Come Calcolare la Corrente di Cortocircuito?

Come Calcolare la Corrente di Cortocircuito?

Definizione di Corrente di Cortocircuito

La corrente di cortocircuito è definita come la grande corrente che scorre attraverso un sistema elettrico quando si verifica un guasto, causando potenziali danni ai componenti del disgiuntore.

Quando si verifica un guasto di cortocircuito, una grande corrente scorre attraverso il sistema, inclusi il disgiuntore (CB). Questo flusso, a meno che non venga interrotto dal trip del CB, sottopone le parti del CB a significative sollecitazioni meccaniche e termiche.

Se le parti conduttrici del CB mancano di sufficiente sezione trasversale, possono surriscaldarsi, il che può danneggiare l'isolamento.Anche i contatti del CB si scaldano. La sollecitazione termica nei contatti è proporzionale a I2Rt, dove R è la resistenza dei contatti, I è il valore efficace della corrente di cortocircuito, e t è la durata del flusso di corrente.

Dopo l'inizio del guasto, la corrente di cortocircuito persiste fino a quando l'unità di interruzione del CB, interrompe. Pertanto, il tempo t è il tempo di spegnimento del disgiuntore. Poiché questo tempo è molto breve in scala di millisecondi, si assume che tutto il calore prodotto durante il guasto sia assorbito dal conduttore poiché non c'è abbastanza tempo per la convezione e la radiazione del calore.

L'aumento di temperatura può essere determinato dalla seguente formula,

Dove, T è l'aumento di temperatura al secondo in gradi centigradi.I è la corrente (simmetrica efficace) in Ampere.A è la sezione trasversale del conduttore.ε è il coefficiente di temperatura della resistività del conduttore a 20 ^oC.

L'alluminio perde la sua resistenza sopra i 160°C, quindi è cruciale mantenere l'aumento di temperatura al di sotto di questo limite. Questo requisito stabilisce l'aumento di temperatura ammissibile durante un cortocircuito, che può essere gestito controllando il tempo di spegnimento del CB e progettando correttamente le dimensioni del conduttore.

Forza di Cortocircuito

La forza elettromagnetica sviluppata tra due conduttori paralleli portatori di corrente elettrica, è data dalla formula,

Dove, L è la lunghezza di entrambi i conduttori in pollici.S è la distanza tra di essi in pollici.I è la corrente portata da ciascuno dei conduttori.

È dimostrato sperimentalmente che, la forza elettromagnetica di cortocircuito è massima quando il valore della corrente di cortocircuito I, è 1,75 volte il valore efficace iniziale dell'onda di corrente di cortocircuito simmetrica.

Tuttavia, in certe circostanze è possibile che, si sviluppino forze superiori a queste, ad esempio, nel caso di barre molto rigide o a causa di risonanza nel caso di barre soggette a vibrazioni meccaniche. Gli esperimenti hanno anche dimostrato che le reazioni prodotte in una struttura non risonante da una corrente alternata all'istante di applicazione o rimozione delle forze possono superare le reazioni sperimentate mentre la corrente sta fluendo.

Pertanto, è consigliabile sbagliare sul lato della sicurezza e prevedere tutte le eventualità, per cui si dovrebbe tenere conto della forza massima che potrebbe essere sviluppata dal valore picco iniziale della corrente di cortocircuito asimmetrica. Questa forza può essere considerata come avente un valore che è il doppio di quello calcolato dalla formula sopra menzionata.

La formula è strettamente utile per i conduttori a sezione trasversale circolare. Anche se L è una lunghezza finita delle porzioni di conduttori che corrono paralleli tra loro, la formula è solo adatta dove si assume che la lunghezza totale di ciascun conduttore sia infinita.

Nei casi pratici, la lunghezza totale del conduttore non è infinita. Si tiene anche in considerazione che, la densità di flusso vicino alle estremità del conduttore portatore di corrente è notevolmente diversa rispetto alla sua parte centrale.

Pertanto, se usiamo la formula sopra menzionata per un conduttore corto, la forza calcolata sarebbe molto maggiore di quella effettiva.Si osserva che, questo errore può essere eliminato considerevolmente se usiamo il termine. È invece di L/S nella formula sopra menzionata.

La formula, rappresentata dall'equazione (2), fornisce un risultato privo di errori quando il rapporto L/S è maggiore di 20. Quando 20 > L/S > 4, la formula (3) è adatta per un risultato privo di errori.

Se L/S < 4, la formula (2) è adatta per un risultato privo di errori. Le formule sopra menzionate sono applicabili solo per i conduttori a sezione trasversale circolare. Ma per i conduttori a sezione trasversale rettangolare, la formula necessita di un fattore di correzione. Diciamo che questo fattore è K. Pertanto, la formula sopra menzionata diventa infine.

Anche se l'effetto della forma della sezione trasversale del conduttore diminuisce rapidamente se lo spazio tra i conduttori aumenta, il valore di K è massimo per i conduttori a striscia, la cui spessore è notevolmente inferiore alla larghezza. K è trascurabile quando la forma della sezione trasversale del conduttore è perfettamente quadrata. K è unitario per i conduttori a sezione trasversale perfettamente circolare. Questo vale sia per i disgiuntori standard che per quelli a controllo remoto.