วิธีการคำนวณกระแสไฟฟ้าลัดวงจร
วิธีการคำนวณกระแสไฟฟ้าลัดวงจร?
ความหมายของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร
กระแสไฟฟ้าลัดวงจรคือกระแสมหาศาลที่ไหลผ่านระบบไฟฟ้าเมื่อเกิดข้อผิดพลาด ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อชิ้นส่วนของเบรกเกอร์วงจร
เมื่อมีข้อผิดพลาดทางลัดวงจร กระแสน้ำไฟฟ้าขนาดใหญ่จะไหลผ่านระบบ รวมถึงเบรกเกอร์วงจร (CB) หากไม่มี CB ทริปเพื่อหยุดกระแส ชิ้นส่วนของ CB จะได้รับแรงกดดันทางกลและความร้อนอย่างมาก
หากส่วนนำไฟฟ้าของ CB มีพื้นที่หน้าตัดไม่เพียงพอ อาจทำให้เกิดความร้อนสูง ซึ่งอาจทำลายฉนวนนอกจากนี้ ส่วนติดต่อของ CB ก็ยังมีความร้อน แรงกดดันความร้อนในส่วนติดต่อเป็นสัดส่วนกับ I2Rt ที่ R คือความต้านทานของส่วนติดต่อ I คือค่า RMS ของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร และ t คือระยะเวลาที่กระแสไหล
หลังจากเริ่มข้อผิดพลาด กระแสไฟฟ้าลัดวงจรจะคงอยู่จนกระทั่งหน่วยตัดวงจรของ CB ทำงาน ดังนั้นเวลา t คือเวลาในการตัดวงจรของเบรกเกอร์ เนื่องจากเวลานี้มีน้อยมากในระดับมิลลิวินาที จึงถือว่าความร้อนที่ผลิตขึ้นระหว่างข้อผิดพลาดถูกดูดซึมโดยตัวนำเนื่องจากไม่มีเวลาเพียงพอสำหรับการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อน
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสามารถกำหนดได้ด้วยสูตรต่อไปนี้
ที่ T คือการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิต่อวินาทีในองศาเซลเซียส I คือกระแส (rms symmetrical) ในแอมแปร์ A คือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ε คือสัมประสิทธิ์ความต้านทานตามอุณหภูมิของตัวนำที่ 20oC
อลูมิเนียมจะเสียความแข็งแรงเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 160°C ดังนั้นจึงสำคัญที่จะต้องควบคุมการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิให้ต่ำกว่าขีดจำกัดนี้ ข้อกำหนดนี้กำหนดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิระหว่างข้อผิดพลาด ซึ่งสามารถจัดการได้โดยการควบคุมเวลาการตัดวงจรของ CB และออกแบบขนาดของตัวนำให้เหมาะสม
แรงแม่เหล็กไฟฟ้าลัดวงจร
แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างตัวนำไฟฟ้าขนานสองตัว สามารถคำนวณได้ด้วยสูตรต่อไปนี้
ที่ L คือความยาวของตัวนำทั้งสองในนิ้ว S คือระยะห่างระหว่างตัวนำในนิ้ว I คือกระแสที่ผ่านแต่ละตัวนำ
จากการทดลองพบว่า แรงแม่เหล็กไฟฟ้าลัดวงจรจะมีค่าสูงสุดเมื่อค่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจร I เป็น 1.75 เท่าของค่า RMS แรกเริ่มของคลื่นกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบสมมาตร
อย่างไรก็ตาม ในบางสถานการณ์ แรงที่เกิดขึ้นอาจมากกว่านี้ เช่น ในกรณีของบาร์ที่แข็งมาก หรือเนื่องจากความสั่นสะเทือนในกรณีของบาร์ที่ไวต่อการสั่นสะเทือน การทดลองยังแสดงให้เห็นว่า ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในโครงสร้างที่ไม่สั่นสะเทือนโดยกระแสสลับในขณะที่ใช้งานหรือยกเลิกแรงอาจสูงกว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นขณะที่กระแสกำลังไหล
ดังนั้น ควรระวังและเผื่อความปลอดภัย โดยพิจารณาแรงสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นจากค่าพีคเริ่มต้นของกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบไม่สมมาตร แรงนี้อาจถือว่ามีค่าเป็นสองเท่าของที่คำนวณได้จากสูตรดังกล่าว
สูตรนี้มีประโยชน์อย่างเคร่งครัดสำหรับตัวนำที่มีหน้าตัดวงกลม แม้ว่า L จะเป็นความยาวส่วนหนึ่งของตัวนำที่วิ่งขนานกัน แต่สูตรนี้เหมาะสำหรับกรณีที่ความยาวรวมของแต่ละตัวนำถือว่าเป็นอนันต์
ในกรณีปฏิบัติ ความยาวรวมของตัวนำไม่ใช่อนันต์ นอกจากนี้ยังต้องพิจารณาว่า ความหนาแน่นสนามแม่เหล็กใกล้ปลายตัวนำมีความแตกต่างจากส่วนกลางอย่างมาก
ดังนั้น ถ้าเราใช้สูตรดังกล่าวสำหรับตัวนำสั้น แรงที่คำนวณได้จะสูงกว่าความจริงมากพบว่า ความผิดพลาดนี้สามารถลดลงได้มากถ้าเราใช้เทอม It แทน L/S ในสูตรดังกล่าว
สูตรที่แสดงโดยสมการ (2) ให้ผลลัพธ์ที่ไม่มีความผิดพลาดเมื่ออัตราส่วน L/S มากกว่า 20 เมื่อ 20 > L/S > 4 สมการ (3) เหมาะสำหรับผลลัพธ์ที่ไม่มีความผิดพลาด
ถ้า L/S < 4 สมการ (2) เหมาะสำหรับผลลัพธ์ที่ไม่มีความผิดพลาด สูตรดังกล่าวใช้ได้เฉพาะสำหรับตัวนำที่มีหน้าตัดวงกลม แต่สำหรับตัวนำที่มีหน้าตัดสี่เหลี่ยม สูตรต้องมีแฟกเตอร์การแก้ไข สมมติว่าแฟกเตอร์นี้คือ K ดังนั้น สูตรสุดท้ายจะกลายเป็น
แม้ว่าผลกระทบของรูปทรงหน้าตัดของตัวนำจะลดลงอย่างรวดเร็วหากระยะห่างระหว่างตัวนำเพิ่มขึ้น ค่า K มากที่สุดสำหรับตัวนำที่มีรูปทรงแถบ ซึ่งความหนาบางน้อยกว่าความกว้าง K น้อยมากเมื่อรูปทรงหน้าตัดของตัวนำเป็นสี่เหลี่ยมสมบูรณ์ K คือ 1 สำหรับตัวนำที่มีหน้าตัดวงกลมสมบูรณ์ ข้อกำหนดนี้ใช้ได้ทั้งสำหรับเบรกเกอร์วงจรมาตรฐานและควบคุมระยะไกล
