단락 전류를 어떻게 계산하나요?

단락 전류를 어떻게 계산하나요?

단락 전류의 정의

단락 전류는 고장이 발생할 때 전기 시스템을 통과하는 큰 전류로, 회로 차단기 구성 요소에 잠재적인 손상을 초래합니다.

단락 고장이 발생하면 큰 전류가 시스템을 통해 흐르며, 이는 회로 차단기(CB)를 포함합니다. 이 흐름은 CB가 트리핑하여 중지되지 않는 한 CB 부품에 상당한 기계적 및 열적 스트레스를 가합니다.

CB의 도체 부분이 충분한 단면적을 갖추지 못하면 과열되어 절연체가 손상될 수 있습니다.CB 접점도 가열됩니다. 접점에서의 열적 스트레스는 I2Rt에 비례하며, 여기서 R은 접점 저항, I는 단락 전류의 RMS 값, t는 전류 흐름의 지속 시간입니다.

고장이 발생한 후 단락 전류는 CB의 차단 장치가 작동할 때까지 계속됩니다. 따라서 시간 t는 회로 차단기의 차단 시간입니다. 이 시간은 밀리초 단위로 매우 짧으므로, 고장 동안 발생하는 모든 열이 도체에 의해 흡수되는 것으로 가정됩니다.

온도 상승은 다음 공식으로 결정할 수 있습니다,

여기서, T는 초당 섭씨 온도 상승입니다.I는 암페어(Ampere) 단위의 전류(RMS 대칭)입니다.A는 도체의 단면적입니다.ε은 20°C에서 도체의 저항률의 온도 계수입니다.

알루미늄은 160°C 이상에서는 강도가 떨어지므로, 이 제한 아래로 온도 상승을 유지하는 것이 중요합니다. 이러한 요구 사항은 CB의 차단 시간을 제어하고 도체의 치수를 적절히 설계함으로써 관리할 수 있는 단락 시의 허용 가능한 온도 상승을 설정합니다.

단락 힘

두 개의 평행한 전류를 운반하는 도체 사이에서 발생하는 전자기력은 다음과 같은 공식으로 주어집니다,

여기서, L은 두 도체의 길이(인치 단위)입니다.S는 그들 사이의 거리(인치 단위)입니다.I는 각 도체가 운반하는 전류입니다.

실험적으로 증명된 바에 따르면, 단락 전류 I의 값이 대칭 단락 전류 파형의 초기 RMS 값의 1.75배일 때 전자기 단락 힘이 최대입니다.

그러나 특정 상황에서는, 예를 들어 매우 강한 바 또는 기계적 진동에 의한 공진의 경우, 이러한 힘보다 더 큰 힘이 발생할 가능성이 있습니다. 실험 결과, 교류 전류가 힘을 적용하거나 제거하는 순간에 발생하는 반응이 전류가 흐르는 동안 경험하는 반응보다 클 수도 있음이 보여졌습니다.

따라서 안전을 위해 모든 가능한 상황을 고려해야 하며, 비대칭 단락 전류의 초기 피크 값에 의해 발생할 수 있는 최대 힘을 고려해야 합니다. 이 힘은 위의 공식에서 계산된 값의 두 배로 간주할 수 있습니다.

이 공식은 원형 단면 도체에 엄격하게 유용합니다. L은 서로 평행하게 달리는 도체 부분의 유한한 길이이지만, 공식은 각 도체의 총 길이가 무한하다고 가정할 때만 적합합니다.

실제로는 도체의 총 길이가 무한하지 않습니다. 또한, 전류를 운반하는 도체의 끝부분 근처의 플럭스 밀도가 중간 부분과 크게 다르다는 점도 고려해야 합니다.

따라서, 위의 공식을 짧은 도체에 사용하면 계산된 힘이 실제보다 훨씬 높게 나올 것입니다. 이 오차는 우리가 위의 공식에서 L/S 대신 It을 사용하면 상당히 줄일 수 있습니다.

L/S 비율이 20보다 클 때, 방정식 (2)은 오차 없는 결과를 제공합니다. 20 > L/S > 4일 때, 공식 (3)은 오차 없는 결과를 제공하기에 적합합니다.

L/S < 4일 때, 공식 (2)은 오차 없는 결과를 제공하기에 적합합니다. 위의 공식은 원형 단면 도체에만 적용됩니다. 직사각형 단면 도체의 경우, 공식에 일부 수정 계수가 필요합니다. 이 수정 계수를 K라고 하면, 결국 위의 공식은 다음과 같이 됩니다.

도체의 단면 형상의 효과는 도체 사이의 간격이 증가할수록 빠르게 감소하지만, K의 값은 두께가 너비보다 매우 작은 스트립 형태의 도체에서 최대입니다. K는 도체의 단면 형상이 완전히 사각형인 경우에는 미미합니다. K는 완전히 원형 단면 도체의 경우 1입니다. 이는 표준 및 원격 제어 회로 차단기에 모두 적용됩니다.