कैसे शॉर्ट सर्किट करंट की गणना करें?

कैसे शॉर्ट सर्किट करंट की गणना करें?

शॉर्ट सर्किट करंट की परिभाषा

शॉर्ट सर्किट करंट को एक विद्युत प्रणाली में फ़ॉल्ट होने पर प्रवाहित होने वाली बड़ी धारा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो सर्किट ब्रेकर के घटकों को क्षति पहुंचा सकती है।

जब शॉर्ट सर्किट फ़ॉल्ट होता है, तो बड़ी धारा प्रणाली में प्रवाहित होती है, जिसमें सर्किट ब्रेकर (CB) शामिल होता है। यह प्रवाह, जब तक CB ट्रिपिंग नहीं होता, CB के घटकों को महत्वपूर्ण यांत्रिक और ऊष्मीय तनाव का सामना करना पड़ता है।

यदि CB के चालक भागों का परिच्छेद क्षेत्रीय क्षेत्र पर्याप्त नहीं है, तो वे अत्यधिक गर्म हो सकते हैं, जो इन्सुलेशन को क्षति पहुंचा सकता है।CB के संपर्क भी गर्म होते हैं। संपर्कों में ऊष्मीय तनाव I2Rt के समानुपाती होता है, जहाँ R संपर्क प्रतिरोध, I शॉर्ट सर्किट करंट का rms मान, और t धारा प्रवाह की अवधि है।

फ़ॉल्ट की शुरुआत के बाद, शॉर्ट सर्किट करंट CB के अवरोधक इकाई तक टूटने तक रहता है। इसलिए, समय t सर्किट ब्रेकर का ब्रेकिंग समय है। चूंकि यह समय मिली सेकंड के पैमाने पर बहुत कम होता है, इसलिए माना जाता है कि फ़ॉल्ट के दौरान उत्पन्न होने वाली सभी ऊष्मा चालक द्वारा अवशोषित हो जाती है, क्योंकि ऊष्मा के संवहन और विकिरण के लिए पर्याप्त समय नहीं होता।

तापमान वृद्धि निम्नलिखित सूत्र द्वारा निर्धारित की जा सकती है,

जहाँ, T प्रति सेकंड डिग्री सेंटीग्रेड में तापमान वृद्धि है।I ऐम्पियर में धारा (rms सममित) है।A चालक का परिच्छेद क्षेत्र है।ε 20^oC पर चालक का तापमान गुणांक है।

एल्यूमिनियम 160°C से अधिक तापमान पर अपनी शक्ति खो देता है, इसलिए यह महत्वपूर्ण है कि तापमान वृद्धि इस सीमा से कम रखी जाए। यह आवश्यकता शॉर्ट सर्किट के दौरान अनुमत तापमान वृद्धि को निर्धारित करती है, जिसे CB के ब्रेकिंग समय और चालक आयामों के डिजाइन द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।

शॉर्ट सर्किट बल

दो समानांतर विद्युत धारा वाहक चालकों के बीच विकसित होने वाले विद्युत-चुंबकीय बल को निम्नलिखित सूत्र द्वारा दिया जाता है,

जहाँ, L दोनों चालकों की लंबाई इंच में है।S उनके बीच की दूरी इंच में है।I प्रत्येक चालक द्वारा वहन की जाने वाली धारा है।

प्रयोगशाला में सिद्ध किया गया है कि, विद्युत-चुंबकीय शॉर्ट सर्किट बल अधिकतम होता है जब शॉर्ट सर्किट करंट I, सममित शॉर्ट सर्किट करंट तरंग के प्रारंभिक rms मान का 1.75 गुना होता है।

हालांकि, कुछ परिस्थितियों में यह संभव है कि, बल इनसे अधिक विकसित हो सकते हैं, जैसे, उदाहरण के लिए, बहुत ठोस बारों की स्थिति में या बारों की यांत्रिक दोलन की स्थिति में रिझोनेंस के कारण। प्रयोग भी दिखाते हैं कि एक गैर-रिझोनेटिंग संरचना में वैकल्पिक धारा द्वारा बलों के लागू या हटाने के समय उत्पन्न अभिक्रियाएं धारा प्रवाह के दौरान अनुभव की गई अभिक्रियाओं से अधिक हो सकती हैं।

इसलिए, सुरक्षा की ओर त्रुटि करना और सभी संभावित परिस्थितियों के लिए ध्यान देना वांछनीय है, जिसके लिए एक को असममित शॉर्ट सर्किट करंट के प्रारंभिक शिखर मान द्वारा विकसित किए जा सकने वाले अधिकतम बल का ध्यान रखना चाहिए। यह बल उस सूत्र से गणना की गई संख्या का दोगुना माना जा सकता है।

सूत्र वृत्ताकार परिच्छेद क्षेत्रीय चालक के लिए निगृहित रूप से उपयोगी है। हालांकि L चालकों के समानांतर चलने वाले भागों की सीमित लंबाई है, लेकिन सूत्र केवल तब उपयुक्त है जब प्रत्येक चालक की कुल लंबाई अनंत मानी जाती है।

व्यावहारिक मामलों में चालक की कुल लंबाई अनंत नहीं होती। यह भी ध्यान में रखा जाता है कि, धारा वाहक चालक के सिरों के पास फ्लक्स घनत्व उसके मध्य भाग से बहुत अलग होता है।

इसलिए, यदि हम ऊपर दिए गए सूत्र का उपयोग छोटे चालक के लिए करते हैं, तो गणना किया गया बल वास्तविक से बहुत अधिक होगा।देखा गया है कि, यह त्रुटि बहुत हद तक कम हो जाएगी यदि हम ऊपर दिए गए सूत्र में L/S के स्थान पर इस्तेमाल करें।

समीकरण (2) द्वारा प्रदर्शित सूत्र, जब L/S का अनुपात 20 से अधिक हो, तब त्रुटि-रहित परिणाम देता है। जब 20 > L/S > 4, सूत्र (3) त्रुटि-रहित परिणाम के लिए उपयुक्त है।

यदि L/S < 4, सूत्र (2) त्रुटि-रहित परिणाम के लिए उपयुक्त है। उपरोक्त सूत्र केवल वृत्ताकार परिच्छेद क्षेत्रीय चालकों के लिए लागू होते हैं। लेकिन आयताकार परिच्छेद क्षेत्रीय चालक के लिए, सूत्र में कुछ संशोधन गुणांक की आवश्यकता होती है। यह गुणांक K होता है। इस प्रकार, ऊपर दिया गया सूत्र अंततः बन जाता है।

हालांकि, चालक के परिच्छेद क्षेत्र के आकार का प्रभाव तब तेजी से कम हो जाता है जब चालकों के बीच की दूरी बढ़ती है। आयताकार चालक के लिए, जिसकी मोटाई उसकी चौड़ाई से बहुत कम हो, K का मान अधिकतम होता है। यदि चालक का परिच्छेद क्षेत्र पूर्ण वर्ग हो, तो K नगण्य होता है। वृत्ताकार परिच्छेद क्षेत्रीय चालक के लिए K एक होता है। यह मानक और दूरस्थ नियंत्रण सर्किट ब्रेकर दोनों के लिए सही है।