Hvordan beregne kortslutningsstrøm?
Hvordan beregne kortslutningsstrøm?
Definisjon av kortslutningsstrøm
Kortslutningsstrøm defineres som den store strømmen som flyter gjennom et elektrisk system når det oppstår en feil, og som kan forårsake skade på sirkuitsikringskomponenter.
Når det oppstår en kortslutning, flyter en stor strøm gjennom systemet, inkludert sirkuitsikring (CB). Denne strømmen, med mindre den stoppes av at CB tripper, utssetter CB-deler for betydelig mekanisk og termisk stress.
Hvis lederdelen i CB mangler tilstrekkelig tverrsnittsareal, kan den overhete, noe som kan skade isolasjonen. Kontaktpunktene i CB hetter også opp. Termisk stress i kontaktpunktene er proporsjonal med I2Rt, der R er kontaktmotstand, I er kortslutningsstrømmens effektivverdi, og t er varigheten av strømflyt.
Etter at feilen har innledet, fortsetter kortslutningsstrømmen inntil avbrytingsenheten i CB bryter. Derfor er tiden t avbrytingstiden for sirkuitsikringen. Siden denne tiden er veldig kort, målt i millisekunder, antas det at all varme produsert under feilen blir absorbert av ledningen, da det ikke er nok tid for konveksjon og stråling av varme.
Temperaturøkningen kan bestemmes ved følgende formel,
Der T er temperaturøkningen per sekund i grader celsius. I er strømmen (effektiv symmetrisk) i amper. A er tverrsnittsarealet til lederen. ε er temperaturkoeffisienten for resistiviteten til lederen ved 20 oC.
Aluminium mister sin styrke over 160°C, så det er kritisk å holde temperaturøkningen under dette grensen. Dette kravet setter den tillatte temperaturøkningen under en kortslutning, noe som kan administreres ved å kontrollere CBs avbrytingstid og riktig design av lederdimensjonene.
Kortslutningskraft
Den elektromagnetiske kraften som utvikles mellom to parallelle strømførende ledere, gis av formelen,
Der L er lengden av begge ledere i tommer. S er avstanden mellom dem i tommer. I er strømmen som hver av ledene bærer.
Det er eksperimentelt bevist at den elektromagnetiske kortslutningskraften er størst når verdien av kortslutningsstrømmen I, er 1,75 ganger den initielle effektive verdien av den symmetriske kortslutningsstrømmebølgen.
I visse omstendigheter kan imidlertid kraftene være større enn dette, for eksempel i tilfeller med veldig stabile barer eller på grunn av resonans i tilfeller med barer som er utsatt for mekanisk vibrasjon. Eksperimenter har også vist at reaksjonene produsert i en ikke-resonerende struktur av en alternerende strøm ved øyeblikket for anvendelse eller fjerning av krefter kan overstige reaksjonene opplevd mens strømmen flyter.
Derfor er det rådlig å ta høyde for alle eventuelle situasjoner, og man bør ta hensyn til den maksimale kraften som kan utvikles av den initielle toppverdien av den asymmetriske kortslutningsstrømmen. Denne kraften kan regnes som dobbelt så stor som den beregnede fra ovennevnte formel.
Formelen er strengt nyttig for leder med sirkulært tverrsnitt. Selv om L er en endelig lengde av de deler av lederne som løper parallelt med hverandre, er formelen bare egnet når den totale lengden av hver leder antas å være uendelig.
I praktiske tilfeller er den totale lengden av lederen ikke uendelig. Det tas også hensyn til at fluxtetheten nær endene av strømførende leder er betydelig forskjellig fra dens midterste del.
Derfor, hvis vi bruker ovennevnte formel for kort leder, vil den beregnede kraften være mye større enn den faktiske. Det vises at denne feilen kan elimineres betydelig hvis vi bruker termer det i stedet for L/S i ovennevnte formel.Formelen, representert av ligning (2), gir feilfri resultat når forholdet L/S er større enn 20. Når 20 > L/S > 4, er formel (3) egnet for feilfri resultat.
Hvis L/S < 4, er formel (2) egnet for feilfri resultat. Ovennevnte formler er kun anvendelige for leder med sirkulært tverrsnitt. Men for rektangulært tverrsnitt, trenger formelen noen korreksjonsfaktor. La oss si at denne faktoren er K. Dermed blir formelen til slutt.
Selv om effekten av tverrsnittsformen av leder reduserer raskt hvis avstanden mellom lederen øker, er verdien av K størst for strip-lignende leder hvis tykkelsen er mye mindre enn dens bredde. K er ubetydelig når tverrsnittsformen av lederen er perfekt kvadratisk. K er enhet for perfekt sirkulært tverrsnitt. Dette gjelder for både standard- og fjernkontroll-sirkuitsikring.
