner de manière fiable en cas de défaut.

Courts-circuits triphasés du système électrique

Dans l’analyse des courants de défaut, les transformateurs sont modélisés à l’aide de réactances de fuite, tandis que les lignes de transmission sont représentées par des réactances série équivalentes.
...

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

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 much. These include winding resistances, series resistances, shunt admittances, delta-Y phase shifts, armature resistance, saturation, saliency, non-rotating impedance loads, and small motors rated below 50 horsepower. Removing these parts keeps the fault study focused on the most important reactances.

A three-phase short circuit is modeled with two opposing voltage sources that have equal phasor values. Phasors are rotating values used to describe AC voltage and current. The superposition principle is then used to find the fault current by removing the equal phasor values and isolating the fault component.

The calculation also includes the contributions from both the generator and the motor. Using the initial circuit conditions and the correct reactances, the subtransient fault current can be found accurately. This method helps engineers understand the first effects of a fault, predict system behavior, and design power systems that can better handle short-circuit events.

Subtransient Fault Current in Power Systems

subtransient-fault-current-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 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

Learn how transformers, lines, generators, and motors are modeled to calculate subtransient fault current during a three-phase short circuit.

Subtransient Fault Current 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

Subtransient Fault Current in Power Systems

Description

Transcript

Tags