Як розрахувати струм короткого замикання
Як розрахувати струм короткого замикання?
Визначення струму короткого замикання
Струм короткого замикання визначається як великий струм, що протікає через електричну систему при виникненні аварії, що може завдати шкоди компонентам автоматичного вимикача.
При настанні аварії короткого замикання великий струм протікає через систему, включаючи автоматичний вимикач (CB). Цей потік, якщо його не зупинити за допомогою відключення CB, піддає деталі CB значним механічним і термічним навантаженням.
Якщо провідні частини CB мають недостатню площу перерізу, вони можуть перегрітися, що може пошкодити ізоляцію. Контакти CB також нагріваються. Термічне навантаження на контактах пропорційне I2Rt, де R — опір контакту, I — ефективне значення струму короткого замикання, а t — тривалість протікання струму.
Після початку аварії струм короткого замикання триває до тих пір, поки відключаюча частина CB не перерве його. Тому час t — це час відключення автоматичного вимикача. Оскільки цей час дуже малий, в порядку мілісекунд, припускається, що всі тепло, що утворюється під час аварії, поглинається провідником, оскільки немає достатньо часу для конвекції та радіації тепла.
Зростання температури можна визначити за наступною формулою,
Де T — зростання температури на секунду в градусах Цельсія.I — струм (симетричний ефективний) в амперах.A — площа перерізу провідника.ε — коефіцієнт температурної провідності провідника при 20 oC.
Алюміній втрачає свою міцність при температурі вище 160°C, тому важливо підтримувати зростання температури нижче цього ліміту. Це вимога встановлює дозволене зростання температури під час короткого замикання, яке можна контролювати, регулюючи час відключення CB та правильно проектуючи розміри провідника.
Сила короткого замикання
Електромагнітна сила, що виникає між двома паралельними провідниками, які носить електричний струм, визначається за формулою,
Де L — довжина обох провідників в дюймах.S — відстань між ними в дюймах.I — струм, що проходить через кожен з провідників.
Експериментально доведено, що електромагнітна сила короткого замикання максимальна, коли значення струму короткого замикання I становить 1,75 рази початкового ефективного значення симетричного струму короткого замикання.
Проте, в певних обставинах можливі більші сили, наприклад, у випадку дуже жорстких шин або через резонанс у випадку шин, що піддаються механічним вібраціям. Експерименти також показали, що реакції, що виникають в нерезонансній структурі при застосуванні або знятті сил, можуть перевищувати реакції, що відчуваються, поки струм протікає.
Тому доречним є врахування безпеки і дозволення всіх можливих ситуацій, для чого слід врахувати максимально можливу силу, що може бути створена початковим піковим значенням асиметричного струму короткого замикання. Ця сила може бути прийнята за значення, яке удвічі більше, ніж обчислене за вищезазначеною формулою.
Формула строго корисна для провідників з круглим перерізом. Хоча L — це скінченна довжина частин провідників, що прокладені паралельно одне одному, формула підходить лише там, де загальна довжина кожного провідника вважається нескінченною.
У практичних випадках загальна довжина провідника не є нескінченною. Також враховується, що густина потоку поблизу кінців провідника, що носить струм, значно відрізняється від його середини.
Отже, якщо ми використаємо вищенаведену формулу для короткого провідника, розрахована сила буде набагато більшою, ніж фактична. Виявляється, що ця помилка може бути значно усунута, якщо ми використаємо термін. Він замість L/S в вищенаведеній формулі.
Формула, представлена рівнянням (2), дає результат без помилок, коли співвідношення L/S більше 20. Коли 20 > L/S > 4, формула (3) підходить для отримання результату без помилок.
Якщо L/S < 4, формула (2) підходить для отримання результату без помилок. Вищенаведені формули застосовні лише для провідників з круглим перерізом. Але для провідників з прямокутним перерізом, формула потребує деякого коефіцієнта коригування. Скажімо, цей коефіцієнт K. Отже, вищенаведена формула в кінцевому підсумку стає.
Хоча вплив форми перерізу провідника швидко зменшується, якщо відстань між провідниками збільшується, значення K максимальне для полосоподібного провідника, товщина якого значно менша за його ширину. K незначний, коли форма перерізу провідника абсолютно квадратна. K дорівнює одиниці для провідника з абсолютно круглим перерізом. Це справедливо як для стандартного, так і для віддаленого управління автоматичним вимикачем.
