Name: protective devices in power systems
Uploaded: 2024-11-21T14:54:31.000Z
Duration: 1 min 23 s
Channel: JoVE

Автоматический выключатель прерывает токи короткого замыкания, гася дугу, которая удлиняется и охлаждается для остановки потока электричества.
Выключатели классифицируются в зависимости от их рабочего напряжения и среды, используемой для тушения дуги.
Высоковольтные выключатели автоматически закрываются через 15–50 циклов после прерывания и блокируются, если неисправность сохраняется, что требует вмешательства оператора.
В низковольтных системах используются автоматические выключатели в литом корпусе с магнитными отключениями для больших токов короткого замыкания и тепловыми отключениями для меньших устойчивых перегрузок.
Упрощенный метод E/X облегчает выбор выключателя путем расчета максимального симметричного тока короткого замыкания с использованием напряжения до короткого замыкания и реактивного сопротивления системы, пренебрегая другими факторами.
Для генераторов двухтактные выключатели выбираются на основе субпереходного тока короткого замыкания, рассчитанного с использованием субпереходных реактивных веществ. Для синхронных двигателей применяются субпереходные или переходные реактивные сопротивления, в зависимости от скорости выключателя.
Предохранители, устройства максимального тока с плавким звеном в заполненной песком трубке, действуют как проводники при нормальной работе. Ток перегрузки повышает температуру соединения, в результате чего оно плавится и образует дугу.

Выбор автоматического выключателя и предохранителя

Circuit Breaker and Fuse Selection

Автоматический выключатель — это устройство, разработанное для прерывания токов короткого замыкания и иногда автоматического повторного включения. При обнаружении тока короткого замыкания выключатель разъединяет электрические контакты, что создаёт дугу. Эта дуга гасится такими методами, как удлинение, охлаждение или разделение, в зависимости от конструкции выключателя. Выключатели классифицируются на основе напряжения, при котором они работают, и среды, используемой для гашения дуги, например, воздух, масло, газ SF6 или вакуум.

В системах высокого напряжения автоматические выключатели обычно оснащены автоматическими механизмами повторного включения. Эти выключатели повторно включаются в течение 15–50 циклов после прерывания. Если неисправность сохраняется, они блокируются, требуя ручного вмешательства оператора. В системах низкого напряжения обычно используются двухпозиционные выключатели в литом корпусе. Эти выключатели используют магнитные мгновенные отключения для обработки крупных неисправностей и тепловые отключения для обработки мелких неисправностей.

Метод E/X упрощает выбор выключателя, вычисляя максимальный симметричный ток короткого замыкания. Этот подход использует характеристики напряжения до неисправности и реактивного сопротивления системы, игнорируя другие факторы. Для генераторов двухцикловые выключатели используются для расчёта сверхпереходного тока короткого замыкания, полагаясь на сверхпереходные реактивные сопротивления машины. Для синхронных двигателей сверхпереходные или переходные реактивные сопротивления рассматриваются на основе рабочей скорости выключателя.

Предохранители служат в качестве устройств защиты от сверхтоков, содержащих плавкую вставку внутри заполненной песком трубки. В нормальных условиях плавкая вставка проводит электричество. При возникновении тока перегрузки температура вставки повышается, что приводит к её расплавлению и образованию дуги. Предохранители определяются на основе четырёх ключевых факторов: номинальный ток, номинальное напряжение, номинал прерывания и характеристики задержки времени. Предохранители необходимо заменять вручную после того, как они расплавятся.

Как автоматические выключатели, так и предохранители играют важную роль в защите электрических систем от токов короткого замыкания и перегрузки по току. Автоматические выключатели, с их способностью автоматически повторно замыкаться и обрабатывать различные типы неисправностей, необходимы в высоковольтных и низковольтных приложениях. Предохранители, хотя и более простые и требующие ручной замены, обеспечивают надежную защиту, прерывая перегрузки по току. Понимание конкретных требований и характеристик электрической системы имеет решающее значение при выборе соответствующих защитных устройств для обеспечения безопасности и непрерывности работы.

Автоматический выключатель прерывает токи короткого замыкания, гася дугу, которая удлиняется и охлаждается для остановки потока электричества.
Отбойные молотки – это...

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

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 air, oil, SF6 gas, or vacuum.

High-voltage circuit breakers often include automatic reclosing. They can reclose within 15 to 50 cycles after an interruption. If the fault remains, the breaker locks out and an operator must reset it manually. In low-voltage systems, dual-trip molded case breakers are common. These use magnetic instantaneous trips for large faults and thermal trips for smaller faults.

The E/X method is used to simplify breaker selection. It finds the maximum symmetrical short-circuit current from the prefault voltage and the system reactance. It ignores other factors. For generators, two-cycle breakers are used to calculate subtransient fault current from subtransient machine reactances. For synchronous motors, subtransient or transient reactances are used, depending on breaker operating speed.

Fuses are overcurrent devices with a fusible link inside a sand-filled tube. Under normal conditions, the fusible link carries current. During an overload, its temperature rises, the link melts, and an arc forms. Fuses are selected by current rating, voltage rating, interrupting rating, and time-delay characteristics. After they melt, they must be replaced by hand. Circuit breakers and fuses both provide important protection against fault conditions, but they do so in different ways.

Protective Devices 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 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

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 circuit breakers and fuses protect power systems from faults and overloads, including trip types, arc extinction, reclosing, and fuse ratings.

Protective Devices 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

Protective Devices in Power Systems

Description

Transcript

Tags