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

Для изучения его влияния проводится трехфазное испытание на короткое замыкание на ненагруженной синхронной машине.
Осциллограмма тока короткого замыкания переменного тока без смещения постоянного тока, соответствующая одной фазе разгруженной синхронной машины, показывает уменьшение амплитуды сигнала от начального максимума до стационарного значения.
Это связано с магнитным потоком, вызванным токами короткого замыкания якоря, которые смещаются с трасс с высоким сопротивлением на пути с более низкими сопротивлениями, увеличивая индуктивность якоря. Это можно смоделировать с помощью изменяющейся во времени последовательной R-L-схемы.
Стандартная теория машин предоставляет специфические реактивные сопротивления, используемые для расчета мгновенного тока переменного тока, составляющего среднеквадратичное напряжение на клемме до замыкания от линии к нейтрали.
Среднеквадратичный субпереходный ток короткого замыкания определяется в момент времени равным нулю постоянной времени субпереходного процесса по прямой оси, и с течением времени среднеквадратичный ток короткого замыкания переменного тока приближается к своему установившемуся значению.
Каждая фаза имеет разное смещение постоянного тока, достигая пика, когда альфа равна нулю.
Реактивные сопротивления оборудования и временные константы, предоставленные производителями или полученные в результате испытаний, помогают прогнозировать поведение энергосистемы во время неисправностей, обеспечивая контроль повреждений и стабильность системы.

Трехфазное короткое замыкание - Ненагруженная синхронная машина

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

Проведение трёхфазного теста короткого замыкания на ненагруженной синхронной машине помогает понять его влияние на систему. Осциллограмма переменного тока короткого замыкания с удалённым смещением постоянного тока показывает, что амплитуда формы сигнала уменьшается от изначально высокого значения до стационарного уровня для одной фазы машины.

Такое поведение происходит из-за магнитного потока, создаваемого токами короткого замыкания якоря. Первоначально эти токи следуют по путям с высоким сопротивлением, но со временем смещаются на пути с низким сопротивлением, тем самым увеличивая индуктивность якоря. Эту динамику можно представить с помощью изменяющейся во времени цепи последовательного резистора-индуктора (R-L).

Согласно стандартной теории машин, для расчёта мгновенного переменного тока короткого замыкания используются определённые реактивные сопротивления, такие как сверхпереходные, переходные и установившиеся реактивные сопротивления. Этот расчёт основан на среднеквадратичном значении напряжения линии к нейтрали до повреждения. Среднеквадратичное значение сверхпереходного тока короткого замыкания в момент повреждения определяется сверхпереходным реактивным сопротивлением короткого замыкания по прямой оси и соответствующей постоянной времени. Со временем среднеквадратичное значение переменного тока короткого замыкания стабилизируется до своего установившегося значения.

Каждая фаза машины испытывает разное смещение постоянного тока, при этом пиковое смещение происходит, когда начальный угол тока равен нулю. Реактивные сопротивления и постоянные времени машины, предоставленные производителями или полученные в результате испытаний, имеют решающее значение для прогнозирования поведения машины во время неисправностей. Эта информация помогает управлять потенциальным повреждением и поддерживать стабильность системы во время неисправностей.

Понимание этих характеристик необходимо для проектирования надежных энергосистем. Данные, полученные в результате этих испытаний, позволяют инженерам прогнозировать, как система будет вести себя в условиях неисправности, что облегчает разработку стратегий контроля повреждений и обеспечения стабильности системы. Такой подход гарантирует, что энергосистемы смогут выдерживать неисправности и продолжать надёжно работать, тем самым поддерживая целостность и безопасность электрических сетей.

Для изучения его влияния проводится трехфазное испытание на короткое замыкание на ненагруженной синхронной машине.
Осциллограмма тока короткого замыкания переменного тока с его постоянным током ...

three-phase-short-circuitunloaded-synchronous-machine

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Электротехника

Unit 1

Раздел 1

Symmetrical and Unsymmetrical Faults

Симметричные и несимметричные повреждения

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

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.

electrical engineering

Synchronous Machine Fault Current Decay

Description

Transcript

Tags