Как рассчитать ток короткого замыкания
Как рассчитать ток короткого замыкания?
Определение тока короткого замыкания
Ток короткого замыкания определяется как большой ток, который протекает через электрическую систему при возникновении неисправности, что может привести к повреждению компонентов автоматического выключателя.
При возникновении короткого замыкания через систему, включая автоматический выключатель (CB), протекает большой ток. Этот поток, если его не остановить срабатыванием CB, подвергает части CB значительным механическим и тепловым нагрузкам.
Если проводящие части CB имеют недостаточную площадь поперечного сечения, они могут перегреваться, что может привести к повреждению изоляции. Контакты CB также нагреваются. Тепловая нагрузка на контактах пропорциональна I2Rt, где R — сопротивление контакта, I — действующее значение тока короткого замыкания, а t — продолжительность протекания тока.
После начала неисправности ток короткого замыкания продолжает протекать до тех пор, пока прерывающее устройство CB не разомкнет цепь. Таким образом, время t — это время срабатывания автоматического выключателя. Поскольку это время очень мало, порядка миллисекунд, предполагается, что все тепло, выделяемое при неисправности, поглощается проводником, так как нет достаточного времени для конвекции и радиации тепла.
Повышение температуры можно определить по следующей формуле,
Где T — повышение температуры в градусах Цельсия за секунду.I — ток (действующий симметричный) в амперах.A — площадь поперечного сечения проводника.ε — температурный коэффициент сопротивления проводника при 20 oC.
Алюминий теряет свою прочность при температуре выше 160°C, поэтому важно держать повышение температуры ниже этого предела. Это требование устанавливает допустимое повышение температуры при коротком замыкании, которое можно контролировать, регулируя время срабатывания CB и правильно проектируя размеры проводника.
Сила короткого замыкания
Электромагнитная сила, возникающая между двумя параллельными проводниками, несущими электрический ток, определяется по формуле,
Где L — длина обоих проводников в дюймах.S — расстояние между ними в дюймах.I — ток, проходящий через каждый из проводников.
Экспериментально доказано, что электромагнитная сила короткого замыкания максимальна, когда значение тока короткого замыкания I составляет 1,75 от начального действующего значения симметричной волны тока короткого замыкания.
Однако в некоторых обстоятельствах возможно, что силы, превышающие эти, могут возникнуть, например, в случае очень жестких шин или из-за резонанса в случае шин, подверженных механическим вибрациям. Эксперименты также показали, что реакции, возникающие в нерезонансной структуре при включении или отключении переменного тока, могут превышать реакции, испытываемые во время протекания тока.
Таким образом, рекомендуется быть на стороне безопасности и учитывать все возможные случаи, для которых следует принимать во внимание максимальную силу, которая может развиться при начальном пиковом значении несимметричного тока короткого замыкания. Эта сила может быть принята как имеющая значение, которое в два раза больше, чем рассчитанное по вышеуказанной формуле.
Формула строго полезна для проводников с круглым поперечным сечением. Хотя L — это конечная длина частей проводников, идущих параллельно друг другу, формула подходит только в том случае, если общая длина каждого проводника считается бесконечной.
В практических случаях общая длина проводника не бесконечна. Также учитывается, что плотность магнитного потока вблизи концов проводника, несущего ток, значительно отличается от его средней части.
Поэтому, если мы используем вышеуказанную формулу для короткого проводника, рассчитанная сила будет намного выше, чем фактическая. Следует отметить, что эта ошибка может быть значительно устранена, если мы используем член It вместо L/S в вышеуказанной формуле.
Формула, представленная уравнением (2), дает результат без ошибок, когда отношение L/S больше 20. Когда 20 > L/S > 4, формула (3) подходит для получения результата без ошибок.
Если L/S < 4, формула (2) подходит для получения результата без ошибок. Вышеуказанные формулы применимы только для проводников с круглым поперечным сечением. Для проводников с прямоугольным поперечным сечением формула нуждается в некотором поправочном коэффициенте. Обозначим этот коэффициент K. Таким образом, вышеуказанная формула в конечном итоге становится.
Хотя влияние формы поперечного сечения проводника быстро уменьшается, если увеличивается расстояние между проводниками, значение K максимально для плоских проводников, толщина которых значительно меньше их ширины. K незначителен, когда форма поперечного сечения проводника является идеально квадратной. K равен единице для проводника с идеально круглым поперечным сечением. Это верно как для стандартных, так и для дистанционно управляемых автоматических выключателей.
