Hogyan számítsuk ki a rövidzárt áramot?
Hogyan számítható a rövidzárlási áram?
A rövidzárlási áram definíciója
A rövidzárlási áram az olyan nagy áram, amely egy hibás esetben folyik át az elektromos rendszeren, ami potenciálisan károsíthatja a végződőkör alkatrészeit.
Amikor rövidzárlási hiba történik, egy nagy áram folyik a rendszeren, beleértve a végződőkört (CB). Ez a folyás, ha a CB nem állítja le, jelentős mechanikai és hőmérsékleti terhelésekkel tartozik a CB részeihez.
Ha a CB vezető részeinek kerülete nem elegendő, túlmelegedhetnek, ami károsíthatja a izolációt. A CB kapcsolópontjai is melegednek. A kapcsolópontokban lévő hőmérsékleti terhelés arányos I2Rt-vel, ahol R a kapcsolóellenállás, I a rövidzárlási áram határértéke, és t a folyamatos áramidő.
A hiba kezdete után a rövidzárlási áram addig marad, amíg a CB végződőegysége nem állítja le. Tehát az idő t a végződőkör állítási ideje. Mivel ez az idő millisekundumok mértékben mérhető, feltételezhető, hogy a hiba során keletkező hő teljes egészében a vezető által absorálódik, mivel nincs elegendő idő a hő convecziójára és radiációnak.
A hőmérséklet-emelkedést a következő képlet szerint lehet meghatározni,
Ahol T a hőmérséklet-emelkedés másodpercenként fok Celsiusban. I az áram (rms szimmetrikus) Amperben. A a vezető kerülete. ε a vezető ellenállási tényezője 20°C-on.
Az alumínium erőssége felett 160°C-nál csökken, ezért létfontosságú, hogy a hőmérséklet-emelkedést ezen határ alatt tartsuk. Ez a követelmény meghatározza a rövidzárlási hiba során megengedett hőmérséklet-emelkedést, amit a CB állítási idejének és a vezető dimenzióinak megfelelő tervezésével lehet kezelni.
A rövidzárlási erő
Két párhuzamos áramviselő vezető között kialakuló elektromágneses erő a következő képlettel adható meg,
Ahol L a két vezető hossza hüvelykben. S a távolság közöttük hüvelykben. I az áram, amit a vezetők visznek.
Kísérletek alapján bizonyított, hogy az elektromágneses rövidzárlási erő maximális, amikor a rövidzárlási áram I értéke 1,75-szerese a szimmetrikus rövidzárlási áram hullám kezdeti rms értékének.
Egyes esetekben azonban nagyobb erők is kialakulhatnak, például nagyon merev csavark esetén, vagy rezgések esetén. Kísérletek azt is igazolták, hogy a nem rezgő struktúrában a váltakozó áram által a hozzáadás vagy eltávolítás pillanatában előidézett reakciók meghaladhatják a folyamatos áram esetén tapasztalt reakciókat.
Ezért ajánlott biztonsági tartalékot tartani, és a legrosszabb esetet is figyelembe venni, amire a rövidzárlási áram aszimmetrikus kezdeti csúcsértékéből számított maximum erőre kell számítani. Ez az erő kétszerese annak, amit a fenti képlet alapján számítunk.
A képlet szigorúan csak kör alakú kerületű vezetőkre használható. Bár L a párhuzamos vezetők véges hossza, a képlet csak akkor alkalmas, ha a vezetők teljes hosszát végtelennek tekintjük.
Gyakorlati esetekben a vezető teljes hossza nem végtelen. Figyelembe kell venni, hogy az áramviselő vezető végpontjainál a fluksdensitás jelentősen eltér a középső részétől.
Tehát, ha a fenti képletet rövid vezetőkre használjuk, a számított erő jelentősen magasabb lesz, mint a valós. Látva, hogy ez a hiba jelentősen csökkenthető, ha a képletben L/S helyett a természetes logaritmus használata mellett L/S-t használunk.
A képlet, amelyet a (2) egyenlet képvisel, hibamentes eredményt ad, ha az L/S arány nagyobb, mint 20. Ha 20 > L/S > 4, a (3) képlet alkalmas hibamentes eredményre. Ha L/S < 4, a (2) képlet alkalmas hibamentes eredményre. A fenti képletek csak kör alakú kerületű vezetőkre alkalmazhatók. Téglalap alakú kerületű vezetők esetén a képletnek korrekciós tényezőre van szüksége. Legyen ez a tényező K. Így a képlet végső formája:
Bár a vezető kerületének alakja gyorsan csökken, ha a vezetők közötti távolság nő, a K értéke a legnagyobb sáv alakú vezetőknél, amelyek vastagsága jelentősen kisebb, mint a szélessége. A K értéke elhanyagolható, ha a vezető kerülete tökéletes négyzet. A K értéke egységnyi, ha a vezető kerülete tökéletesen kör alakú. Ez igaz mind standard, mind távirányított végződőkörre.
