Kısa Devre Akımını Nasıl Hesaplarız?

Kısa Devre Akımını Nasıl Hesaplarız?

Kısa Devre Akımı Tanımı

Kısa devre akımı, bir arızanın meydana geldiği zaman elektrik sisteminde akan büyük akım olarak tanımlanır ve bu durum devre kesici bileşenlerine potansiyel hasar verir.

Bir kısa devre arızası olduğunda, sistem boyunca (devre kesicinin dahil olduğu) büyük bir akım akar. Bu akım, devre kesicinin (CB) devre dışı bırakılmasından önce, CB parçalarına önemli mekanik ve termal streslere neden olur.

Eğer CB'nin iletken parçalarının yeterli kesit alanı yoksa, bunlar aşırı ısınabilir, bu da yalıtım zararına neden olabilir.CB temas noktaları da ısınır. Temas noktalarındaki termal stres, I2Rt ile orantılıdır, burada R temas direnci, I kısa devre akımının rms değeri ve t akımın süresidir.

Arızanın başlamasından itibaren, kısa devre akımı, devre kesicinin kesme birimi devreyi kesene kadar devam eder. Bu nedenle, t süresi devre kesicinin kesme süresidir. Bu süre milisaniye ölçüsünde çok az olduğu için, arızanın sırasında üretilen tüm ısı, ısıya geçiş ve radyasyon için yeterli zaman olmadığı için iletken tarafından emildiği varsayılır.

Sıcaklık yükselmesi aşağıdaki formülle belirlenebilir,

Burada, T her saniyedeki sıcaklık artışı santigrat derece cinsinden. I akım (rms simetrik) amper cinsinden. A iletkenin kesit alanı. ε iletkenin 20 ^oC'deki sıcaklık katsayısıdır.

Alüminyum, 160°C'nin üzerinde dayanımı kaybeder, bu nedenle sıcaklık yükselişini bu sınırdan aşağı tutmak önemlidir. Bu gereklilik, kısa devre sırasında izin verilen sıcaklık yükselişini belirler ve bu, devre kesicinin kesme süresini kontrol ederek ve iletken boyutlarını doğru şekilde tasarlayarak yönetilebilir.

Kısa Devre Kuvveti

İki paralel elektrik akım taşıyan iletken arasında geliştirilen elektromanyetik kuvvet, aşağıdaki formülle verilir,

Burada, L her iki iletkenin inç cinsinden uzunluğu. S aralarındaki inç cinsinden mesafe. I her iki iletkenin taşıdığı akım.

Deneysel olarak kanıtlanmıştır ki, elektromanyetik kısa devre kuvveti, kısa devre akımının I değeri, simetrik kısa devre akım dalgasının ilk rms değerinin 1,75 katı olduğunda en büyüktür.

Ancak, bazı durumlarda, örneğin çok sert çubuklar veya mekanik titreşim riski taşıyan çubuklar söz konusu olduğunda, bu değerden daha büyük kuvvetler gelişebilir. Deneysel çalışmalar ayrıca, alternatif akımın uygulandığı veya kaldırıldığı anlarda, yapıda rezonans olmamasına rağmen, akımın aktarılması sırasında deneyim edilen tepkilere göre daha büyük tepkilerin oluşabileceğini göstermiştir.

Bu nedenle, güvenliğin yanı tarafında hata yapmak ve tüm muhtemel durumları göz önünde bulundurmaktan fayda vardır. Bunun için, asimetrik kısa devre akımının ilk zirve değeriyle geliştirilebilecek maksimum kuvvete yer verilmelidir. Bu kuvvet, yukarıdaki formülden hesaplanan değerden iki katı kabul edilebilir.

Formül, sadece dairesel kesitli iletkenler için tamamen kullanışlıdır. L, birbirine paralel olan iletken parçalarının sonlu uzunluğu olsa da, formül sadece her iletkenin toplam uzunluğunun sonsuz olarak kabul edildiği durumlara uygundur.

Pratik durumlarda, iletkenin toplam uzunluğu sonsuz değildir. Ayrıca, akım taşıyan iletkenin uçlarındaki manyetik akı yoğunluğu, orta kısmından oldukça farklıdır.

Bu nedenle, yukarıdaki formülü kısa iletkenler için kullanırsak, hesaplanan kuvvet gerçek değerden çok daha yüksek olacaktır.Görülmektedir ki, bu hata, yukarıdaki formülde L/S yerine L/S ifadesini kullanarak büyük ölçüde giderilebilir.

(2) numaralı formül, L/S oranı 20'den büyük olduğunda hata içermez. 20 > L/S > 4 olduğunda, (3) numaralı formül hata içermez.

Eğer L/S < 4 ise, (2) numaralı formül hata içermez. Yukarıdaki formüller sadece dairesel kesitli iletkenler için geçerlidir. Ancak, dikdörtgen kesitli iletkenler için, formüle bazı düzeltme faktörleri eklenmelidir. Bu faktör K olarak adlandırılsın. Bu nedenle, formül nihayetinde şu şekilde olur:

Her ne kadar iletken arasındaki mesafe arttıkça iletkenin kesit şekli etkisi hızla azalsa da, K faktörü en fazla kalınlığı genişliğinden çok daha küçük olan şerit benzeri iletkenler için en büyüktür. Kesit şekli mükemmel bir kare olduğunda K ihmal edilebilir. K, mükemmel dairesel kesitli iletkenler için birlikte. Bu, standart ve uzaktan kontrollü devre kesicileri için de geçerlidir.