Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  5, N o . 2 ,  A p r il  201 5, p p 24 6 ~ 25 I S SN : 208 8-8 7 0 8           2 21     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Simplified Method for Single Line  to Grou nd-Fault Location in  Electri c al Power Distribu tion Sys t e ms       M.  Z a hri * , Y.  Mench a fo u ** H.  El M a rk h i  **,  M.  Habib i Labor ator y  of Telecommunication  and   Engin e ering Decision S y stems, Ibn To f a il  Universit y ,  Ken itra ,  Moroc c o   ** Labor ator y   of  Signals, S y stems a nd componen t s, Sidi Mohamed  Ben A bdellah U n iversity , Fez,  Morocco       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Dec 1, 2014  Rev i sed  Feb  12 , 20 15  Accepted  Feb 20, 2015      Power distribution s y stems play importa nt rol e s  in m odern s o ci et y. W h en   dis t ribution s y s t em  outages  occu r, s p eed y and pr ecise fau lt lo cat i on is crucia in acc el erat ing  s y s t em  res t orat i on, re ducing ou tage time  and significantly   improving sy stem reliability , an d then  improves the quality  of services and   custom er satisfaction .  In  this pap e r,  we propose  a reduced algori t h m  utilizing   the sum of  sending-end curren t s of the three phases to calcu late the fault  current and th er efore,  avo i d th iter a tiv e as pe ct   of the  cl as s i al gorithm  for  single lin e to gr ound fault  location and  redu ce its computational  charge. Th tes t  res u l t s  are  obtain e d from  t h e num er ical simulation using the data of  distribution  lin recognized  in  th e liter a tur e .   Keyword:  C o m put at i onal  cha r ge   Fau lt lo cation  Po wer Di st ri bu t i on  Sy st em s   Si ngl e l i n e - t o - g r o un faul t   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r M u st ap ha Za hr i ,    Lab o rat o ry   of  Tel ecom m uni cat i on a n d  E ngi neeri n g  Deci si on  Sy st em s,  Ibn  Tofail Un iv ersity,  Ken itra, Morocco Em a il: m u stap h a .zah ri@g m a i l .co m       1.   INTRODUCTION  Distribution  ne tworks a r e dis p erse d in eac h urba n and rura l region,  and a r e crossed  from each alle and st reet . Eac h  di st ri b u t i o feed er  h a s m a n y  laterals, su b - laterals, lo ad  tap s , balan c ed  an d   u n b a lan c ed  load  and  di f f ere n t  t y pes of c o nd u c t o rs [ 1 ] .  P o w e r di st ri b u tion syste m s (PDSs) are su bj ected  to  fau lt co nd itio n s   cause d by  vari ous s o urces s u ch as l o ad a b r upt  cha n ges, a dve rse weat her  con d i t i ons , eq ui pm ent s  fai l u re an d   external object  contacts. The  faults  statistics  can  o r ien t ate th e strateg i choices of c o m p anies and researchers   to  gu id e th eir  work toward s th e si n g l ph ase to   g r ou nd   fau l ts th at cau se the m a j o rity o f  po wer  d i sturb a nce.  Owi ng  t o  t h e   expa nsi on  o f  d i st ri but i o net w o r k ,  t o  t h ra di al  t o p o l o gy t h e exi s t e nce  of  sh ort  a n d   het e r oge ne ous  l i n es and al s o   a l o wer  de gree  of i n st rum e nt at i on i t  i s  very  di ffi c u l t  and c o m p l i cat ed t o  locat e   th e fau lt in  t h ese n e t w orks.    C u r r ent l y  t h e   onl y  t e c hni que  use d   f o r  l o cat i n g  fa ul t s  i n  di s t ri but i o sy st em s of el ect ri po we r i s  t h e   vi sual  i n spect i o n  o f  F P I  (Fa u l t  Passage  I n di cat ors )   whi c h i m poses an i m port a nt  t i m e  of  r e st orat i o [2] .     In rece nt  y ear s, m a ny   t echn i ques  have  be en p r o p o sed  f o r a u t o m a t e FL (Fa u l t  Loc a t i on) i n  t h di st ri b u t i o n  sy s t em s, t h ese m e t h o d s ca be  di vi de d i n t o t h ree  m a i n  cat eg ori e s:     Travel i n g  wa v e -base d  m e t hods:  i n  t h ese  m e t h o d s,  hi gh  f r e que ncy  c o m p o n ent s  o f   v o l t a g e  an d/ o r  c u r r e n t   m easured  at  s ubst a t i o n a r appl i e d  [ 3 ] ,   [4 ] .  The  di sa dva nt age  o f  t h e s e  m e t hod s i s  t h e nee d   of  hi g h - sam p l i ng fre q u e ncy ;  co nse que nt l y , ap pl y i ng  t h ese m e t hods  i s  ve ry  ex pe nsi v e.     Artificial in tellig en ce an d  statistical An alys is o r  h y b r i d  meth od s can   h e l p  op erat o r   o r   en g i n eers t o  do  m u ch laborious work, to  re duce  the tim e factor and t o  a voi the  hum an m i s t akes [5]-[8].    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     S i mp lified  met h od  f o r si n g l e l i n e  to   g r ou nd -Fau lt lo ca tion   in  electrica l power …   (Mu s taph a Za h r i)   22 2   Im pedance- bas e d m e t hods , i n   whi c h t h e f u n d am ent a l  fr eque ncy  c o m pone nt   of  v o l t a ge a n d  c u r r en t   m easured at  s ubst a t i o n, a r e use d  [9] - [ 13] These m e t hods  gene ral l y  can be easi l y  appl i e d and t h ey  are   cheape r  t h an the othe rs.  Howev e r, in d i v i du ally th ey  d o  no t fu lly co n s id er th e ch aracteristics o f  d i stribu tio n  system (unbalance d operation,  pres en ce  o f  in termed iate lo ad s, laterals, an d ti m e -v arying lo ad  p r o f ile), wh ich  significa ntly affect their pe rform a nce and  hi nde rs t h ei pra c t i cal  im pl em ent a t i on.     Fu rt h e rm o r e,  fro m  th e fau lt statistics, i t  can  b e  no ted  th at  th e sin g l p h a se to  g r ou nd  fau lts are th m o st frequent,  thus , the  strate gic ch oices of com p anies  and  resea r che r s wo r k s ca be  ori e nt at ed  t o wa r d s t h si ngl p h ase t o   gr o u n d   faul t  l o cat i o n [ 1 4] .  Thi s  l e us t o   wo r k   on  i m pr o v i n g fa ul t  l o cat i o n  al g o ri t h m s  in   term s of accuracy, sim p lic ity and c o m putational c h a r ge , si nce the  practical  use  of those  algorithm s  requi res   t h e i m pl em entat i on  on  p r og ra m m a bl e el ect r oni de vi ces.   The m a i n  ob je ct i v e of  t h pr op ose d  m e t hodol ogy  i s  t o  us e t h e sum  of s e ndi ng -e nd c u r r ent s   of t h e   three  phase s to calculate the fault curre nt  used t o   de termin ate th e fault lo catio n ,  in o r d e r t o  reduce th co m p u t atio n a ch arg e   o f  th e classic alg o rithm  fo r sing le lin e to groun d fau lt lo catio n and  to avo i d its iterativ aspect . The  pr op ose d  m e t hod  was val i d at ed  usi n g real  u nde r- gr o u n d  di st ri but i o n fee d er  d a t a  and M a t l a b as an  analysis tool.  The  rem a i nder  of t h i s  pa pe r  i s  or ga ni zed  as  follows: The  classical ite rative and the re duced  al go ri t h m s  are  prese n t e d i n  se ct i ons 2 a nd  3 respect i v el y ,  the test resu lts are sh own  in  Sectio n  4 ,   wh ereas th co n c l u sion of  th is wo rk  are  presen ted  in Sectio n   5 .       2.   ITERATIVE FAULT  L O CA TI ON  A L GO R I THM  After th d e tectio n  an d th e cl assificatio n   o f   th e fau lts, th FL pro cess is i n itialized . First ,  th e syste m   i s  di vi de d i n t o  n  bra n c h es,  w h ere  n i s  t h e n u m b er o f  p o ssi bl e pat h s (e n d   no des ) . F o r ea ch  bra n ch , t h e  faul t   di st ance i s  e s t i m at ed, usi n g  a n  i m pedance - b a sed m e t hod  [ 1 5] -[ 1 8 ] .             Fi gu re 1.   Si n g l e -p hase -t o- g r o u n d  fa ul t   m odel i n g       2. 1.   Ma them a t ical  devel o pme n t   The system  illustrated in  Figure   1,  co nt ai n s  a l o cal   bus a ge neri faul t e di st ri b u t i o n  l i n e wi t h   con s t a nt  fa ul t  r e si st ance (R F ) ,  an d a n  e qui val e nt  l o a d .   It is po ssi b l e to sho w  th at  for  a sing le ph ase-to -g ro und   fau l t  in   p h a se  m:     Smi Smr m m Fmr Fmi Fmr m Fmi m F V V M M I I I M I M R x . . . 1 1 2 2 1   (1 )       Where t h e s u bscri p t indices  r a nd i  repres ent, re sp ectivel y, the va riable s real and im a g ina r y pa rts,  the va riables  are as follows:   V sm    p h a se  m s e ndi ng  –e n d  v o l t ages ( i n v o l t s ) ;   V Fm    p h a s m f a u lt-po in p h a s e vo ltag e s (in vo lts) ;   x       fau lt po i n t to  lo ca b u d i sta n c e (in  kilometers) I Fm    fau lt cu rren t (in   a m p e res) .   Also,   M 1m  an M 2m  are  defi ne d i n  ( 2 )  an ( 3 )     k Ski mki Skr mkr m I Z I Z M ) ( 1  (2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  5, No . 2, A p ri l  20 15   :    22 1 – 2 3 0   22 3 k Skr mki Ski mkr m I Z I Z M ) ( 2  (3 )     Whe r e   k          pha ses  a,b   an d c;  Z mk       i m pe d a n ce bet w een  p h a se  an k [ /km ] ;   I Sk         p hase  k s e ndi ng -e nd  cur r ent  ( i am per e s) The fault distance  is  estim ate d  by  (4):     Fmr m Fmi m Smi Fmr Smr Fmi I M I M V I V I x . . . . 2 1  (4 )     Fro m  (4 ) it is p o ssi b l e to  ob tain  th e fau lt d i stan ce fro m  th e p a ram e ter s  o f  th e system:  th e fau lt  cur r ent  a n d t h e sen d i n g-e n vol t a ge s.  Si nce  v o l t a ges a r alr ead y k now n, an   iter a tiv e procedure  that update s   th e fau lt current is u s ed  to  estimate the fault  distance.    2. 2.   Fault Current Estimation P r ocedure   I n  equ a tion   ( 4 )  th e on ly unkn own   p a r a m e t e r  is th e f a u lt cur r e n t  IFm r , i. A ll  o t h e r   var i ab les ar sy st em  param e t e rs o r  m easure d   vari a b l e s.   Referri n g  to   Fig u re  1 ,  th fau l t cu rren t can be ob tain ed b y  (5 ):     La Sa Ra Sa Fa I I I I I  (5 )     Whe r I La  is the phase  a  l o ad  current.  Nev e rth e less, th e lo ad  curren t  d u ring  th fault p e riod  is d i fferen t  fro m  th p r e-fau lt lo ad  cu rren t,  du t o  vol t a ge dr o p s an d sy st em s dy nam i cs duri n g t h e fa ul t .  For t h i s  rea s on , an i t e rat i v e t echni q u e us ed t o   esti m a te th e lo ad  cu rren du ri n g  th fau lt, is  d e scri b e d as  follo w:          Fig u re  2 .  Con v en tio n a l iterati v e   Algo rith m       1)   Lo ad  cu rren du ri n g  th fau lt  I La  is ass u m e d to be  the  sam e   as the  pre -fa ult  load curre nt.  2)   Th fau lt cu rren t is calcu lated u s i n g (5   I L  = I S   I = I Sf   – I = I Sf   – I S   Deter m ina t ion of  x    Co m p utation of   V F   Update I L   Convergence of  I F  = I Sf  - I L   Deter m ina t ion of  x   The distance  is x  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     Simplified met h od f o r si ngle l i ne to  grou nd-Fault location  in  electrical power …   (Mu s taph a Za h r i)   22 4 3)   Fau lt d i stan ce i s  esti m a ted  u s i n g (1 ),  (2), and (3 ).  4)   Fault-poi nt vol t ages are  estimated using (6)    Fc Fb Fa cc cb ca bc bb ba ac ab aa Sc Sb Sa Fc Fb Fa I I I Z Z Z Z Z Z Z Z Z x V V V V V V .  (6 )     5)   L o ad  cu rr e n I L a  is up d a ted   u s i n g th fau lt-poin t  vo ltag e s i n   (7) an d (8 ):      T Fc Fb Fa ac ab aa La V V V Y Y Y I .  (7 )      1 ) ( Lpq pq pq Z Z x l Y   (8 )     Whe r e   Z pq  is the line  impe d ance  ( m utual  or  self)  betw een  ph ase  a n d  q ;   Z Lpq  is th e load imp e da n c e (mu t ua l or self)  b e tween  pha se  p an d q;  l is the tot a l line lengt h.    6)   Check if    h a conv erg e d, usin (9   ) 1 ( ) ( x x   (9 )     Whe r δ  i s  a  p r evi o usl y  de fi ne d t h res hol val u e a n d   α  is th iteratio n   n u m b e r.  7)   If  x  ha s c o n v er ged ,  st op  t h p r oce d ure;   ot he r w i s e,  g o   back  t o  st e p   2).         3.   PROP OSE D  ALGO RITH In th e case  o f   a b a lanced symme trical o p e ratio n ,  an alysis  o f  th ree-p h a se  syste m s is si m i lar to  t h at of  an e qui val e nt   si ngl e- p h ase s y st em characterized by  voltages, phase  c u rre nt s an p h a s e im pedan ces  of  t h e   powe r system Once  a signific ant asy mmetry appears  in t h conf igu r ation   or op eratio n of t h p o wer system , i t   i s  no l o n g e r  p o ssi bl e t o  est a bl i s h el ect ri cal  equat i o ns  usi ng  cy cl i c  im pedances. Thi s  i s  t h e  case o f  di st ri b u t i o n   net w or ks  w h er e t h e l o ad  i s   fu ndam e nt al l y  unbal a nced   due   t o  t h e  l a r g nu m b er of  u n e q u a l  si ngl e  p h ase  l o a d s .   An  add itio n a asy m m e try is  in trodu ced   b y  th e un ev en  s p acing  of the c o nductors  of three - phase lines and  un de rg ro u nd c a bl es.  Neut r a l  of  ge nerat o rs  and  p o we r t r ansf o r m e rs can be  g r o u nde d i n   di ff ere n t  way s   depe n d i n g o n  t h e p r ot ect i o n eeds,  po we r su ppl y  sy st em  an d t h e c h aract er i s t i c s of l o a d sup p l i e d .  Ge ne ral l y an im pedance  is placed bet w een the  ne utral  of the tra n s f ormer and the ea rt h to e n able  relay to detect single  lin to  g r ou nd  fau lts [19 ] Po wer  Di st ri b u t i on sy st em  can t h us  be m o d e l e d by  t h ree  v o l t a ge  gene rat o rs  wi t h  a  com m on poi nt  N  su pp lying   b a lan ced three si nu so i d al  v o ltages V1 , V2  a nd V3.  They a r connected to  th ree lo ad  im p e d a n c es,  vi a t h ree l i n es  num bere d 1,  2,  and  3.  A si m p l i f i e d m odel i ng o f  an el ect ri c a l  di st ri but i o net w or k i s  sh o w n i n   Fi gu re 3.           Fig u re  3 .  Sim p lified  m o d e lin g of an  electrical d i stribu tion   network      I 1 I 2  and  I 3 , t h e  cu rre nt s t h ro u g h  t h ree l o a d  i m pedan ces, t h us, t h ne utral  current is  zero.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  5, No . 2, A p ri l  20 15   :    22 1 – 2 3 0   22 5 0 3 2 1 3 2 1 Z V Z V Z V I I I I N  (1 0)     Ho we ver ,  i f  a  faul t   occu rs  o n   one   phase  ( S i ngl e  p h ase to   g r ou nd   fau lt), t h fau lt cou r an t is, th en,  tran sm it ted  to  t h n e u t ral v i a t h e ea rt h,   an t h e rel a t i on ( 1 0 )  becom e s:    0 1 1 3 2 1 3 2 1 Z V Z V R Z V I I I I f N   0 1 3 2 1 3 2 1 f N R V Z V Z V Z V I I I I   0 1 3 2 1 f f N I R V I I I I   0 3 2 1 I I I I I f N   (1 1)     Usi n g ( 1 1) , we  can cal cul a t e  t h e fa ul t  di st an ce wi t h out   hav i ng t o  g o  t h ro u gh t h e i t e rat i v e   m e t hod  o f   th e classical alg o rith m ;  th e red u c ed  al g o rithm   is th en  illu st rated  i n  Fi g u re  4 :   1)   Acqu isitio n of  th e sen d i n g -end  cu rren ts and   v o ltag e o f  each   p h a se;  2)   Faul t  cu rre nt  c a be cal c u l a t e usi n (1 1 ) ;   3)   Fau lt d i stan ce i s  so ob tain ed   usin g th e equ a tio n s  (1 ),  (2) and   (3).          Fi gu re  4.  Fa ul t  Locat i o re du ced al g o r i t h m .       4.   TESTS AND  RESULTS    4. 1.   Tests  To ve ri fy  per f o rm ances of t h i s  al gori t h m ,  we have  co nd uct e d seve ral  sim u l a t i ons u s i n g dat a  fr om  a  d i stribu tio n syste m  reco gn ized in  literature [20 ] The sy st em  t h at  we ha ve  st u d i e d i s  a  pa rt  o f  t h u nde rg r o un di st ri b u t i o net w or k, i t  i s  a l i n e f r o m   20  K V  di st ri bu t i on net w o r k o f  t o t a l  l e ngt h 2 2 . 5  Km , com pose d  o f  6  sect i ons  o f  di ffe ren t  l e ngt hs , si m u l a t e d   usi n di st ri b u t e param e t e r l i n e m odel  as s h ow n i n  Ta bl 1 .   Usi n g M a t l a b   [2 1]  as  si m u l a ti on t o ol 26  fa ul t  cases a r e si m u l a t e d at  di ff erent   FL  bet w een  0- 1 0 0 % ,   fo fault re sistance Rf  =1   and  f o r  di ffe re nt  l o a d   di st ri b u t i ons as  ex pl ai ned  i n   Tabl 2.     Balanced l o ads ;     L o ad  a t  th e le f t  e n d ;     L o ad  a t  th e r i gh t e n d .   The  fault  distance is calc u lated for eac h cas e using t h e cu rren ts and   v o ltag e s at th e inp u t o f  t h e lin e,  an d using  th e two algo rith m s  (classical and   red u c ed).      Tab l 1 .   Stud ied  Section s  of lin es Param e ters  I nput voltages [K V]  Vs=11. 547,   U=20  Rf [Oh m s]  10   L i ne im pedance [ O h m s/K m Z 1 =0. 56+j0. 831,  Z 0 =0. 845+j2. 7 42   L i ne section length[Km l1=2. 4  ;  l2=4; l3=4; l4=4;  l5=4.1; l6=4 ;  V     ,    I   I  =    I  +   I 2   +    I 3   Determination of  x   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     Simplified met h od f o r si ngle l i ne to  grou nd-Fault location  in  electrical power …   (Mu s taph a Za h r i)   22 6   Tab l e 2 .  Differen lo ad  d i stribu tio ns  balanced loads  Bus   Load  (KVA) Bus  Load  (KVA)  15  4 15   15  5 15   15  6 15   load at the lef t  end  Bus   Load  (KVA) Bus  Load  (KVA)  1 89, 5   0, 0, 1 5 0, 0, 1 6 0, load at the right en Bus   Load  (KVA) Bus  Load  (KVA)  0, 1 4 0, 0, 1 5 0, 3 0, 89, 5       4. 2.   Results   4. 2. 1.   Perfor mances  Comparison  The  pr op ose d  al go ri t h m  i s  ext e nsi v el y  t e st ed  in  co mp ariso n   with   th e conv en tion a l iterativ alg o rith m   to  verify th e effect  o f  th e fau lt lo catio n  (n ear   o r  far fro m  th e e n tran ce sectio n), th e fau lt resistan ce  and  l o a d   di st ri but i o o n  t h e  p e rf orm a nce o f   t h i s  m e t hod.   The pe rf orm a nces of   fa ul t  l o ca tion algori thm  are us ually  m easur ed by the errors  on the  fa ult   distance:     l estimated x actual x err ) ( ) ( (%)  (1 2)         W h er x(estimated) :  estimated fault distance (in  me ters) ;   x( actual) :  real  fault dist ance  ( i n meters) l : tot a l line lengt h (in  meters) .     Fig u res  5 ,   6  an d 7  illu st rate  so m e  o b t ain e d test resu lts,  fo Sing le Lin e  to  Gro und  fau ltswith  R 10 . T h obt a i ned  res u l t s  sh ow  a c o m p ari s on  bet w een  t w c u rves, the  first presents  t h e errors  on the  fault   distance usi ng  the classical iterative algorithm .  The seco nd tracks the errors on fa ul t  di st ance usi n g t h e new   redu ced  algo rit h m  (with ou t iteratio n s ).      Fr om  Fi gure  5, i t  can be  o b ser v e d  t h at  f o r t h e l o ad  di stribution at the left end, the curves are ,   ap pro x i m a tel y , th e sam e , wh ich  m ean s bo th  algorithm s  have the sam e  perform ances.  As seen  on Fi gu re 6 an d 7 ,  t h e erro rs o b t ai ned by  t h e pr o pose d  al g o r i t h m  are bet t er t h ant hose   obt ai ne d usi n g  t h co n v ent i on al   one .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  5, No . 2, A p ri l  20 15   :    22 1 – 2 3 0   22 7     Fi gu re  5.  Er ro r  o n   faul t   di st an ce f o r a  l o a d   di st ri but i o n at  t h e l e ft  en d           Fi gu re  6.  Er ro r  o n   faul t   di st an ce f o r a  l o a d   di st ri but i o n at  t h e ri g h t  e n d           Fi gu re  7.  Er ro r  o n   faul t   di st an ce f o r a  B a l a nc ed l o a d s   0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0 0.5 1.5 2 2.4 3.4 4.4 5.4 6.4 7.4 8.4 9.4 10.4 11.4 12.4 13.4 14.4 15.4 16.4 17.4 18.5 19.5 20.5 21.5 22.5 error   (%) fault   distance(km) err o r(%)   on   fa u l t   dis t ance,   load   dis t ribution   at   the   le ft   end Proposed   Algorithm Iterative   Algorithm 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0 0.5 1.5 2 2.4 3.4 4.4 5.4 6.4 7.4 8.4 9.4 10.4 11.4 12.4 13.4 14.4 15.4 16.4 17.4 18.5 19.5 20.5 21.5 22.5 error    (%) fault   distance   (km) err o r(%)   on   fa u l t   dis t ance,   load   dis t ribution   at   the   righ t   end Proposed   Algorithm Iterative   Algorithm 0 0.005 0.01 0.015 0 0.5 1.5 2 2.4 3.4 4.4 5.4 6.4 7.4 8.4 9.4 10.4 11.4 12.4 13.4 14.4 15.4 16.4 17.4 18.5 19.5 20.5 21.5 22.5 error   (%) Fault   distance(km) err o r   (%)   on   fa u l t   dis t ance,   Balanced   loads Proposed   Algorithm Iterative   Algorithm Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     Simplified met h od f o r si ngle l i ne to  grou nd-Fault location  in  electrical power …   (Mu s taph a Za h r i)   22 8   4. 2. 2.   Com p u t a t i o n a l  C h ar ge  C o mpari s on   In   com put er  s c i e nce, t h e   a n a l y s i s  of al g o r i t h m s   i s  t h e de t e rm i n at i on  of  t h e am ount   o f  res o urce (suc h a s  tim e a n d storage )   ne cessary to  exec ute them Both cha r acteristics can be  eval uated  by e x am ining t h e   structure  of the  algorithm .   A give n com puter will take a  discrete am ount of ti m e   to  execute each  of th e instructions i n volve d   wi t h  ca rry i n out  t h i s  al g o ri t h m .  The spec i f i c  am ount  o f  t i m e  t o  carry  o u t  a  gi ve n i n st r u ct i o n  wi l l  va ry   depe n d i n g o n   whi c h i n st r u ct i on i s   bei n g e x ecut e d a n d w h i c h com put er i s  execut i ng i t ,   b u t  o n  a c o n v e n t i onal  com puter, this  am ount will be  determ in istic.  Say that the  actions carried  out in step  1 are c onsi d ered t o   consum e tim e   T 1 , step 2 use s   tim e  T 2 , an d so fo r t h.  In the classica l iterative algorithm  above, s t eps  will onl y be run once  and  its m a y cons um e T ti m e .   Th l o op   i n  step 2 ,   3 ,   4 ,   5 ,   6  an d   7  is trick i er to ev al u a te. Th e inn e r i n stru ction s   o f  t h e loop  will  execut e   n t i m e s for eac h i n st ruct i o n ( w i t h  n  i s  t h e num ber of i t e rat i ons ),  whe r e n  vari es  bet w een  1 an d i > 1   depe n d i n on  t h e c o n v e r ge nc e o f   x, t h e t i m e co ns um ed i n  t h e l o o p  i s  t h en:      7 6 5 4 3 2 . T T T T T T n  (1 3)     The test in  step  8 c o ns um es T 8  tim e , and t h e s t ep 9 exec utes  T 9  ti m e .   Altoget h er, the total ti m e  requ ired t o  run the  algorithm  is:      9 8 7 6 5 4 3 2 1 . T T T T T T T T n T T classical  (1 4)     In t h othe ha nd , the  sim p lif ied alg o rithm  con s um es 3 st eps  with T 1 , T 2  and T 3  tim es  without any  loops  or tests, t h e total tim es  of this al gorithm   is then:     3 2 1 T T T T simplified  (1 5)       Table 3.  T o tal excusion  tim com p arison  T o tal tim e   iter a tif algor ith m   Pr oposed algor ith Best scenario (n=1 9 unit  of tim e   3 unit of tim e   Wo rst scen a r io  (n = i >1 (3 +6 . i)  unit of tim e   3 unit of tim e       In analyzing the com p lexity conpari so n i n  table3,  It ca n  be see n  t h at,  with a t h ird  c o m putational  com p lexity, the proposed al go rithm  allows not  only to   o b t ain th e perf or m a n ces  of the classical iterative   algorithm  of fault location  but  also t o  im prov e them  for  som e  load  distri b u tions .       5.   CO NCL USI O N   This pa per  pr o pos es an d disc usses a sim p lif ied  m e t hod f o r  single line to gr o u n d  fa ult location,  usin g   the se ndi ng -en d  c u r r ents  an voltage s, a n n e two r k  pa ram e ters.   Furt herm ore, t h e p r o p o se d algo rith m  allows, with a low com putati onal charge (with a  non-iterative  procedure), the fault location not onl y with the sam e  perform ances of  the conventional iterative algorithm ,   but als o   better  fo r s o m e  distributio n l o ad s.   The  perform a nces of t h is algorith m  are veri fied  by seve ral tests sim u latin g 26 cases  of s i ngle phas e   to g r o u nd  fault s  fo r di ffe rent  load  distrib u tions , u s in g real  un de r- gr o u n d  distrib u tion fe eder data  an d M a tlab  as an analysis t ool.      REFERE NC ES   [1]   R. Dashti, J. Sadeh. “Accu racy improvement o f  impedance-bas e d fau lt locatio n  method for p o wer distributio n   network using distributed-p aram eter  line model”.  Euro. T r ans. El ectr.  Power . DO I:10.1002/etep /1 690, no. 17 , Sep .   2012.  [2]   J.P Rognon, B. Raison. “Détection et lo calisatio n de défauts dan s  les résea ux de distribution HTA en présence  d e   génération d ' énergie d i sper e” . Ph. D .   disse rta tion,   Institut Na tion a l Po lytechniqu e de Grenoble , Fr ance 2005.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN:  2 088 -87 08  IJEC E V o l. 5, No . 2, A p ril 20 15    22 1 – 2 3 0   22 9 [3]   Bo ZQ, W e ller G, Redfern MA. “ A ccurate fau l t locat ion t echn i que for distribution s y st em using fault-gen e rated   high-frequen c y  transient vo ltag e  signals”.  IEE p r oceedings of G e neration ,  Transmission and Di stribution .  1 9 99;  146(1): 73–79.  [4]   Bo ZQ, Aggarwal RK, Johns AT. “A ve r y  accurate fau lt location techniqu e fo r distribution lin e with tappedof load” .   UPEC’97 . 1997; 432–435.  [5]   M.Zahri, Y. Menchaf ou, H. El  markhi, M. Habibi . “ANN and i m pedance combined method for fault location in   electrical power  distribution s y s t ems”.  Internatio nal Journal of Elec trical Eng i neering and Technology . vol. 5, Issue  9, September 20 14, pp . 29-38 [6]   R.  Ha rtste i n Sa lim,  M.   Re se ne r,  A.   D a rós Filome na ,   K.   Rezende Caino  d’Oliveira , A.   S u m a n Bretas . “ H y b ri d   Fault Diagnosis Scheme Implementation  fo r P o wer Distribution S y stems Au tomation”.  I E EE Transactions on   Power  Del i ver y Vol. 23 , No. 4,  October 2008 [7]   T. Da lstain and  B. Kuli cke .  “ N eural  network- a pproach  to  fau l t classification f o r high speed  pr otective relay i ng ”.  IEEE  T r ans. On  Power Del i ver y vol. 10 , No . 2 ,  A p r. 1995 , pp . 10 02-1011.  [8]   M. Mirzaei, M.Z. A Ab Kadir,  E.  moazami, H.  Hizam. “Review  of Fault Lo catio n Methods for Dostribution Power   S y s t em ”.   Austra lian  Journal of Ba sic and  Applied  Sciences . 3(3) 2670-2676, 200 9.  [9]   S.J. Lee, M.S. C hoi, S. H. Kang B.G. Jin, D.S .  L ee,  B . S. Ahn, N.S. Yoon, H.Y. K i m ,  and S.B. Wee. “An intellig en t   and efficien t fau lt location and d i agnosis  scheme for radial di stribution s y stems”.  IEEE T r ans. Power Del.  vol. 1 9 ,   no. 2 ,  pp . 524–5 32, Apr. 2004.  [10]   M . S .  Choi, S . J .  Lee, D.S .  Le e,  and  B.G. Jin.  “A new fault location algorit hm using direct ci rcuit an aly s is for  distribution s y ste m s” .   IE EE T r a n s. Power  Del . v o l. 19 , no . 1 ,  pp 35–41, Jan .  200 4.  [11]   J. Zhu, D.  Lub k eman,  and A.  Girgis . “Automated  fault lo ca tion and d i agnos is on electric p o wer distribu tio n   feeders I E EE T r ans. Power Del . vol. 12 , no . 2 ,  p p . 801–809 , Apr. 1997.  [12]   E.  Se nge r,  J.  Ma na sse ro,  G. , C.  Gold emberg, and E. Pellini. “Automated  fault loc a tion  s y stem  for prim a r distribution  networks”.  I EEE  T r ans. Power  Del . v o l. 20 , no . 2 ,  p t 2, pp . 1332–134 0, Apr. 2005.  [13]   André D. Filo mena, Mar i ana  Resener,  Rodrig o H. Salim, Ar turo S. Br etas “Fault location   for underground   distribution f e eders: An exten d ed impedance- based  form ulati on with capa c it ive curren t  com p ens a tion El ec t r   Power and  Ener gy Syst . 2009 ; 3 1 : 489–496.  [14]   Rognon, B. Rais on. “Localisatio n des dé fauts dans les réseaux HTA en présen ce  de génér a tion d’ énergie dispersée”.  Thèse de Do ctor at EEATS , soutenue Le 15  septembre 2006.       [15]   R.  Ha rtstein Sa lim,  M.   Re se ne r,   A.   Da rós Filome na ,  K .   Rezend e Caino d’Oliv eira,  A.  Suman Bretas. “Extend e d   Fault-Lo cation F o rmulation for   Powe r Distribution S y ste m s” IEEE Transactions  on Power Delivery . V o l .  24 , N o 2, April 2009.  [16]   A. Sum a n Breta s , R. Hartst ein  Salim . “ F ault L o cat ion  in Unba lanc ed DG S y st em s using the Positive Sequ enc e   Apparent Impedance”.  I EEE  PES Transmissi on and Distribution Conf eren c e  and Exposi t i on Latin Ameri c a,  Venezuela . 2006   [17]   R. Hartstein Sal im, M.  Resener, A.   Darós Filomena, A.  Suman Bretas . “Ground Distance R e lay i ng With Fault- Re sista n ce  Compe n sa tion for U nba la nc e d  S y stems” .   IEEE T r ansactions on Pow e r Deliv ery . Vol. 23, No. 3, Ju ly   2008.  [18]   R. Das. “Deter mining the  location of f a ults in distri bution sy ste m s” .  Ph. D .   disse rt ation ,  Un iv. S a s k at chew a n ,   Saskatoon, SK,   Canada. 1998 [19]   Le R é s eau  M o ye nne T e ns ion  ave c  Neutr e   Effe cti v em ent   m i s  à  la  Terre . [Onl ine] Availab l e:  http ://  www. riaed. n et   [20]   André D. Filomena, Mariana R e sener,  Rodrigo  H. Sal i m ,  Artu ro S. Br etas.  “ D istribution s y st em s fault  ana l ysis  cons idering  fau l t  res i s t an ce  es tim ation .   Electr  Po wer and En ergy  Syst . 2011 ; 33 : 1 326–1335  [21]   R. Patel  and K.V. Pagalthiv arth i. “M ATLAB-based modelling  of power sy stem  components i n  transient stability   anal ys is .   In tern ational  Journal  of Modelling  an d Simulati on . vo l. 25 , No . 1 ,  200 5, pp . 43-50     BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS         Za hr i  M u st a p h a  was born in   Agadir, Morocco on August 1,  1969; He r e ceiv ed th e electrical  engineering d e g r ee  in 1993  fr om Superior Na tion a l Schoo of electr i city   and mechanics  (ENS EM ), Cas a blan ca , M o rocco.He is  curr e n tl y   purs u ing t h e P h .D. degre e  in el ectr i c a l   engine eringa t th e Universit y   lbn  Totail , Facul t y   des Sciences, D e partment  of Physics ,  Kénitra ,   M o rocco; and  h e  is  at  the s a m e  tim e the h ead o f   the e l e c tri c it d e partm e nt  in th e  ele c tri c i t y  and  water d i stribut io n com p an in K e nitr a (RAK).   His  res earch int e res t s  includ e the dete ction an d fault loca tion ,  rem o te contro l sy st em s and  protection of  electrical  distribu tion networks       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN:  208 8-8 7 0 8     Simplified met h od f o r si ngle l i ne to  grou nd-Fault location  in  electrical power …   (Mu s taph a Za h r i)   23 0         Men ch afou  You s s e f  was born in Skoura, Bou l emane, Moro cco, on April 6 ,  199 0. He r e ceived   the el ec tronics   a nd Tel ecom m unica tion eng i neer i ng degree  in 201 3, from  the fa cul t y  of S c ien ces  and Technics (FST), Sidi M ohamed Ibn Abdullah Univ ersity, Fez, Morocco , where h e  is   currently  pursuing the Ph.D. deg r ee in electr ical engineering.  His resear ch in te rests inc l ude  fau lt d e te ctio n  and  location, and d i stributed  generatio n               Hassane  El mar khi  was born  in Morrocco on 1971. He received th e Engin eer degr ee in   electri cal  engin e ering from  HassanIIUniversit y ,   Casablan ca in 1 995. He receiv e d  his Habilit at ion  degree  in signal processing fo wireless communications from  Sidi Mohamed Ben Abdellah  University , Fez in 2007. He is currently  a profes s o r in the Department of Electr i cal Engin eering   with S c ienc e an d Techni ca l F a c u lt y, F ez (M oro cco). His  m a in r e s earch  inter e s t s  include s m art   grid, f a ul t lo ca ti on, and  ren e wab l energ y  s y s t em s .                 M o hame d Habibi  was born in 1957 in Khémisset in Moro cco. He r e ceiv ed his Thesis   d’Univers ité  de  3° C y cl e (E le ctr onics ) from  the   Université  of Sc ienc es   and Tech niques, Lille  Flandres Artois, France,  in 1985  and the State d o ctoral thesis (Electronics) from the Univers ity   Mohammed V,  Ecole Mohammadia d’lng é nieur s Rabat, Morocco, in 1993. He  was member of   the Labor atoir e  d’Electronique et Communicati ons since 198 9 at the  ‘E cole  Mohamm adia   d’lngénieurs’, R a bat. He was  responsible of the Laborato i re  d’ Automatique et  de Micro-ondes   (LAM O) and pres entl y he  is  m e m b er of the Lab o ratoir e des  S y s t èm es  de Tél éco m m unications  et   Ingénier ie de la  Décision (LASTID) since 2005. He  is Professor  of Electrical En gineer ing at the  Univers ité lbn T o tail , F acul t é de s  S c iences , Dép a rtem ent de P h ys ique, Kénitr a,  M o rocco s i nce  1985. He is wor k ing on  applications of microwav es.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.