Hoe bereken je kortsluitstroom?
Hoe bereken je de korte-slagstroom?
Definitie van korte-slagstroom
Korte-slagstroom wordt gedefinieerd als de grote stroom die door een elektrisch systeem loopt wanneer er een fout optreedt, waardoor potentiële schade kan worden toegebracht aan onderdelen van de circuitbreker.
Wanneer er een kortsluiting plaatsvindt, loopt er een grote stroom door het systeem, inclusief de circuitbreker (CB). Deze stroom, tenzij gestopt door het uitvallen van de CB, onderwerpt de onderdelen van de CB aan significante mechanische en thermische belastingen.
Als de geleidende delen van de CB onvoldoende doorsnede hebben, kunnen ze oververhitten, wat de isolatie kan beschadigen.De contacten van de CB verhitten ook. De thermische belasting in de contacten is evenredig met I2Rt, waarbij R de contactweerstand is, I de effenwaarde van de korte-slagstroom is, en t de duur van de stroomstroom.
Na het initiëren van de fout blijft de korte-slagstroom bestaan totdat de onderbrekingsunit van de CB, breekt. Daarom is tijd t de breukduur van de circuitbreker. Aangezien deze tijd erg klein is op de schaal van milliseconden, wordt aangenomen dat alle warmte die tijdens de fout wordt geproduceerd wordt opgenomen door de geleider, omdat er geen voldoende tijd is voor convectie en straling van warmte.
De temperatuurstijging kan worden bepaald met de volgende formule,
Waarbij, T de temperatuurstijging per seconde in graden Celsius is.I de stroom (effen symmetrisch) in Ampère.A de doorsnede van de geleider.ε de temperatuurcoëfficiënt van de elektrische weerstand van de geleider bij 20 oC.
Aluminium verliest zijn sterkte boven 160°C, dus het is cruciaal om de temperatuurstijging onder deze limiet te houden. Deze eis stelt de toelaatbare temperatuurstijging tijdens een kortsluiting vast, die kan worden beheerd door de breukduur van de CB te controleren en de afmetingen van de geleider goed te ontwerpen.
Korte-slagkracht
De elektromagnetische kracht die ontstaat tussen twee parallelle geleiders die stroom voeren, wordt gegeven door de formule,
Waarbij, L de lengte van beide geleiders in inch is.S de afstand tussen hen in inch.I de stroom die door elke geleider wordt gevoerd.
Het is experimenteel bewezen dat de elektromagnetische korte-slagkracht maximaal is wanneer de waarde van de korte-slagstroom I, 1,75 keer de initiele effenwaarde van de symmetrische korte-slagstroomgolf is.
Echter, in bepaalde omstandigheden kan het zo zijn dat grotere krachten ontstaan, zoals bijvoorbeeld in het geval van zeer rigide staven of door resonantie in het geval van staven die geneigd zijn tot mechanische trilling. Experimenten hebben ook aangetoond dat de reacties die in een niet-resonerend bouwwerk worden geproduceerd door een wisselstroom op het moment van toepassing of verwijdering van de krachten de reacties kunnen overtreffen die worden ervaren terwijl de stroom loopt.
Het is daarom raadzaam om aan de veilige kant te blijven en rekening te houden met alle eventualiteiten, waarbij men rekening moet houden met de maximale kracht die kan worden ontwikkeld door de initiele piekwaarde van de asymmetrische korte-slagstroom. Deze kracht kan worden aangenomen als twee keer de waarde die wordt berekend uit de bovenstaande formule.
De formule is strikt nuttig voor geleiders met een cirkelvormige doorsnede. Hoewel L een eindige lengte is van de delen van de geleiders die parallel aan elkaar lopen, is de formule alleen geschikt wanneer de totale lengte van elke geleider oneindig wordt aangenomen.
In praktijk is de totale lengte van de geleider niet oneindig. Het moet ook in gedachten worden gehouden dat de fluxdichtheid in de buurt van de einden van de stroomvoerende geleider aanzienlijk verschilt van het midden.
Daarom, als we de bovenstaande formule gebruiken voor korte geleiders, zou de berekende kracht veel hoger zijn dan de werkelijke kracht.Het blijkt dat deze fout aanzienlijk kan worden geëlimineerd als we de term gebruiken. Het is in plaats van L/S in de bovenstaande formule.
De formule, weergegeven door vergelijking (2), geeft een foutloos resultaat wanneer de verhouding L/S groter is dan 20. Wanneer 20 > L/S > 4, is formule (3) geschikt voor een foutloos resultaat.
Als L/S < 4, is formule (2) geschikt voor een foutloos resultaat. De bovenstaande formules zijn alleen van toepassing op geleiders met een cirkelvormige doorsnede. Voor geleiders met een rechthoekige doorsnede moet de formule een correctiefactor hebben. Laten we deze factor K noemen. Dus, de bovenstaande formule wordt uiteindelijk.
Hoewel het effect van de vorm van de doorsnede van de geleider snel afneemt als de afstand tussen de geleiders toeneemt, is de waarde van K maximaal voor strookachtige geleiders waarvan de dikte aanzienlijk kleiner is dan de breedte. K is verwaarloosbaar wanneer de vorm van de doorsnede van de geleider perfect vierkant is. K is één voor een perfect ronde doorsnede. Dit geldt zowel voor standaard- als afstandsbedienings-circuitbrekers.
