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

При анализе токов короткого замыкания трансформаторы моделируются с использованием реактивного сопротивления утечки, в то время как линии электропередачи представлены эквивалентными последовательными реактивными сопротивлениями.
Синхронные машины моделируются как источники постоянного напряжения за субпереходными реактивными сопротивлениями.
Этот анализ исключает сопротивления обмотки и последовательные сопротивления, адмиттанты шунтов, дельта-Y фазовые сдвиги, сопротивление якоря, насыщение, салентность, невращающиеся импедансные нагрузки и небольшие двигатели мощностью менее 50 лошадиных сил.
Рассмотрим однолинейную схему синхронного генератора, питающего двигатель от двух трансформаторов и линии электропередачи. Трехфазное короткое замыкание анализируется с помощью эквивалентной цепи положительной последовательности.
Внутренние напряжения синхронных машин до отказа представлены за их субпереходными реактивными сопротивлениями.
Неисправность возникает при замыкании выключателя, что приводит к падению напряжения в точке неисправности.
Суперпозиция используется для расчета результирующего тока короткого замыкания. Если вектор совпадает с напряжением до короткого замыкания, вторая цепь представляет систему до неисправности.
Этот метод предсказывает поведение системы во время неисправностей, обеспечивая стабильность и снижая повреждения.

Короткие замыкания трёхфазной системы электропитания

Power System Three-Phase Short Circuits

Определение сверхпереходного тока короткого замыкания в энергосистеме включает представление трансформаторов их реактивными сопротивлениями утечки, линий электропередачи их эквивалентными последовательными реактивными сопротивлениями и синхронных машин как постоянных источников напряжения за их сверхпереходными реактивными сопротивлениями. В этом анализе некоторые элементы исключаются, такие как сопротивления обмоток, последовательные сопротивления, шунтирующие проводимости, сдвиги фаз дельта-Y, сопротивление якоря, насыщение, явность, невращающиеся нагрузки импеданса и небольшие двигатели мощностью менее 50 лошадиных сил, поскольку их влияние на сверхпереходный ток короткого замыкания незначительно или усложняет анализ, не влияя существенно на результаты.

При возникновении трёхфазного короткого замыкания неисправность моделируется с использованием двух противоположных источников напряжения с равными значениями фазора. Для расчёта тока замыкания применяется принцип суперпозиции. Это подразумевает использование двух противоположных источников напряжения с равными значениями фазора, что позволяет упростить систему, удалив значение фазора, тем самым изолируя компонент тока замыкания для более простого расчёта.

Процедура определения тока сверхпереходного замыкания включает в себя учет вкладов как генератора, так и двигателя. Используя начальные условия цепи и применяя соответствующие реактивные сопротивления, можно точно рассчитать ток сверхпереходного замыкания. Такой подход гарантирует, что анализ учитывает непосредственные эффекты замыкания на энергосистему.

Этот метод обеспечивает существенные сведения о поведении энергосистемы во время сбоев, позволяя инженерам проектировать системы, которые могут выдерживать такие события. Возможность прогнозировать сверхпереходный ток сбоя помогает поддерживать стабильность системы и минимизировать потенциальный ущерб. Понимание вклада различных компонентов во время сбоя и точное моделирование их реактивностей имеет решающее значение для эффективного управления сбоями.

Сосредоточившись на ключевых реактивностях и используя суперпозицию, этот анализ помогает в проектировании и управлении надёжными энергосистемами. Это обеспечивает надёжность и безопасность, позволяя применять эффективные стратегии смягчения последствий во время неисправностей. Прогнозирование поведения неисправности и понимание ее непосредственного воздействия жизненно важно для поддержания целостности электрических сетей, гарантируя, что энергосистемы могут продолжать надёжно работать в условиях неисправности.

При анализе токов короткого замыкания трансформаторы моделируются с использованием реактивного сопротивления утечки, в то время как линии электропередачи представлены эквивалентными последовательными реактивными сопротивлениями.
...

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

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