I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   9 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   2 0 2 0 ,   p p .   171 ~ 179   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j aa s . v 9 . i3 . p p 1 7 1 - 179       171       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   Fault   a na ly sis   in   po w er   sy ste m   usi ng   po w er   sy ste m s   co m p uter   a ided   desig n       A m a nze   Chu k w ue bu k a   F o rt un e 1 ,   A m a nze   Dest i ny   J o s ia h 2   1 De p a rtme n t   of   El e c tri c a l   En g in e e rin g ,   Un iv e rsity   of   Ni g e ria,   Nig e ria   2 De p a rtme n t   of   P e tr o leu m   En g in e e rin g ,   Un iv e rsity   of   U y o ,   Nig e ria       Art icle   I nfo     AB ST RAC T   A r ticle   his to r y:   R ec eiv ed   Dec   6 ,   201 9   R ev i s ed   Ma r   4 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   A p r   25 ,   2 0 2 0       T h is   w o rk   p re s e n ts   a   fa u lt   a n a ly sis   si m u latio n   m o d e l   of   an   IEE E   30   b u s   s y ste m   in   a   d istri b u t io n   n e tw o rk .   T h is   w o rk   an a l y se d   th e   e ff e c t   of   f a u lt   c u rre n t   a n d   f a u lt   v o lt a g e   in   a   d istri b u ti o n   sy ste m .   A   c ircu it   b re a k e r   w a s   in tro d u c e d   in t o   th e   sy ste m   to   n e u tralize   th e   e f f e c t   of   th e   f a u lt .   Th e   sy ste m   w a s   ru n   on   a   P S CA D   so f t wa re   a n d   re su lt s   w e re   o b tain e d .   T h e   s y ste m   wa s   m o n it o re d   b a se d   on   t h e   sta rt   ti m e   a n d   th e   e n d   ti m e   of   th e   f a u lt   a n d   how   w e ll   th e   c ircu it   b re a k e r   re a c ts   with   th o se   ti m e s.   F a u lt   o c c u rre d   f ro m   0 . 1 0 0   to   0 . 3 0 0   se c o n d s   b e f o re   it   w a s   re m o v e d .   At   th e   ti m e   f a u lt   wa s   not   a p p li e d   (i. e .   f ro m   0 . 0 0   to   0 . 1 0 0   a n d   f ro m   0 . 3 0 0   to   0 . 7 2 ) ,   th e   c ircu it   b re a k e r   wa s   c lo se     a n d   b e c a m e   o p e n   w h e n   f a u lt   w a s   a p p li e d   so   as   to   c u t   o f f   c u rre n t   f lo w   th ro u g h   th e   li n e . T h e   re su lt   o b tai n e d   g a v e   th e   d isru p ti o n   c a u se d   by   th e   f a u lt   a n d   t h e   q u ick   re sp o n se   of   th e   c irc u it   b re a k e r   in   n e u tralizin g   it .   Re s u lt s   g o tt e n   a re   b a se d   on   w h e n   th e   c ircu it   b re a k e r   is   c lo se   a n d   no   f a u lt   is   a p p li e d     a n d   w h e n   th e   c ircu it   b re a k e r   is   o p e n   due   to   f a u lt .   F r o m   th is   w o rk ,   it   w a s   o b tai n e d   th a t   c ircu it   b re a k e rs   a re   v e r y   e ss e n ti a l   in   s y st e m   p ro tec ti o n     a n d   re li a b i li ty .   K ey w o r d s :   C ir cu it   b r ea k er   Fau lt   c u r r en t   Fau lt   v o ltag e   P o w er   s y s te m   P SC AD   T h is   is   an   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r   th e   CC   BY - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Am a n ze   C h u k w u eb u k a   Fo r tu n e,     Dep ar t m en t   of   E lectr ical   E n g i n ee r in g ,   Un i v er s it y   of   Ni g er ia,     Nsu k k a   -   O n it s h a   R d ,   Nsu k k a,   Nig er ia .   E m ail:   f o r tu n ea m a n ze @ g m a il . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Fau lt   o cc u r r en ce   in   p o w er   s y s te m   is   i n ev itab le.   Hen ce ,   in   ev er y   p o w er   s y s te m   d esi g n   p r o ce d u r e,   th ese   f au lts   ar e   co n s id er ed   an d   an al y s ed ,   t h eir   lik el ih o o d   of   o cc u r r en ce   is   d eter m i n ed   an d   th e   b est   w a y s   to   h an d le   t h e m   ar e   ea r m ar k ed   so   as   to   i m p r o v e   s y s te m   s tab ilit y ,   r u g g ed n ess ,   m ai n ten an ce   co s t   an d   r eliab ilit y . T h e   f a u lt   an al y s is   of   a   p o w er   s y s te m   is   r eq u ir ed   in   o r d er   to   p r o v id e   in f o r m a tio n   f o r   th e   s elec tio n   of   s w itc h g ea r ,   cir cu it   b r ea k er s ,   an d   th e   s etti n g   of   r ela y s ,   to   be   u s ed   in   th e   p o w er   s y s te m s   p r o tectio n .   A   p o w er   s y s te m   is   n o t   s tatic   b u t   c h a n g es   d u r i n g   o p er atio n   ( s w itc h i n g   on   or   of   of   g e n er ato r s   an d   tr an s m is s io n   li n es)   an d   d u r i n g   p lan n i n g   o p er atio n   ( ad d itio n   of   g e n er ato r s   an d   tr an s m i s s io n   li n es).   T h u s ,   f au lt   s tu d ie s   n ee d   to   be   r o u tin el y   p er f o r m ed   by   u tili t y   en g i n ee r s   [1 - 3 ] .     Fau lt   u s u all y   o cc u r   in   a   p o w er   s y s te m   d u e   to   in s u latio n   f ail u r e,   lig h t n in g   f las h o v er ,   p h y s ic al   d am a g e   or   h u m an   er r o r .   T h ese   f au l ts   m a y   e ith er   be   t h r ee - p h a s e   in   n atu r e   i n v o lv i n g   all   t h r ee   p h a s es   in   a   s y m m etr ica l   m an n er ,   or   m a y   be   as y m m etr i ca l   w h er e   u s u all y   o n l y   o n e   or   t w o   p h ase s   m a y   be   in v o lv ed .   Fau lt s   m a y   also   be   ca u s ed   by   eith er   s h o r t - cir c u it s   to   ea r th   or   b et w ee n   li v e   co n d u cto r s ,   or   m a y   be   ca u s ed   by   b r o k en   co n d u cto r s   in   o n e   or   m o r e   p h a s es.   So m et i m es   s i m u lta n eo u s   f au l ts   m a y   o c cu r   i n v o l v i n g   b o th   s h o r t - cir cu it   f a u lt   an d   b r o k e n - co n d u cto r   f au l t   ( also   k n o w n   as   o p en - cir cu it   f au lt).   B alan ce d   th r ee   p h ase   f a u lts   m a y   be   an aly s ed   u s i n g     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N : 2 2 5 2 - 8814   I n t J   A d v   A p p l Sci Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 0 :   1 7 1     1 7 9   172   an   eq u i v ale n t   s i n g le - p h ase   c ir cu it.   W it h   a s y m m etr ical   th r ee - p h a s e   f au l ts   t h e   u s e   of   s y m m etr ical   co m p o n e n t s   h elp s   to   r ed u ce   t h e   co m p le x it y   of   t h e   ca lc u latio n s   as   t r an s m is s io n   l in e s   ar e   b y an d - lar g e   s y m m etr ica l,   alth o u g h   th e   f a u lt   m a y   be   as y m m etr ical   ( n o t   af f ec t in g   t h e   li n es   t h e y   o cc u r   on   th e   s a m e   w a y )   [ 4 ] .   Du r in g   t h e   o p er atio n   of   p o w er   s y s te m s ,   it   is   d esira b le   to   s w i tch   on   or   o f f   t h e   v ar io u s   cir cu it s     ( e. g . :   tr an s m is s io n   l in e s ,   d is tr ib u to r s ,   g e n er ati n g   p lan t s   etc)   u n d er   b o th   n o r m al   a n d   ab n o r m al   co n d it io n s .   In   ea r lier   d ay s ,   th is   f u n ctio n   u s e d   to   be   p er f o r m ed   by   a   s w itc h   an d   a   f u s e   p lace d   in   s er ie s   w i th   t h e   cir cu it   [ 5 ,   6 ] .   Ho w e v er ,   s u c h   m ea n s   of   co n tr o l   p r esen t   t w o   d is ad v an tag e s .   Firstl y ,   w h en   a   f u s e   b lo w s   o u t,   it   tak es   q u ite   s o m e   ti m e   to   r ep lace   it   a n d   r e s to r e   p o w er   s u p p l y   to   t h e   c u s to m er s   [ 7 ] .   Seco n d l y ,   a   f u s e   c an n o t   s u cc es s f u ll y   in ter r u p t   h ea v y   f a u lt   cu r r en t s   th at   r esu lt s   f r o m   m o d er n   h ig h   v o lta g e   an d   h i g h   ca p ac it y   c ir cu its   [ 8 ] .   Du e   to   th ese   d is ad v a n ta g es,   th e   u s e   of   s w itc h es   an d   f u s e s   is   l i m ited   to   lo w - v o lta g e   a n d   s m al l   ca p ac it y   c ir cu it s   w h er e   f r eq u en t   o p er atio n s   ar e   n o t   ex p ec ted   e. g :   f o r   th e   s w i tch i n g   a n d   p r o tectio n   of   d is tr ib u tio n   tr a n s f o r m er s ,   lig h ti n g   cir c u its ,   b r an c h   cir cu i ts   of   d is tr ib u t io n   li n es   etc.   [9 - 17]   W ith   th e   ad v an ce m e n t   in   tech n o lo g y ,   d e v ices   t h at   h an d le   f au lts   b etter   a n d   also   s w itc h   f aster ,   h av e   b ee n   d ev elo p ed .   C ir c u it   b r ea k er s   ar e   d e s ig n ed   to   m a n u al l y   or   a u to m a ticall y   s w itc h   h ig h   v o ltag e,   h i g h   ca p ac it y   p o w er   co m p o n en ts .   A   c ir cu it   b r ea k er   can   m a k e   or   b r ea k   a   cir cu it   au to m atica ll y   u n d er   f a u lt   co n d itio n   or   m a y   be   o p en ed   m an u all y   or   by   r e m o te   co n tr o l   w h e n ev er   d esire d   u n d er :   no - lo ad ,   f u ll - lo ad   an d   s h o r t - cir cu i t   co n d itio n s .   W h e n   th e   co n tact s   of   a   cir cu it   b r ea k er   ar e   s ep ar ated   u n d er   f au lt   co n d itio n s ,   an   ar c   is   s tr u ck   b et w ee n   t h e m .   T h e   f a u lt   c u r r en t   is   t h u s   ab le   to   co n t in u e   u n ti l   th e   d i s ch ar g e   ce ase s .   T h e   p r o d u ctio n   of   ar c   n o t   o n l y   d ela y s   cu r r en t   in ter r u p ti o n   b u t   it   also   g e n er ates   e n o r m o u s   h ea t   w h ic h   m a y   ca u s e   d a m ag e   to   t h e   s y s te m   or   to   th e   cir cu it   b r ea k er   its elf .   T h er ef o r e,   th e   m a in   p r o b le m   in   a   cir cu it   b r ea k er   is   to   ex ti n g u is h   th e   ar c   w it h i n   th e   s h o r tes t   p o s s ib le   ti m e   so   th at   th e   h ea t   g en er ated   by   it   m a y   n o t   r ea ch   a   d an g er o u s   v alu e   [ 1 8 ] . C ir cu it   b r ea k er s   m a y   v ar y   in   th e   t y p e   of   m ec h a n is m   or   m ater ial   u s e d   f o r   ar c   q u en ch i n g   an d   also   in   th e   v o lta g e   it   ca n   o p er ate   at   s af el y ;   in   s ize   a n d   in   ca p ac it y   of   f a u lt   cu r r e n t   it   ca n   w it h s ta n d .   Fau lt s   ca u s e   u n r eliab ilit y   a n d   in s tab ilit y   in   p o w er   s y s te m s .   U n h a n d led   f a u lts   ca u s e   b r ea k d o w n     of   p o w er   li n es   an d   e x p en s iv e   p o w er   s y s te m   d ev ices   ( s u c h   as   g e n er ato r s ,   tr an s f o r m er s   a n d   tr an s m i s s io n   li n es,   etc)   w h ic h   ca u s e   ec o n o m ic   m eltd o w n s   a n d   e v e n   lo s s   of   li v e s .   D u r in g   p o w er   li n e   m ai n te n a n ce ,   it   is   s ac r o s a n ct   to   be   a b le   to   is o late   th e   p ar t   u n d er   m ai n ten a n ce   f r o m   ele ctr ical   p o w er   f o r   th e   s a f et y   of   th e   p o w er   lin e   m ai n ten a n ce   e n g i n ee r .   I s o lati o n   of   p o w er   lin e s   is   m u ch   li k e   s w itch in g ,   th er e   is   b o u n d   to   be   d an g er o u s   ar cs   esp ec iall y   w h e n   th e   s w itc h i n g   is   s lo w   an d   al s o   w h e n   th e   ar c - h a n d li n g   m ec h an is m   is   n o t   v er y   e f f ec ti v e.   T h ese   ar cs   d am a g e   th e   s w itc h i n g   d e v ices   w h en   t h e y   ar e   u s ed   o v er   s o m e   p er io d   of   tim e.   T h e   aim   of   th is   s t u d y   is   to   an al y s e   f a u lt   in   a   p o w er   s y s te m   a n d   d eter m i n e   f a u lt -   c u r r en t s   an d   v o lta g es   r ela tio n s h ip s   u s i ng   P o w er   S y s te m s   C o m p u ter   A id ed   Desi g n   ( P SC A D) .   T h e   o b j ec tiv es   of   th i s   wo r k   ar e   to :   -   An al y s e   f au l ts   on   an   I n ter n at io n al   E lectr ical   an d   E lectr o n i cs   E n g in ee r s   (IEEE)   s tan d ar d   30 - b u s   test   s y s te m   w it h o u t   p r o tectio n .   -   An al y s e   t h e   o p er atio n   an d   ch a r ac ter is tics   of   a   v ac u u m   cir cu i t   b r ea k er   u s i n g   P SC AD   -   A n al y s e   t h e   ef f ec t   of   t h e   ap p licatio n   of   a   v ac u u m   cir c u it   b r ea k er   in   t h e   p r o tectio n   of   a   s tan d ar d   IEEE   b u s   s y s te m   u s i n g   P SC A D.   I n ter n atio n al   elec tr ical   an d   e l ec tr o n ic   en g i n ee r s   (IEEE)   s ta n d ar d   30   b u s   s y s te m   w as   u s ed   in   t h i s   an al y s is .   T h e   s y s te m   is   132kV     33   kV   s ta n d ar d .   I ts   lo ad   p ar am eter s   w er e   e s tab lis h e d   in   p er   u n i t   ( p u )     an d   b ased   on   1 0 0 MV A   r ati n g .   T h e   IEEE   s tan d ar d   is   ap p l icab le   in   a   p h y s ical   s y s te m   a n d   d ep icts   a   t y p ica l   s y s te m   w h ic h   is   u s ab le   in   a n y   o t h er   ex p er i m e n tal   a n al y s i s .   T h is   s t u d y   an d   a n al y s is   ar e   b ased   on   alr ea d y   estab lis h ed   ex p er i m e n tal   d ata ,   f au lt   a n al y s i s   u s i n g   p o w er   s y s te m   s i m u lat io n   s o f t w ar e   ( P SC A D) .   T h e   w o r k   co v er s   ar ea s   of   co m p u tatio n a l   an al y s i s   of   p o w er   s y s te m   d ev ices   on   a   tr an s m i s s io n   n et w o r k ,   f au lt   co n tr o l   alg o r ith m s ,   a n d   cir cu it   b r ea k er   o p er atio n   s i m u latio n   in   s o f t war e.   Fau lt   a n al y s i s   in   p o w er   s y s te m s   h elp   in   t h e   d eter m i n atio n   of   s w itc h es   ca p ac ities   a n d   v o ltag es   to   be   e m p lo y ed   in   t h e   p r o tectio n   s ch e m e   of   p o w er   s y s te m s .   D u r in g   f a u lt s   v er y   h ig h   c u r r en t   m ag n it u d es   h a v e   to   f lo w   t h r o u g h   th e   p r o tectiv e   s w itc h e s   ev en   as   t h e y   atte m p t   to   o p en   to   is o late   th e   f au lt.   T h e   m a x i m u m   v al u e   of   th ese   c u r r en t s   d ep en d s   on   t h e   o v er all   p o w er   s y s te m   p a r a m eter s   s u c h   as   to tal   a v ail ab le   p o w er   in   ea c h   co m p o n e n t   a n d   th e   v o ltag e s .     P r o tectio n   in   p o w er   s y s te m s   is   as   i m p o r tan t   as   th e   s y s te m   it s elf .   Ov er   th e   y ea r s   cir cu it   b r ea k er s   h a v e   b ee n   e m p lo y ed   in   t h e   p r o tec tio n   of   p o w er   li n es,   g e n er ato r s ,   tr an s f o r m er s   a n d   ev er y   o t h er   co m p o n e n t   of     th e   p o w er   s y s te m .   T h e   m aj o r   p r o b lem s   in   p r o tectio n   ar e   in   th e   s w itc h in g   on   an d   o f f   of   th ese   co m p o n e n ts .   C ir cu it   b r ea k er s   v ar y   in   s u c h   p ar am eter s   as:   v o lta g e   ( b ec au s e   in   th e   o p en   s tate,   t h e y   ar e   lik e   ca p ac ito r s   th a t   m u s t   h a v e   h ig h   e n o u g h   d iele ctr ic   s tr en g t h   to   w i th s tan d   b r ea k d o w n   as   a   r es u lt   of   t h e   v o ltag e   ac r o s s   it),   an d   cu r r en t   ( b ec au s e   in   th e   clo s e d   s tate,   th e y   ar e   li k e   co n d u ct o r s   w h ich   m u s t   be   ab le   to   ca r r y   all   t h e   d y n a m ic   cu r r en ts   of   th e   s y s te m ) .   T h e   f o llo w i n g   ar e   f au lt   s t u d ies   a n d   cir cu it   b r ea k er s   an a l y s is   e x is tin g   in   li ter atu r e.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   A d v   A p p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8814       F a u lt a n a lysi s   in   p o w er sys te u s in g   p o w er sys tems c o mp u ter a id ed   d esig n   ( A ma n z e   C h u kwu eb u ka   F o r tu n e )   173   Mo d elin g   of   circu it b r ea ke r   fo r   co n tr o lled   s w itch in g   a p p lica tio n s   u s in g   P S C A D/E MT DC   T h is   p r esen t s   t h e   elec tr ical   an d   m ec h a n ical   m o d elli n g   of   a   cir cu it   b r ea k er   in   P o w e r   S y s te m   C o m p u ter   A id ed   Desi g n   /   E lectr o m a g n etic   T r an s ien t s   in clu d i n g   Dir ec t   C u r r en t   ( P SC A D/E M DT C )   en v ir o n m e n t.   A cc o r d in g   to   [ 1 9 ] ,   f o r   co n tr o lled   s w itc h i n g   ap p licatio n s   t h at   m ai n l y   o cc u r   d u r in g   lo ad   s w itc h in g   a n d   f a u lts ,   cir cu i t   b r ea k er s   c h ar ac ter is t ics   p la y s   an   i m p o r tan t   r o le   in   d eter m i n in g   th e   i n s ta n t     of   clo s in g   an d   o p en i n g .   T h e   k e y   p ar a m eter s   th at   ca n   af f ec t   t h e   ac cu r ac y   of   cir cu it   b r ea k er   s w i tch i n g     in s ta n t s   ar e:   a.   Op er atin g   ti m e   of   p h y s ical   co n tacts   of   cir cu it   b r ea k er   b.   R ate   of   d ec a y   of   d ielec tr ic   s tr en g t h   ( R DDS)   c.   R ate   of   r is e   of   d ielec tr ic   s tr en g th   ( R R D S)   d.   A r ci n g   t i m e     F a u lt   a n a lysi s   of   th e   1 5 0 kV   S o u th   S u l a w esi   tr a n s mi s s io n   s yst em   u s in g   P S C A D/E MT DC     In   th e   w o r k   of   [ 2 0 ] ,   s h o r t   cir cu it   f a u lt   w a s   co n s id er ed   as   o n e   of   th e   c h ar ac ter is tic s   of   tr an s ie n t   d is tu r b an ce s   in   elec tr ic   p o w e r   s y s te m s   t h at   m u s t   be   ad d r ess ed   by   s a f et y   eq u ip m en t s .   It   d e m o n s tr ates   t h at     th e   i n cr ea s e   in   o cc u r r en ce   of   s h o r t   cir c u it   g e n er ates   lar g e   e lectr ical   cu r r e n ts   a n d   at   a   v er y   lo w   v o lta g e.   T h i s   r esear ch   clai m s   to   ad d r ess   t h e   s i m u latio n   of   s h o r t   cir cu it   in ter r u p tio n   in   a   1 5 0 k V   tr an s m is s io n   lin e.     T h e   m et h o d   is   u s ed   to   p er f o r m   th e   s i m u latio n   w i th   t h e   h el p   of   P SC A D   /   E MT DC   an d   P W S   ( P o w er   W o r ld   Si m u lato r )   s o f t w ar e’ s   to   o b tai n   th e   c h ar ac ter is tic   of   cu r r en t   an d   v o ltag e   on   th e   1 5 0 k V   tr a n s m i s s io n   n et w o r k   in   So u th   S u la w e s i.   It   ex a m i n e s   th e   c h an g es   in   c u r r en t   an d   v o ltag e   d u r i n g   s h o r t   cir cu it   f a u lt   w it h   or   w i th o u t   f au lt   i m p ed a n ce   an d   f a u lt   lo ca tio n   d is ta n ce .     A n a lysi s   of   r esea r ch   and   d ev el o p men t   tr en d s   in   va c u u circu it b r ea ke r s   A cc o r d in g   to   [ 2 1 ] ,   s ev er al   co m p a n ie s   in   t h e   b eg in n i n g   of   th e   t w e n tiet h   ce n tu r y ,   n o tab l y   Gen er al   E lectr ic   an d   W esti n g h o u s e   in   t h e   Un ited   States ,   in v este d   s ig n i f ican t   R & D   m a n p o w e r   an d   f i n an ce s   i n to   b u ild in g   th e   k n o w led g e   a n d   ex p er tis e   in   v ac u u m   ar cs,   v a cu u m   co n tac ts ,   an d   v ac u u m   in ter r u p ter s .   T h ese   ef f o r t s   r es u lted   in   s u cc es s f u l   d ep lo y m e n t   of   co m m er cial   v ac u u m   cir c u it   b r ea k er s   f o r   m ed iu m   v o lta g e   d is tr ib u tio n   s y s te m s .   T h e   co m p an ies   w er e   also   v er y   e n t h u s i asti c   to   co n ti n u e   th e   m ai n   r es ea r ch   in   e x te n d in g   th e   ap p licab ilit y   of   v ac u u m   i n to   h ig h er   v o ltag e,   s u b - tr an s m i s s io n   a n d   tr an s m is s io n   s y s te m s .   So o n   th e y   w er e   to   be   f ac ed   w it h   b i g   d is ap p o in t m e n t.   It   t u r n s   out   t h at   t h e   v ac u u m   in ter r u p ter s   ar e   n o t   ea s il y   s ca lab le   to   h ig h er   v o ltag e s .   P ar ticu lar l y ,   t h e   e le ctr ic   f ie ld   b r ea k d o w n   b et w ee n   t w o   co n tact s   in   v ac u u m   is   n o t   p r o p o r tio n al   to     th e   co n tact   d is tan ce .   A lt h o u g h   a   0 . 5   mm   co n tac t   g ap   can   with s tan d   ap p r o x i m atel y   15   k V ,   th e   g ap   of   50   mm   w il l   n o t   h a n d le   1500   k V,   or   1 . 5   MV .   T h e   s ca lin g   la w   is   n o t   lin ea r   an d   o th er   p h y s ical   p r o ce s s es   s tan d   on     th e   w a y   of   u s i n g   lo n g   co n tact   g ap s   f o r   h i g h er   v o lta g es.   T h e   in itial   ex ci te m e n t   d i m in i s h ed   an d   t h e   v ac u u m   s w itc h   p r o d u ctio n   co m p a n ies   co n ce n tr ated   on     th e   d is tr ib u tio n   p r o d u cts   w i th   ad d itio n al   ap p licatio n s   of   lo w   v o ltag e   v ac u u m   co n ta cto r s .   T o d ay   o n l y     a   h an d f u l   of   co m p an ie s   m a in tain   p r o d u ctio n   li n e   of   co m m er cial   v ac u u m   s w it c h i n g   p r o d u cts   ab o v e   36   kV   p r im ar il y   by   e m p lo y in g   a   s er i es   co m b i n atio n   of   i n ter r u p ter s   each   r ated   in   t h e   15 - 36   kV   r an g e.   T h is   s it u atio n   m i g h t   be   ch a n g i n g .   In   t h i s   w o r k ,   it   w a s   s tated   t h at   in   la s t   s e v er al   y ea r s   of   ad v an ce s ,   p r o v is io n   h a s   b ee n   m ad e   on   m o r e   u n d er s tan d i n g   of   th e   p r ac tical   is s u e s   ass o ciate d   w it h   v ac u u m   s w itc h g ea r .     A l s o ,   th e   ec o n o m ic s   of   t h e   v ac u u m   i n ter r u p ter   m an u f ac t u r in g   c h an g ed   d r a m atica l l y ,   t h e   d ev ice s   b ein g   less   ex p e n s i v e,   s m a ller ,   an d   m o r e   e f f icie n t.   T h e   w o r k   also   s tated   t h at   tr ad itio n al   b o u n d ar y   b et w ee n     th e   ap p licatio n s   of   S u lp h u r   He x aFl u o r id e   ( SF 6 )   an d   v ac u u m   tech n o lo g ies   is   ch a n g in g   a n d   th e   r ec en t   i n q u ir ie s   of   t h e   en v ir o n m e n tal   i m p ac t   of   SF6   al s o   p la y   a   r o le   in   t h is   p r o ce s s .   A ll   s aid ,   th e   v ac u u m   s w itc h g ea r   is     a   m at u r e   tech n o lo g y   a n d   s till   an   ac ti v e   i n d u s tr y   w i th   d y n a m icall y   i n cr ea s i n g   s h ar es   of   t h e   w o r ld   m ar k e ts ,   p r o d u ctio n   v o lu m es,   a n d   m o r e   ef f ic ien t,   s m a ller   an d   b etter   p r o d u cts.     Dyn a mic   s imu la tio n   of   a   v a cu u m   s w itch   w ith   P S C A D   T h e   w o r k   of   [ 2 2 ]   s h o w s   th at   t h e   s w itc h in g   b eh av io u r   of   t h e   v ac u u m   cir c u it   b r ea k er   is   d if f er en t   f r o m   th at   of   o th er   cir cu it   b r ea k er s   w h e n   th e   e f f ec t s   of   c u r r en t   ch o p p in g ,   d ielec tr ic   s tr en g th   of   v ac u u m   g ap ,   th e   ar c   v o ltag e,   t h e   q u e n ch i n g   ca p ab ilit y   of   h ig h   f r eq u en c y   cu r r en ts ,   v ir t u al   c u r r en t   ch o p p i n g   a n d   p r estrik es.     T h e   w o r k   d e m o n s tr ated   t h e   a b o v e   b eh av io u r s   in   s i m u latio n   u s i n g   P SC AD.   T h e   Vac u m m   C ir cu it   B r ea k er   ( VC B )   m o d el   d ev elo p ed   in   th is   p ap er   u s es   th e   v ar iab le   r esis to r   ap p r o ac h   r ep r esen tin g   f r eq u en tl y   s w itc h i n g   in d u cta n ce s   an d   ca p ac ita n ce s .   It   also   me n tio n s   t h at   t h e   o t h er   ap p r o ac h   to   m o d elli n g   a   VC B   is   by   u s i n g     an   id ea l   cir cu it   b r ea k er   w h ic h   is   s w itch ed   on   /   o f f   af ter   d if f er en t   cr iter ia   h av e   b ee n   ch ec k ed .   T h is   w o r k   also   in v e s ti g ates   t h e   s tr e s s   on   a   V C B   an d   t h e   e n er g y   in   t h e   v ac u u m   tu b e:   as   c u r r en t   t h r o u g h   a   VC B   is   f lo w i n g   f r o m   m o m e n t   of   co n tact   s ep ar atio n   u n til   n e x t   ze r o   cr o s s in g ,   to g et h er   w it h   t h e   ar c   v o ltag e,   th e   e n er g y   co n v er s io n   is   v er y   h ig h ,   d ep en d en t   on   th e   m o m e n t   of   co n tact   s ep ar atio n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N : 2 2 5 2 - 8814   I n t J   A d v   A p p l Sci Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 0 :   1 7 1     1 7 9   174   2.   RE S E ARCH   M E T H O D     2 . 1 .   M e t ho ds   e m plo y ed   in   t he   a n a ly s is   s i m u la t io n   T h is   r esear ch   a n al y s i s   u s es   P SC A D   to   s i m u late   f a u lt   co n d i tio n s   of   a   s tan d ar d   IEEE   30 - B u s   s y s te m   u s i n g   t h e   tr an s m is s io n   l in e   m o d el   lin e   B er g er o n   of   P SC A D   w h ic h   h as   a   g r ap h ica l   u s er   i n ter f ac e   f o r   E MT DC   s i m u lat io n   a n d   co n tr o l   s i m u l atio n   e n g i n e   [ 2 3 ] .   P SC A D   e n ab les   u s er s   to   b u ild   a   cir c u it   s ch e m at ic,   r u n   s i m u lat io n s ,   an d   a n al y s e   r esu l ts ,   m a n ag e   d ata   in   a   f u ll y   i n te g r ated   g r ap h ical   en v ir o n m e n t,   co n tr o l   an d   m eter   so   th at   u s er s   can   ch a n g e   s y s te m   p ar a m eter s   d u r in g   t h e   s i m u latio n   r u n   an d   can   o b tain   i m m ed iate     r esu lt s   [ 2 4 ,   2 5 ] .   P SC A D   co m e s   w it h   a   lib r ar y   of   m o d els   t h at   h a v e   b ee n   p r o g r a m m ed   a n d   t ested ,   r an g in g   f r o m   s i m p le   p ass i v e   ele m en ts ,   co n tr o l   f u n c tio n s   a n d   m o r e   co m p lex   m o d els   s u c h   as   elec tr ic   m ac h i n es,   F AC T S   d ev ice,   tr an s m i s s io n   li n es,   tr an s f o r m er s   a n d   ca b les.   E MT DC   ( E lectr o m a g n et ic   T r an s ien t,   I n cl u d in g   D C )   p r o p o s es   an d   s o l v es   d if f er e n t ial   eq u atio n s   in   ti m e   d o m ai n .   T h e   s o lu tio n   is   ca lcu lated   b ased   on   f i x ed   ti m e   s tep ,   an d   th e   p r o g r a m   s tr u ct u r e   allo w s   f o r   th e   r ep r esen tat io n   of   th e   co n tr o l   s y s te m .   T h e   VC B   m o d el   u s ed   in   th i s   w o r k   is   w r itte n   in   FO R T R AN7 7   co d e.   It   is   p o s s ib le   to   c r ea te   o w n   m o d el s   a n d   i n te g r ate   t h e m   in to   t h e   co m p o n en t   lib r ar y   of   P SC A D   if   t h e y   ar e   n o t   alr ea d y   a v ailab le.   P ar am eter izatio n   of   th e   V C B   is   d o n e   by   f il lin g   t h e   in p u t   m ask .   Ot h er   s i m u la tio n   s o f t w ar e   m ig h t   h av e   o t h er   m ea n s   of   p r ese n tin g   t h ese.     2 . 2 .   VCB   m o del   T h e   VC B   in   th is   p ap er   is   m o d eled   by   a   v ar iab le   r esis ta n ce ,   th is   is   i m p o r tan t   f o r   co n s id er i n g   t h e   ar c   v o ltag e.   I n p u t   p ar a m eter s   ar e:   v o lta g e,   c u r r en t   a n d   s w itch in g   co m m a n d .   T h e   o u tp u t   p ar a m eter   is   t h e   v al u e   of   r esis ta n ce .   Fu r t h er m o r e,   t h er e   ar e   s ev er al   p ar a m eter s   w h ic h   can   be   ad m itted   by   th e   i n p u t   m as k   as  s h o w n     in   T ab le  1 .       T ab le   1 .   I n p u t   m a s k   of   VC B     C o n f i g u r a t i o n   M a x i m u m   V o l t a g e   [ k V ]   60   [ k V ]   M e t a l   v a p o u r   a r c   v o l t a g e   [ V ]   25   [ V ]   R e si st a n c e   ( c l o se d )   [ o h m ]   80e - 6   [ o h m ]   R e si st a n c e   ( o p e n )   [ o h m ]   1 0 0 e 6 [ o h m ]   F r e q u e n c y   [ H z ]   60   [ H z ]   S l o p e   of   d i e l e c t r i c   r e c o v e r y   [ k V / ms ]   30   [ k V / µ s ]   I n i t i a l   v a l u e   of   d i e l e c t r i c   s t r e n g t h   [ k V ]   0   [ k V ]   S l o p e   of   d i e l e c t r i c   st r e n g t h   [ k V / µ s]   50   [ k V / µ s ]   I n i t i a l   v a l u e   of   d i e l e c t r i c   s t sr e n g t h   [ k V ]   0   [ k V ]   C u r r e n t   q u e n c h i n g   c a p a b i l i t y   [ A / µ s]   80   [ A / µ s ]       Her e,   elec tr ical   p ar a m eter s   ar e   d ef i n ed ,   s u c h   as   r esi s ta n ce   in   clo s ed   an d   o p en   p o s itio n   a n d   m ax i m u m   v o ltag e.   A d d itio n all y ,   v al u e   of   ar c   v o lta g e,   r is e   in   d ielec tr i c   s tr en g t h   a n d   r is e   in   d ielec tr ic   r ec o v er y   can   be   ch o s en .   T h e   ar c   v o ltag e   is   m o d eled   as   a   c o n s tan t   v al u e   in   o r d er   to   s im p li f y   th e   m o d el.   T h e   co r r esp o n d in g   v alu e   of   r esis ta n ce   is   ca lcu late d   by   ( 1 )     r   =   V arc /I VCB   ( 1 )     B o th   d ielec tr ic   r ec o v er y   m ec h an is m s   ar e   m o d eled   u s i n g   ( 2 ) .     V contact ( t)   =   30   k V/ m s . t   ( e f f ec ti v e   o n l y   at   m o m en t   of   co n tact   s ep ar atio n )   V dielectric ( t)   =   50   k V/µs.t   ( ef f ec t iv e   at   cu r r en t   s ep ar atio n )     Gen er all y ,   V   =   a. x   ( 2 )     W h er e:     x   =   co n tacts   d is tan ce   a   =   s lo p e   of   di - elec tr ic   T h ese   v alu e s   ar e   li m i ted   by   th e   m a x i m u m   v o lta g e   of   V C B   ( 6 0   k V) .   T h e   clo s in g   of   c o n tacts   is   m o d eled   by   60   kV     V contact .   A   f u n ctio n   ch ec k s   d i/d t   of   c u r r en t   at   ev er y   ze r o   cr o s s i n g   to   co n s id er   th e   c u r r en t   q u en c h in g   ca p ab ilit y   of   th e   v ac u u m   s p ac e.   T h e   v alu e   i s   s et   to   a   m a x i m u m   of   80   A / µs.   If   th i s   v al u e   is   ex ce ed ed ,   cu r r en t   w ill   go   on   f l o w i n g   ti ll   th e   n e x t   cu r r en t   ze r o .   T h is   VC B   m o d el   w il l   be   e m p l o y ed   in   th e   s ta n d ar d   IEEE   30   b u s   s y s te m   f o r   f a u lt   s t u d ies.   T h e   m o d el   b lo ck   is   as   s h o w n   in   Fi g u r e   1   an d   th e   lab el   B R K”   r ep r esen ts   t h e   co n tr o l   s ig n al   as  s h o wn   in   Fi g u r 2 .   Her e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   A d v   A p p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8814       F a u lt a n a lysi s   in   p o w er sys te u s in g   p o w er sys tems c o mp u ter a id ed   d esig n   ( A ma n z e   C h u kwu eb u ka   F o r tu n e )   175   th e   co n tr o l   s i g n al   is   a ttach ed   to   th e   o u tp u t   of   t h e   ti m ed   f a u l t   lo g ic   b lo ck   so   as   to   tr i g g er   t h e   cir cu it   b r ea k er s   on   th e   li n e   as   s o o n   as   th e   f au lt   o cc u r s .               Fig u r 1 .   T h tim ed   f au l lo g ic   w it h   it s   s i g n al  o u tp u t li n k in g   B R K”   Fig u r 2 .   T h VC B   m o d el  B lo ck       2 . 3 .   T he   f a ult  m o del   T ab le   2   is   s h o w in g   t he   f a u lt   b lo ck   in   P SC A D   lib r ar y   is   u s ed   to   c r ea te   a   d o u b le   lin e - g r o u n d   f a u l t   ( s h o w n   as   AB   G) .   T h e   f au l t   b lo ck   can   s i m u la te   t h r ee   li n es   ( L L L )   f a u lt,   d o u b le   lin e   to   g r o u n d   ( L L G)   f a u lt,   d o u b le   lin e   ( L L )   f au lt,   d o u b le   lin e   to   g r o u n d   ( L G)   f a u lt,   t h r e e   lin e   to   g r o u n d   ( L L L G)   f a u lt.   In   th i s   s t u d y ,   L L G   w a s   ch o s e n   f o r   t h e   co m p ar is m   b et w ee n   a   h ea lt h y   a n d   f a u lt y   l in e.       T ab le   2.   T h e   f au lt   m as k   T h r e e   P h a se   F a u l t   F a u l t   Ty p e   F a u l t   R e si st a n c e s   G e n e r a l   G e n e r a l   Is   P h a se   A   in   F a u l t ?   Y e s   F a u l t   ON   R e si st a n c e   0 . 0 1 [ o h m]   Is   P h a se   C   in   F a u l t ?   Y e s   F a u l t   O F F   R e si st a n c e   1 0 0 E 6   [ o h m]   Is   P h a se   C   in   F a u l t ?   No     Is   t h i s   F a u l t   to   N e u t r a l ?   Y e s       T h e   f au lt   m o d el   b lo ck   in   Fi g u r 2;   p lace d   on   T 9 _ 1 1   ( 3 3   k V) .   T h e   f a u lt   w as   s et   to   o cc u r   0 . 1   s ec o n d s   in to   th e   s i m u la tio n   a n d   be   r em o v ed   af ter   0 . 3   s ec o n d s   of   o cc u r r en ce .   T h e   r esu lts   f r o m   t h e   f au lt   tr ig g er   w il l   be   an al y s ed   later   as   w ell   as   t h e   d ata   u s ed   to   co m p u te   th e   cu r r en ts   an d   v o ltag e s   d u r in g   f au lt.   Fig u r e   3   is   th e   s ta n d ar d   IEEE   b u s   w ith   f a u lt   an d   w it h o u t   p r o tectio n .   It   is   ea s y   to   s ee   th a t   th e   f a u lt   af f ec ts   e v er y   o th er   tr an s m is s io n   lin e,   g en er ato r s   a n d   ev er y   o t h er   co m p o n en t   attatch ed   to   th e   s y s te m .   Fig u r e   4   s h o w s   t h e   s a m e   30   b u s   s y s te m   b u t   w i th   f au lt   p r o tectio n   cir cu it   b r ea k er   p lace d   on   th e   li n e     of   o cc u r r en ce .           Fig u r e   3 .   Fau lt   p lace d   on   T 9 _ 1 1   w ith o u t   p r o tectiv e   cir cu i t   b r ea k er .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N : 2 2 5 2 - 8814   I n t J   A d v   A p p l Sci Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 0 :   1 7 1     1 7 9   176       Fig u r e   4 .   A   b o ld er   v ie w   of   th e   TL   w it h   f a u lt       L o ad s   ar e   m o d elled   as   a   co n s t an t   PQ   lo ad   w it h   p ar a m eter s   as   s h o w n   in   T ab le   3 .       T ab le   3.   L o ad   ch ar ac ter is tics   of   IEEE   30 - b u s   s y s te m   B u s   P   [ p u ]   Q   [ p u ]   B u s   P   [ p u ]   Q   [ p u ]   2   0 . 2 1 7   0 . 1 2 7   17   0 . 0 9 0   0 . 0 5 8   3   0 . 0 2 4   0 . 0 1 2   18   0 . 0 3 2   0 . 0 0 9   4   0 . 0 7 6   0 . 0 1 6   19   0 . 0 9 5   0 . 0 3 4   5   0 . 9 4 2   0 . 1 9 0   20   0 . 0 2 2   0 . 0 0 7   7   0 . 2 2 8   0 . 1 0 9   21   0 . 1 7 5   0 . 1 1 2   8   0 . 3 0 0   0 . 3 0 0   23   0 . 0 3 2   0 . 0 1 6   10   0 . 0 5 8   0 . 0 2 0   24   0 . 0 8 7   0 . 0 6 7   12   0 . 1 1 2   0 . 0 7 5   26   0 . 0 3 5   0 . 0 2 3   14   0 . 0 6 2   0 . 0 1 6   29   0 . 0 2 4   0 . 0 0 9   15   0 . 0 8 2   0 . 0 2 5   30   0 . 1 0 6   0 . 0 1 9   16   0 . 0 3 5   0 . 0 1 8         T h e   a b o v e   d a t a   w e r e   u se d   to   mo d e l   e v e r y   t r a n smiss i o n   l i n e   a n d   l o a d   in   t h e   sy st e m.   T h e y   a r e   b a se d   on   1 0 0 M V A .       3.   RE SU L T S   AND   AN AL Y SI S   3 . 1 .   So f t wa re   a na ly s is   of   an   I E E E   30   bu s   s y s t e m   w it h   f a ult   at   T 9 _ 1 1   w it ho ut   pro t ec t io n.   T h e   g r ap h s   g iv e   a   p icto r ial   i d ea   of   t h e   v al u es   ( b u s   v o lta g e,   b u s   cu r r en t,   f au l t   c u r r en t   s ep ar ate   f o r   each   p h ase,   r m s   v o ltag e,   f au l t   s ig n al)   ex p ec ted   f o r m   t h e   f au lt   s t u d ies.   Fro m   Fi g u r e   5,   it   is   s ee n   th a t   f a u lt   o cc u r r ed   on   t w o   lin e s   an d   t h e   in s ta n ce   of   f a u lt   o cc u r an ce ,   t h e   v o ltag e   in   th e   t w o   li n e s   b ec am e   ze r o .           Fig u r e   5 .   B u s   v o lta g at   th e   i n s tan t   of   f a u lt   o cc u r r e n ce     Fig u r e   6   d ep icts   th e   e f f ec t   of   th e   f a u lt   on   th e   R MS   v o ltate   of   t h e   s y s te m .   T h e   f a u lt   s ee n   to   o cc u r   f r o m   t h e   0 . 1 s ec   to   0 . 3 s ec   g ets   to   g iv e   m o r e   d etals   on   th e   v er y   s h o r t   d u r atio n   of   t h e   o cc u r r en ce   of   f a u lt.           Fig u r e   6.   R MS   Vo ltag e   d u r in g   th e   p er io d   of   f au lt       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   A d v   A p p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8814       F a u lt a n a lysi s   in   p o w er sys te u s in g   p o w er sys tems c o mp u ter a id ed   d esig n   ( A ma n z e   C h u kwu eb u ka   F o r tu n e )   177   T h e   ef f ec t   on   of   t h e   f a u lt   on   th e   cu r r en t   on   each   li n e   as   s s en   in   Fi g u r es   7,   Fig u r e   8   an d   Fig u r e   9   g iv e s   t h e   e f f ec t   of   t h e   f a u lt   c u r r en t   on   th e   li n es.   T h e   f a u lte d   lin e   w h ic h   is   th e   p h ase   A   a n d   p h ase   B   h as   i ts   cu r r en t   s p ik e   to   a   v a lu e   v er y   h ig h   w h e n   co m p ar ed   to   it s   n o r m al   c u r r en t   r ate.   T h e   f au lt   c u r r en t   h as   no   e f f ec t   on   p h ase   C   b ec au s e   it   h ad   no   f au lt.   Fig u r 1 0   is   t h co m p le te  wav ef o r m   o f   t h tr a n s m i s s s io n   lin e   w it h   th e   t h r ee   p h a s es  i n d icatin g     th i n s ta n o f   f a u lt  o cc u r r en c w h ic h   is   b et w ee n   0 . 1 s ec   to   0 . 3 s ec .   T h w a v d ep icts   t h ef f ec o f   t h t w o   p h ases   w it h   f au lt.  T h f a u lted   lin es  g r ee n   an d   b lu h ad   its   cu r r en s p i k d u r in g   f a u lt  o cc c u r en ce   an d   b ec a m e   s tead y   b ac k   to   n o r m a l a f ter   f a u lt  w as  g o n e.   T h R ed   p h ase  h ad   n o   f au lt.   Fig u r 1 1   is   th e   i n d icatio n   o f   th i m m ed iate  r e m o v al   o f   th e   f a u lt  f r o m   t h s y s te m .   T h f a u lt  w h ic h   co u ld   b ca u s ed   b y   w i n d   ca n   s eize   w h e n   t h at m o s p h er is   o k a y   an d   w o u ld   r elese  t h b r id g in g   lin e s .   I t c a n   b e   s ee n   t h at  t h t w o   li n w it h   th e   f au lt  h ad   a n   ir r eg u lar   cu r v b ef o r b ec o m i n g   s tead y .   W it h o u p r o tectio n ,   th er e   m a y   n o t b an y   ec o v er y   f r o m   t h f a u lt o cc u r a n ce .           Fig u r e   7.   Fau lt   c u r r en t   on   p h a s e   A   w i th o u t   p r o tectio n           Fig u r e   8.   Fau lt   c u r r en t   on   p h a s e   B   w it h o u t   p r o tectio n           Fig u r e   9.   Fau lt   c u r r en t   on   p h a s e   C   w it h o u t   p r o tectio n           Fig u r e   10.   T r an s m i s s io n   lin e   c u r r en t   in   th e   p er io d   of   f a u lt   o cc u r r en ce           Fig u r e   11.   B u s   v o ltag at   t h e   i n s ta n t   of   f a u lt   r e m o v al       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N : 2 2 5 2 - 8814   I n t J   A d v   A p p l Sci Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 0 :   1 7 1     1 7 9   178   W h at   is   s ee n   in   th e   ab o v e   g r ap h s   is   a   clea r   in d icatio n   of   th e   d an g er s   of   an   u n p r o tect ed   p o w er   s y s te m .   It   m a y   lo o k   s i m p le   b u t   th e   t w o   li n e s   w it h   f a u lt   w i ll   ca u s e   d r asti c   lo ad   ch a n g e s   n o t   j u s t   on   t h e   b u s     an d   th e   r e m a in i n g   li n e   w h ic h   t h e   f a u lt   is   d ir ec tl y   attac h ed   to   b u t   ev er y   o t h er   co m p o n en t   in   th at   s y s te m .       3 . 2 .   So f t wa re   a na ly s is   of   an   I E E E   30   bu s   s y s t e m   w it h   f a ult   at   T 9 _ 1 1   w it h   pro t ec t iv e   VCB .   Fig u r e   12   is   th e   ef f ec t   of   t h e   q u ick   r e m o v al   of   f au lt   on   th e   tr an s m is s io n   li n e   d u e   to   th e   ef f ec t   of   cir cu it   b r ea k er s .   T h e   cir cu it   b r ea k er   an n u l s   th e   e f f ec t   of   t h e   f au lt   i n s ta n tl y   p r ev en tin g   eq u ip m en t   d estru ctio n .     T h cu r r en t   ch o p p in g   li m i s e in   t h m o d el  i s   0 . 0   k A .   T h is   r esu l ts   in   t h p h en o m en o n   o b s er v ed   in   th w av e f o r m s   o f   th f au lt y   s y s te m   w it h   p r o tectio n .   An   id ea VC B   w o u ld   h av ca u s ed   n o   d is tu r b an ce s   o n     th s y s te m   d u r in g   f a u lt.  Ho w e v er ,   th er a r d is t u r b an ce s   o n   ev e n   t h h ea lth y   li n d u to   th p ar a m eter s     o f   th V C B   w h ich   ar n o id ea l,  f o r   in s ta n ce ,   t h v ac u u m   d ielec tr ic  s tr en g t h ,   t h d ielec tr ic  r ec o v er y ,     th v o lta g ac r o s s   t h co n tact s   etce ter a.   W h en   t h f a u lt  o c cu r r ed ,   th atte m p b y   t h V C B   to   is o late  it  w a s   d is to r ted   d u to   th ar estab lis h ed   b y   t h s ep ar atio n   o f   th co n tact s   w h ich   h ea u p   th r eg io n ,   t h ti m e     o f   d is to r tio n   s ee n   is   t h ti m e   d ielec tr ic  r ec o v er y   o f   t h V C B .   T h is   s a m t h i n g   h ap p en s   w h en   th e   VC B   i s     de - en er g ized   af ter   th f a u lt r e m o v al.   T h f a u lt s ig n al  is   g i v e n   in   Fig u r 1 3 .           Fig u r e   12 .   B u s   Vo ltag e   at   th e   in s ta n t   of   f a u lt   a n d   f au lt   r e m o v al           Fig u r e   13.   T h e   f au l t   s i g n al       4.   CO NCLU SI O N   E v er y   d ev ice   o b e y s   Ne w to n s   f ir s t   la w   of   m o tio n   an d   t h e   V C B   m o v ab le   co n tact s   ar e   n o t   ex ce p tio n s .   Un d er   h ea v y   lo ad s   s u ch   as   s h o r t - cir c u its ,   o p en i n g   an d   clo s in g   of   cir cu it   b r ea k er   co n tac ts   g e n er ates   an   ar c   ar o u n d   th e   co n tac t   r eg io n s   w h ich   h ea t s   up   t h e   co n tact s .   If   t h e   f au l t   is   n o t   clea r ed   ea r ly   e n o u g h   by   p r o tectiv e   ele m e n ts   s u c h   as   t h e   cir c u it   b r ea k er ,   s ev er e   d a m a g es   w o u l d   be   d o n e   on   th e   s y s te m   w h i ch   w ill   n o t   o n l y   be   ca tast r o p h ic   an d   ex tr e m e l y   d an g er o u s ,   b u t   also   co s tl y . I t   is   th er ef o r e,   ex tr e m el y   i m p o r ta n t   to   p er f o r m   f au l t   s tu d ie s   on   ev er y   p o w er   s y s t e m ,   in   o r d er   to   d eter m in e   t h e   r atin g s   of   t h e   r esp ec tiv e   p r o tectiv e   ele m e n ts   e m p lo y ed .   T h e   im p o r tan ce   of   C B s   in   p o w er   s y s te m s   is   ex t r e m el y   i m p o r tan t   an d   th e   VC B   in   p ar ticu lar   h as     a   v er y   g o o d   f a u lt   er r o r   clea r in g   ca p ab ilit ies,   ea s e   of   i n s tal latio n   a n d   en v ir o n m e n tall y   f r ien d l y .   C o n ce r n ed   in d u s tr ies   s h o u ld   p io n ee r   r es ea r ch   p r o g r am s   in   t h e   ar ea   of   d ev elo p m en t   of   h i g h   v o lt ag e   VC B s   in   o u r   in s t itu tio n s   a n d   r esear ch   ce n t er s .   E v er y   co m p o n en t   of   o u r   p o w er   s y s te m   s h o u ld   be   p r o tecte d   f r o m   f atal     an d   to tal   f ail u r es   u s u all y   ca u s ed   by   f au lts   a n d   ac cid en ts   on   t h e   tr a n s m is s io n   an d   d i s tr i b u tio n   s ec tio n s .   To   p r o tect   f ailu r e s   in   o u r   n atio n al   g r id ,   p o w er   s y s te m   p r o tectio n   e n g i n ee r s   s h o u ld   be   e m p lo y ed   to   e x a m in e     an d   p er f o r m   ad eq u ate   f a u lt   s tu d y   on   th e   s y s te m .       RE F E R E NC E S   [1 ]   L.   X in g p i n g ,   Distrib u ti o n   tr a n sf o rm e rs   h e a lt h   c o n d i ti o n   mo n it o rin g   a n d   e v a lu a ti o n   me th o d s ,   Ch o n g q in g ,   2 0 1 3 .   [2 ]   S tate   G rid ,   Q - GDW   1 1 1 9 0 - 2 0 1 4   h ig h   o v e rlo a d   c a p a c it y   o r u ra p o we d istrib u ti o n   tra n sf o rm e rs   tec h n ica g u i d e li n e ,   C h i n a   El e c tri c   P o w e r   P re ss ,   Be ij in g ,   2 0 1 4 .   [3 ]   IEE E   S t a n d a r d   C5 7 . 9 1 - 1 9 9 5   IEE E   Gu id e   fo r   L o a d i n g   M in e ra l - Oil - Imm e rs e d   T ra n sfo rm e rs .   [4 ]   G.   S w if t,   Z.   Zh a n g ,   “A   d iffere n t   a p p ro a c h   to   tran sf o rm e r.   th e rm a l   m o d e li n g ”,   IEE E   T ra n s m issio n   a n d   Distri b u t io n   Co n f e re n c e ,   Ne w   Orle a n s,   A p r   1 9 9 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   A d v   A p p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8814       F a u lt a n a lysi s   in   p o w er sys te u s in g   p o w er sys tems c o mp u ter a id ed   d esig n   ( A ma n z e   C h u kwu eb u ka   F o r tu n e )   179   [5 ]   IEC   (In ter n a ti o n a l   El e c tro tec h n i c a l   Co m m issio n )   S tan d a rd   3 5 4 S e c o n d   E d it i o n ,   1 9 9 1 - 09,   L o a d in g   g u i d e   fo r   o il - imme rs e d   p o we r   tra n sf o rm e rs ,   p p .   1 4 3 - 1 4 5 1 9 9 1 .   [6 ]   M.   Kla se n - M e m m e r   a n d   H.   Hirsc h m a n n ,   L iq u id   c ry sta l   m a teria l s   f o r   d e v ice s ”,   IN   J.   Ch e n ,   W.   Cra n to n   a n d   M   Fi h n   ( e d s.)   Ha n d b o o k   of   Vi rt u a l   Disp la y   T e c h n o lo g y ”,   S p ri n g e r - V e rlag   Be rli n   He id e l b e rg ,   2 0 1 2 .   [7 ]   J.   J.   G ra in g e r   a n d   W.   D.   S tev e n so n ,   P o we r   sy ste m a n d   a n a l y sis ,   T a ta   Mc -   G ra w - Hill ,   2 0 0 5 .   [8 ]   E.   A c h a . ,   V.   Ag e li d is,   O.   A n a y a - L a ra ,   T.   M il ler,   Po we r   e lec tro n ic  c o n tro in   e lec trica sy ste ms ,   Ne w n e ss   P o w e r   En g in e e rin g   S e ries   2 0 0 2 .   [9 ]   S a d o h J ,   P h D ,   T h e sis   on   p o w e r   s y ste m   p ro tec ti o n :   in v e stig a ti o n   of   s y st e m   p ro tec ti o n   sc h e m e s   on   th e   3 3 0 KV   of   Nig e ria   tran s m issio n   n e tw o rk ,   Un iv e rsity   of   Be n in ,   Be n i n   Cit y ,   2 0 0 6 .   [1 0 ]   L . P .   S in g h ,   Ad v a n c e d   p o we r   sy ste m   a n a lys is   a n d   d y n a mic s ,   W il e y ,   Ne w   Yo rk ,   1 9 8 3 .   [1 1 ]   A n d e rso n ,   P a u l   M ,   An a lys is   of   fa u lt e d   p o we r   sy ste ms ,   Io w a   S tate   P re ss ,   Am e s,   1 9 7 3 .   [1 2 ]   H.E .   Br o w n   a n d   C. E.   P e rso n ,   S h o rt   c ircu it   stu d ies   of   larg e   s y ste m s   by   th e   im p e d a n c e   m a tri x   m e th o d ,   Pro c .   PICA ,   p p.   3 3 5 ,   1 9 6 7 .   [1 3 ]   S.   Ba k a n a g a ri,   A.   M a h e sh   Ku m a r ,   M.   Ch e e n y a ,   T h re e   p h a se   f a u lt   a n a ly sis  w it h   a u to   re se f o tem p o ra ry   f a u lt   a n d   tri p   f o p e rm a n e n f a u lt ,   In t.   J o u rn a l   of   E n g in e e rin g   R e se a rc h   and   A p p li c a ti o n s ,   vol .   3,   n o .   6,     pp.   1 0 8 2 - 1 0 8 6 ,   2 0 1 3 .   [1 4 ]   G.   V lad im ir,   El e c trica l   re la y p ri n c ip le   a n d   a p p l ica ti o n s ,   T a y lo r   a n d   f ra n c is   g ro u p   p u b li c a ti o n 2 0 0 6 .   [1 5 ]   D.   M iro sla v ,   F a u lt   a n a lys is i n   p o we r sy ste ms   b y   u sin g   t h e   fo rte sc u e   me th o d ,   T ES LA   In stit u te,   2 0 0 9 .   [1 6 ]   J.   Zh u .   A n a l y sis   of   tran s m issio n   s y ste m   f a u lt s   th e   p h a se   do m a in ,   T e x a s   A & M   Un iv e rsit y .   M a ste r   Th e sis,   2 0 0 4 .     [1 7 ]   M.   A lek sa n d a r,   A n a l y sis   of   a s y m m e tri c a l   f a u lt s   in   p o w e r   s y ste m s   u sin g   d y n a m ic   p h a so rs ,   IEE E   T ra n sa c ti o n s   on   Po we r   S y ste ms ,   v o l.   15 ,   n o .   3 ,   p p .   1 0 6 2 - 1 0 6 8 ,   2 0 0 0 .   [1 8 ]   V.   G a m it ,   e a l ,   F a u lt   a n a ly sis   on   t h re e   p h a se   s y ste m   by   a u to   re c lo sin g   m e c h a n is m ,   In ter n a ti o n a l   J o u rn a l   of   Res e a rc h   in   E n g i n e e rin g   a n d   T e c h n o lo g ,   v o l .   4,   n o .   5,   p p .   2 9 2 - 2 9 8 ,   2 0 1 5 .   [1 9 ]   T.   M u sh iri   a n d   C.   M b o h w a ,   R e se a rc h   on   th e   u se   of   M A TL AB   in   th e   m o d e li n g   of   3 - p h a se   p o w e r   s y ste m s ,   Pro c e e d in g s   of   t h e   W o rld   Co n g re ss   on   E n g i n e e rin g   ( W CE   2 0 1 5 ) ,   v o l.   1 ,   2 0 1 5 .   [2 0 ]   C.   V ij a y a   T h a ra n i,   e a l ,   M A T LA B   b a se d   sim u latio n s   m o d e l   f o r   t h re e   p h a se s   p o w e r   s y ste m   n e t w o rk ,   In t J o u rn a l   fo r   Res e a rc h   in   Ap p li e d   S c ien c e   &   En g in e e rin g   T e c h n o lo g y ,   v o l . 4 ,   no .   1 1 ,   p p .   5 0 2 - 5 0 9 ,   2 0 1 6 .   [2 1 ]   A.   A d l y ,   M.   Ch rist o p h e r,   G.   F a ll o n ,   L.   Da v id ,   "A   f a u lt   lo c a ti o n   tec h n iq u e   f o r   ru ra l   d istri b u ti o n   f e e d e rs,"   IEE E   tra n sa c ti o n   on   In d u stry   A p p l ica ti o n ,   v o l.   2 9 ,   n o .   6 ,   p p .   1 1 7 0 - 1 1 7 5 ,   1 9 9 3 .   [2 2 ]   N.   Am j a d y ,   De si g n   a n d   im p li m e n tatio n   of   a   f a u lt   d iag n o sis   s y ste m   f o r   tran s m issin   a n d   su b tran sm issio n   n e tw o rk s” ,   IEE E   p a p e r   on   tr a n miss i o n   &   d istrib u ti o n   c o n .   Exp .,   v o l.   2,   pp .   69 - 7 0 4 ,   2 0 0 3 .   [2 3 ]   J.A .   Ha ll u d a y ,   C. H.   S h i h ,   Re so n e n t   o v e rv o lt a g e   p h e n o m e n a   c o u se d   by   tran sm is sio n   li n e   f a u lt ,   IEE E   tra n s.   Po we r   a p p a ra t u s   &   s y ste m ,   v o l.   1 0 4 ,   n o .   9 ,   pp.   2 5 3 1 - 2 5 3 9 ,   1 9 8 5 .   [2 4 ]   D.   C.   Yu ,   D.   Ch e n ,   S.   Ra m a s a m y   a n d   D.   G.   F li n n ,   A   w in d o w s   b a se d   g ra p h ica l   p a c k a g e   f o r   s y m m e tri c a l   c o m p o n e n ts   a n a ly sis ,   IEE E   T ra n sa c ti o n s   on   Po we r   S y ste ms ,   v o l.   10 ,   n o .   4,   p p .   1 7 4 2 - 1 7 4 9 ,   1 9 9 5 .   [2 5 ]   M.   Yu e n   Ch o w ,   S.   L e ro y ,   “A   n o v e l   a p p ro a c h   f o r   d istri b u ti o n   fa u lt   a n a l y sis ,   IEE E   T ra n sa c t io n s   on   P o we r   De li v e ry ,   v o l . 8 ,   n o .   4 ,   pp.   1 8 8 2 - 1 8 8 9 ,   1 9 9 3 .         B I O G RAP H I E S   OF   AUTH O RS         F o rtu n e   Ch u k w u e b u k a   Am a n z e   is  a   g ra d u a te  re se a r c h e a th e   De p a rtm e n o f   El e c tri c a l   En g in e e rin g ,   Un iv e rsity   o f   Nig e ri a ,   Ns u k k a   in   En u g u   S tate   Nig e ria.  His  re se a rc h   in tere sts  a re   in   P o w e S y te m s,  P o w e El e c tro n ics   a n d   C o n tr o S y ste m s E n g in e e rin g .             De stin y   Jo sia h   Am a n z e   is  a   g ra d u a te  re se a rc h e w h o   h a a   f lair  f o En e rg y   s y ste m a n d   e ff ici e n u ti li z a ti o n   o f   En e rg y .   His  re s e a rc h   a p p r o a c h   is  a im e d   a se e k in g   a lt e rn a ti v e to   a lrea d y   e x isti n g   e n e rg y   so u rc e s a n d   e ff icie n u se   o f   c u rre n e n e rg y   so u rc e s to   in c re a se   p ro d u c ti v it y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.