Jak vypočítat krátkozavětný proud?

Jak vypočítat proud při krátkém spojení?

Definice proudu při krátkém spojení

Proud při krátkém spojení je definován jako velký proud, který protéká elektrickým systémem při výskytu poruchy, což může způsobit poškození součástí spínacích přístrojů.

Když dojde k poruše krátkého spojení, velký proud protéká systémem, včetně spínacího přístroje (CB). Tento tok, pokud ho nezastaví vyřazení CB, podrobuje části CB významným mechanickým a tepelným zatěžením.

Pokud mají vodiče CB nedostatečnou plochu průřezu, mohou přehrát, což může poškodit izolaci. Kontakty CB se také ohřívají. Tepelné zatěžení kontaktních částí je úměrné I2Rt, kde R je odpor kontaktu, I je efektivní hodnota proudu při krátkém spojení a t je doba trvání proudu.

Po iniciaci poruchy zůstává proud při krátkém spojení, dokud nerozruší oddělovací jednotka CB. Čas t je tedy dobou rozrušení spínacího přístroje. Protože tento čas je ve srovnání s milisekundami velmi krátký, předpokládá se, že všechno teplo vygenerované během poruchy je absorbováno vodičem, protože není dostatek času pro konvekci a radiaci tepla.

Zvýšení teploty lze určit pomocí následujícího vzorce,

Kde, T je zvýšení teploty za sekundu v stupních Celsia. I je proud (efektivní symetrický) v Amperu. A je plocha průřezu vodiče. ε je teplotní koeficient odporu vodiče při 20 ^oC.

Hliník ztrácí svou pevnost nad 160°C, proto je klíčové udržet zvýšení teploty pod tímto limitem. Toto požadavky stanovují povolené zvýšení teploty během krátkého spojení, které lze řídit kontrolou doby rozrušení CB a správným navržením rozměrů vodiče.

Síla krátkého spojení

Elektromagnetická síla vyvinutá mezi dvěma rovnoběžnými vodiči nesoucími elektrický proud je dána vzorcem,

Kde, L je délka obou vodičů v palcích. S je vzdálenost mezi nimi v palcích. I je proud nesený každým z vodičů.

Experimentálně bylo prokázáno, že elektromagnetická síla při krátkém spojení dosahuje maxima, když hodnota proudu I je 1,75krát počáteční efektivní hodnota symetrické vlny proudu při krátkém spojení.

V některých okolnostech však mohou vzniknout síly větší, například v případě velmi tuhých tyčí nebo kvůli rezonanci u tyčí, které jsou náchylné k mechanickým vibracím. Experimenty ukázaly, že reakce vyvolané střídavým proudem v okamžiku jeho zapnutí nebo vypnutí mohou překročit reakce zaznamenané během proudu.

Je tedy vhodné postupovat s bezpečnostní rezervou a brát v úvahu všechny možné situace, pro které by měla být zohledněna maximální síla, kterou může vyvinout počáteční vrcholová hodnota asymetrického proudu při krátkém spojení. Tato síla může být považována za hodnotu, která je dvojnásobkem té, která byla vypočtena z výše uvedeného vzorce.

Vzorec je striktně užitečný pro vodiče s kruhovým průřezem. Ačkoli L je konečná délka částí vodičů vedoucích rovnoběžně, vzorec je vhodný pouze tehdy, pokud se celková délka každého vodiče považuje za nekonečnou.

V praktických případech není celková délka vodiče nekonečná. Je také třeba mít na paměti, že hustota magnetického pole blízko konců vodiče nesoucího proud je značně odlišná od jeho střední části.

Proto, pokud použijeme výše uvedený vzorec pro krátký vodič, vypočtená síla bude mnohem vyšší než skutečná. Vidíme, že tuto chybu lze značně eliminovat, pokud v uvedeném vzorci použijeme termín It/S namísto L/S.

Vzorec reprezentovaný rovnicí (2) dává výsledek bez chyb, když je poměr L/S větší než 20. Když je 20 > L/S > 4, je vzorec (3) vhodný pro výsledek bez chyb.

Pokud L/S < 4, je vzorec (2) vhodný pro výsledek bez chyb. Uvedené vzorce jsou platné pouze pro vodiče s kruhovým průřezem. Pro vodiče s obdélníkovým průřezem je třeba do vzorce zahrnout nějaký korekční faktor. Řekněme, že tento faktor je K. Vzorec se tedy nakonec stane.

Ačkoli vliv tvaru průřezu vodiče rychle klesá, pokud se zvětší vzdálenost mezi vodiči, má hodnota K maximální hodnotu pro pásovité vodiče, jejichž tloušťka je značně menší než jejich šířka. K je zanedbatelný, když má průřez vodiče dokonale čtvercový tvar. K je roven jedné pro vodiče s dokonale kruhovým průřezem. To platí jak pro standardní, tak i pro dálkově ovládané spínací přístroje.