Hur beräknar man kortslutningsström?

Hur beräknar man strömmen vid kortslutning?

Definition av ström vid kortslutning

Ström vid kortslutning definieras som den stora ström som flödar genom ett elektriskt system när en felställning inträffar, vilket kan orsaka skada på komponenter i strömbrytaren.

När en kortslutningsfel uppstår flödar en stor ström genom systemet, inklusive strömbrytaren (CB). Detta flöde, om det inte stoppas av att CB tripplar, exponerar CB-delarna för betydande mekaniska och termiska belastningar.

Om ledande delar i CB saknar tillräckligt korssektionsområde kan de överhettas, vilket kan skada isoleringen.Kontakterna i CB hettar också upp. Den termiska belastningen i kontakterna är proportionell mot I2Rt, där R är kontaktresistansen, I är den effektiva värdet av kortslutningsströmmen, och t är strömförs duration.

Efter att felet har initierats, fortsätter kortslutningsströmmen att flöda tills avbrottsenheten i CB bryter. Därför är tiden t avbrotts-tiden för strömbrytaren. Eftersom denna tid är mycket kort i millisekunds-skala antas all värme producerad under felet absorberas av ledaren eftersom det inte finns tillräckligt med tid för konvektion och strålning av värme.

Temperaturhöjningen kan bestämmas med följande formel,

Där T är temperaturhöjningen per sekund i grader Celsius. I är strömmen (effektiv symmetrisk) i ampere. A är korssektionsarean av ledaren. ε är temperaturkoefficienten för resistiviteten hos ledaren vid 20 ^oC.

Aluminium förlorar sin styrka ovanför 160°C, så det är viktigt att hålla temperaturhöjningen under denna gräns. Detta krav ställer in den tillåtna temperaturhöjningen under en kortslutning, vilket kan hanteras genom att kontrollera CB:s avbrotts-tid och designa ledardimensionerna korrekt.

Kortslutningskraft

Den elektromagnetiska kraften som utvecklas mellan två parallella strömledande ledare ges av formeln,

Där L är längden av båda ledarna i tum. S är avståndet mellan dem i tum. I är strömmen som bäras av varje ledare.

Det har experimentellt bevisats att den elektromagnetiska kortslutningskraften är maximal när kortslutningsströmmen I är 1,75 gånger det initiala effektiva värdet av den symmetriska kortslutningsströmsvågen.

I vissa omständigheter kan dock större krafter utvecklas, till exempel i fallet med mycket rigida stänger eller pga resonans i fall stänger är benägna för mekanisk vibration. Experiment har också visat att reaktionerna i en icke-resonerande struktur av en alternerande ström vid tillämpning eller avlägsnande av krafter kan överstiga de reaktioner som upplevs medan strömmen flödar.

Det är därför rådligt att vara på säker sidan och ta hänsyn till alla eventuella situationer, och beakta den maximala kraft som kan utvecklas av det initiala toppvärdet av den asymmetriska kortslutningsströmmen. Denna kraft kan betraktas som ha en värde som är dubbelt så högt som det beräknade från ovanstående formel.

Formeln är strikt användbar för ledare med cirkulärt korssektionsområde. Även om L är en ändlig längd av de delar av ledarna som ligger parallellt med varandra, är formeln bara lämplig där den totala längden av varje ledare antas vara oändlig.

I praktiska fall är den totala längden av ledaren inte oändlig. Det tas också i beaktning att fluxdensiteten nära ändarna av strömledande ledare är betydligt annorlunda än dess mittersta del.

Så om vi använder ovanstående formel för en kort ledare, skulle den beräknade kraften vara betydligt högre än den faktiska.Det ses att denna fel kan elimineras betydligt om vi använder termen. Istället för L/S i ovanstående formel.

Formeln, representerad av ekvation (2), ger fel-fri resultat när förhållandet L/S är större än 20. När 20 > L/S > 4, är formel (3) lämplig för fel-fri resultat.

Om L/S < 4, är formel (2) lämplig för fel-fri resultat. Ovanstående formler gäller endast för ledare med cirkulärt korssektionsområde. Men för ledare med rektangulärt korssektionsområde behöver formeln ha en korrektionsfaktor. Säg att denna faktor är K. Därför blir den slutliga formeln.

Även om effekten av formen av korssektionsområdet snabbt minskar om avståndet mellan ledarna ökar, är värdet av K maximalt för bandliknande ledare vars tjocklek är betydligt mindre än dess bredd. K är försumbart när formen av korssektionsområdet är perfekt kvadratisk. K är enhet för perfekt cirkulärt korssektionsområde. Detta gäller både för standard- och fjärrkontrollerad strömbrytare.