Hvordan beregne kortslutningsstrøm?

Hvordan beregne kortslutningsstrøm?

Definition af kortslutningsstrøm

Kortslutningsstrøm defineres som den store strøm, der løber igennem et elektrisk system, når der opstår en fejl, hvilket kan forårsage skade på komponenter i strømbryderen.

Når en kortslutningsfejl forekommer, løber en stor strøm igennem systemet, herunder strømbryderen (CB). Denne strøm, medmindre stoppet af CB's udløsning, udsætter CB-komponenterne for betydelige mekaniske og termiske spændinger.

Hvis de ledende dele af CB mangler tilstrækkelig tværsnitsareal, kan de overophedes, hvilket kan skade isolationen. CB-kontakter opvarmes også. Termisk spænding i kontakterne er proportional med I2Rt, hvor R er kontaktmodstanden, I er kortslutningsstrømmens effektivværdi, og t er strømforløbets varighed.

Efter at fejlen er indledt, fortsætter kortslutningsstrømmen, indtil afbrydelsesenheten i CB, afbryder. Derfor er tiden t afbrydelsestiden for strømbryderen. Da denne tid er meget kort, målt i millisekunder, antages det, at al varme, der produceres under fejlen, absorberes af lederen, da der ikke er tilstrækkelig tid til konvektion og stråling af varme.

Temperaturstigningen kan bestemmes ved følgende formel,

Hvor T er temperaturstigningen pr. sekund i grader celsius. I er strømmen (effektiv symmetrisk) i ampere. A er tværsnitsarealet af lederen. ε er temperaturens resistivitetskoefficient for lederen ved 20^oC.

Aluminium mister sin styrke over 160°C, så det er vigtigt at holde temperaturstigningen under dette niveau. Dette krav fastsætter den tilladte temperaturstigning under en kortslutning, hvilket kan administreres ved at kontrollere CB's afbrydelsestid og designe lederdimensionerne korrekt.

Kortslutningskraft

Den elektromagnetiske kraft, der udvikles mellem to parallelle elektriske strømførende ledere, er givet ved følgende formel,

Hvor L er længden af begge ledere i tommer. S er afstanden mellem dem i tommer. I er strømmen, der føres af hver af ledere.

Det er eksperimentelt beviset, at den elektromagnetiske kortslutningskraft er maksimal, når værdien af kortslutningsstrømmen I, er 1,75 gange den initielle effektivværdi af den symmetriske kortslutningsstrømmebølge.

Dog er det muligt, at større kræfter kan udvikle sig under visse omstændigheder, f.eks. i tilfælde af meget rigide barer eller pga. resonans i tilfælde af barer, der er udsat for mekanisk vibration. Eksperimenter har også vist, at reaktionerne, der frembringes i en ikke-resonerende struktur af en alternerende strøm ved øjeblikket for anvendelse eller fjernelse af kræfter, kan overstige reaktionerne, der opleves, mens strømmen løber.

Derfor er det rådligt at være på sikker side og tage højde for alle tilfælde, og man bør tage højde for den maksimale kraft, der kunne udvikles af den initielle topværdi af den asymmetriske kortslutningsstrøm. Denne kraft kan antages at have en værdi, der er dobbelt så stor som den, der er beregnet fra ovenstående formel.

Formelen er strengt nyttig for ledere med cirkulære tværsnit. Selvom L er en endelig længde af de dele af ledere, der kører parallelle, er formelen kun passende, hvor den samlede længde af hver leder antages at være uendelig.

I praktiske tilfælde er den samlede længde af lederen ikke uendelig. Det tages også i betragtning, at fluxdensiteten nær enderne af strømførende leder er betydeligt forskellig fra dens midterste del.

Derfor, hvis vi bruger ovenstående formel for en kort leder, vil den beregnede kraft være meget højere end den faktiske. Det ses, at denne fejl kan elimineres betydeligt, hvis vi bruger termet. Det er i stedet for L/S i ovenstående formel.

Formelen, repræsenteret ved ligning (2), giver fejlfri resultat, når forholdet L/S er større end 20. Når 20 > L/S > 4, er formel (3) passende for fejlfri resultat.

Hvis L/S < 4, er formel (2) passende for fejlfri resultat. Ovenstående formler er kun anvendelige for ledere med cirkulære tværsnit. Men for ledere med rektangulære tværsnit, skal formelen have en rettende faktor. Lad os sige, at denne faktor er K. Derfor bliver formelen sidst til.

Selvom effekten af tværsnitsformen hurtigt reduceres, hvis afstanden mellem ledere øges, er værdien af K maksimal for stripagtige ledere, hvis tykkelse er betydeligt mindre end dens bredde. K er ubetydelig, når tværsnitsformen er perfekt kvadratisk. K er enhed for perfekt cirkulære tværsnit. Dette gælder både for standard- og fjernkontrolleret strømbryder.