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

無負荷の同期機で三相短絡試験を行い、その影響を調査します。
DCオフセットが除去されたAC故障電流のオシログラムは、無負荷の同期マシンの1つの位相に対応しており、初期のハイ値から定常状態の値まで波形振幅が減少していることを示しています。
これは、短絡電機子電流によって引き起こされる磁束が、高リラクタンスの経路から低電機子の経路にシフトし、電機子インダクタンスを増加させることに起因します。これは、時間とともに変化する直列R-L回路でモデル化できます。
標準的な機械理論では、RMS ライン-ニュートラル間の故障前端子電圧を構成する瞬間的な AC 故障電流の計算に使用される特定のリアクタンスが提供されます。
RMSサブトランジェントフォルト電流は、直動軸短絡サブトランジェント時定数によって時間がゼロに等しいときに決定され、時間が経過するにつれて、RMS ACフォルト電流は定常状態の値に近づきます。
各フェーズには異なる DC オフセットがあり、アルファが 0 に等しいときにピークに達します。
マシンのリアクタンスと時定数は、メーカーから提供されたり、テストから得られたもので、故障時の電力システムの動作を予測するのに役立ち、損傷制御とシステムの安定性を可能にします。

3 相短絡 - 無負荷同期機

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

無負荷の同期機で 3 相短絡試験を実施すると、システムへの影響を理解するのに役立ちます。DC オフセットを除去した AC 故障電流のオシログラムでは、波形の振幅が、機械の 1 つの相で当初の高い値から定常レベルまで減少していることがわかります。 
この動作は、短絡電機子電流によって生成される磁束によって発生します。最初、これらの電流は高磁気抵抗経路をたどりますが、最終的には低磁気抵抗経路に移行し、電機子のインダクタンスが増加します。このダイナミクスは、時間とともに変化する直列抵抗器-インダクタ (R-L) 回路によって表すことができます。 
標準機械理論によれば、瞬時 AC 故障電流を計算するために、サブトランジェント、トランジェント、定常リアクタンスなどの特定のリアクタンスが使用されます。この計算は、故障前の RMS ライン対ニュートラル端子電圧に基づいています。故障時の RMS サブトランジェント故障電流は、直軸短絡サブトランジェントリアクタンスと関連する時定数によって決まります。時間の経過とともに、RMS AC 故障電流は定常値に安定します。 
機械の各相は異なる DC オフセットを経験し、ピーク オフセットは初期電流角度がゼロのときに発生します。メーカーから提供された、または試験から得られた機械のリアクタンスと時定数は、障害発生時の機械の動作を予測する上で非常に重要です。この情報は、潜在的な損傷を管理し、障害発生時のシステムの安定性を維持するのに役立ちます。 
これらの特性を理解することは、堅牢な電力システムを設計するために不可欠です。これらの試験から得られたデータにより、エンジニアは障害発生時にシステムがどのように動作するかを予測でき、損傷を制御してシステムの安定性を確保するための戦略の開発が容易になります。このアプローチにより、電力システムは障害に耐え、確実に動作し続けることができるため、電気ネットワークの完全性と安全性が維持されます。

無負荷の同期機で三相短絡試験を行い、その影響を調査します。
AC故障電流のオシログラムとそのDC...

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主要用語と概念

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.

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JoVE Core 電気工学 は、電気回路の基本概念と回路解析テクニックを網羅したアニメーションビデオシリーズです。オペアンプと回路変換および 1 次・ 2 次回路の概念を網羅しています。実験を撮影した実写動画では、設計例や現代社会での応用が含まれており、複雑な概念も分かりやすく学習いただけます。

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Synchronous Machine Fault Current Decay

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