Name: synchronous machine fault current decay
Uploaded: 2024-11-21T14:54:30.000Z
Duration: 1 min 21 s
Channel: JoVE

Per studiarne l'impatto, viene condotto un test di cortocircuito trifase su una macchina sincrona scarica.
L'oscillogramma della corrente di guasto CA con l'offset CC rimosso, corrispondente a una fase di una macchina sincrona scarica, mostra un'ampiezza della forma d'onda decrescente da un valore iniziale elevato a uno stazionario.
Ciò è attribuito al flusso magnetico causato dalle correnti di armatura in cortocircuito, che passano da percorsi ad alta riluttanza a quelli più bassi, aumentando l'induttanza dell'indotto. Questo può essere modellato con un circuito R-L in serie variabile nel tempo.
La teoria standard delle macchine fornisce reattanze specifiche utilizzate per calcolare la corrente di guasto CA istantanea che comprende la tensione del terminale di preguasto RMS da linea a neutro.
La corrente di guasto subtransitoria RMS è determinata a tempo uguale a zero dalla costante di tempo subtransitoria di cortocircuito sull'asse diretto e, con l'avanzare del tempo, la corrente di guasto CA RMS si avvicina al suo valore di stato stazionario.
Ogni fase ha un diverso offset DC, con un picco quando alfa è uguale a zero.
Le reattanze della macchina e le costanti di tempo, fornite dai produttori o ottenute dai test, aiutano a prevedere il comportamento del sistema di alimentazione durante i guasti, consentendo il controllo dei danni e la stabilità del sistema.

cortocircuito trifase - macchina sincrona scarica

Three-Phase Short Circuit&#8212;Unloaded Synchronous Machine

L'esecuzione di un test di cortocircuito trifase su una macchina sincrona scarica aiuta a comprenderne l'impatto sul sistema. L'oscillogramma della corrente di guasto CA, con l'offset CC rimosso, rivela che l'ampiezza della forma d'onda diminuisce partendo da un valore inizialmente elevato e ad un livello di stato stazionario per una fase della macchina.

Questo comportamento si verifica a causa del flusso magnetico prodotto dalle correnti di armatura di cortocircuito. Inizialmente, queste correnti seguono dei percorsi ad alta riluttanza, ma alla fine si spostano verso i percorsi a bassa riluttanza, aumentando così l'induttanza dell'armatura. Questa dinamica può essere rappresentata da un circuito resistore-induttore (R-L) in una serie variabile nel tempo.

Secondo la teoria delle macchine standard, specifiche reattanze, come le reattanze sub-transitorie, transitorie e a stato stazionario, vengono utilizzate per calcolare la corrente di guasto CA istantanea. Questo calcolo si basa sulla tensione RMS del terminale pre-guasto linea-neutro. La corrente di guasto sub-transitoria RMS al momento del guasto è determinata dalla reattanza sub-transitoria di cortocircuito dell'asse diretto e dalla costante di tempo associata. Nel tempo, la corrente di guasto CA RMS si stabilizza al suo valore di stato stazionario.

Ogni fase della macchina subisce un offset DC diverso, con l'offset di picco che si verifica quando l'angolo di corrente iniziale è zero. Le reattanze e le costanti di tempo della macchina, fornite dai produttori o derivate dai test, sono fondamentali per prevedere il comportamento della macchina durante i guasti. Queste informazioni aiutano a gestire i potenziali danni e a mantenere la stabilità del sistema durante i guasti.

La comprensione di queste caratteristiche è essenziale per progettare dei sistemi di alimentazione robusti. I dati ottenuti da questi test consentono agli ingegneri di prevedere come si comporterà il sistema in condizioni di guasto, facilitando lo sviluppo di strategie per controllare i danni e garantendo la stabilità del sistema. Questo approccio fa si che i sistemi di alimentazione possano resistere ai guasti e continuino a funzionare in modo affidabile, mantenendo così l'integrità e la sicurezza delle reti elettriche.

Cortocircuito trifase - Macchina sincrona scarica

Per studiarne l'impatto, viene condotto un test di cortocircuito trifase su una macchina sincrona scarica.
L'oscillogramma della corrente di guasto CA con il suo ...

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TERMINI E CONCETTI CHIAVE

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 behavior can be modeled as a time-varying series resistor-inductor, or R-L, circuit.

Standard machine theory uses sub-transient, transient, and steady-state reactances to calculate the instantaneous AC fault current. The calculation starts from the RMS line-to-neutral prefault terminal voltage. The RMS sub-transient fault current at the moment of the fault depends on the direct axis short-circuit sub-transient reactance and its time constant. As time passes, the RMS AC fault current settles to its steady-state value.

Each phase also has a different DC offset. The peak offset occurs when the initial current angle is zero. The reactances and time constants, which may come from the manufacturer or from tests, help predict machine behavior during faults. This information supports damage control and system stability, which are important for designing strong power systems and keeping electrical networks reliable and safe.

Synchronous Machine Fault Current Decay

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

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

Study how a three-phase short circuit changes fault current in an unloaded synchronous machine, from sub-transient response to steady-state behavior.

Synchronous Machine Fault Current Decay | 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.

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Synchronous Machine Fault Current Decay

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