Cách tính dòng điện ngắn mạch?
Làm thế nào để Tính Dòng Điện Mạch Ngắn?
Định nghĩa về Dòng Điện Mạch Ngắn
Dòng điện mạch ngắn được định nghĩa là dòng điện lớn chảy qua hệ thống điện khi xảy ra sự cố, có thể gây hư hỏng cho các thành phần của cầu chì.
Khi xảy ra sự cố mạch ngắn, một dòng điện lớn chảy qua hệ thống, bao gồm cả cầu chì (CB). Dòng chảy này, trừ khi bị dừng bởi CB nhảy, sẽ khiến các bộ phận của CB chịu áp lực cơ học và nhiệt lớn.
Nếu các bộ phận dẫn điện của CB không có diện tích mặt cắt đủ lớn, chúng có thể bị quá nhiệt, điều này có thể làm hỏng lớp cách điện.Các tiếp điểm của CB cũng nóng lên. Áp lực nhiệt ở các tiếp điểm tỷ lệ thuận với I2Rt, trong đó R là độ kháng của tiếp điểm, I là giá trị rms của dòng điện mạch ngắn, và t là thời gian dòng điện chảy.
Sau khi bắt đầu sự cố, dòng điện mạch ngắn sẽ tồn tại cho đến khi đơn vị ngắt của CB hoạt động. Do đó, thời gian t là thời gian ngắt của cầu chì. Vì thời gian này rất ngắn theo quy mô miligiây, nên giả định rằng tất cả nhiệt lượng sinh ra trong quá trình sự cố được hấp thụ bởi dây dẫn do không có đủ thời gian để truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ.
Sự tăng nhiệt có thể được xác định bằng công thức sau,
Trong đó, T là sự tăng nhiệt mỗi giây theo độ Celsius.I là dòng điện (rms đối xứng) theo Ampe.A là diện tích mặt cắt của dây dẫn.ε là hệ số nhiệt độ của điện trở của dây dẫn ở 20 oC.
Nhôm mất sức mạnh trên 160°C, vì vậy việc giữ sự tăng nhiệt dưới giới hạn này là rất quan trọng. Yêu cầu này đặt ra sự tăng nhiệt cho phép trong trường hợp mạch ngắn, có thể được quản lý bằng cách kiểm soát thời gian ngắt của CB và thiết kế kích thước dây dẫn phù hợp.
Lực Mạch Ngắn
Lực điện từ phát triển giữa hai dây dẫn song song mang dòng điện, được tính bằng công thức,
Trong đó, L là chiều dài của cả hai dây dẫn theo inch.S là khoảng cách giữa chúng theo inch.I là dòng điện do mỗi dây dẫn mang.
Đã được chứng minh thực nghiệm rằng, lực mạch ngắn điện từ đạt cực đại khi giá trị của dòng điện mạch ngắn I, là 1,75 lần giá trị rms ban đầu của sóng dòng điện mạch ngắn đối xứng.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp, lực lớn hơn có thể phát sinh, chẳng hạn như trong trường hợp thanh cứng hoặc do cộng hưởng trong trường hợp thanh dễ rung. Các thí nghiệm cũng đã cho thấy rằng phản ứng tạo ra trong một cấu trúc không cộng hưởng bởi dòng điện xoay chiều tại thời điểm áp dụng hoặc loại bỏ lực có thể vượt quá phản ứng khi dòng điện đang chảy.
Vì vậy, cần thận trọng và dự phòng cho mọi tình huống, người ta nên tính đến lực cực đại có thể phát sinh bởi giá trị đỉnh ban đầu của dòng điện mạch ngắn không đối xứng. Lực này có thể được coi là gấp đôi giá trị tính từ công thức trên.
Công thức này chỉ hữu ích cho dây dẫn có mặt cắt hình tròn. Mặc dù L là chiều dài hữu hạn của các phần dây dẫn chạy song song, nhưng công thức này chỉ phù hợp khi tổng chiều dài của mỗi dây dẫn được giả định là vô cùng.
Trong các trường hợp thực tế, tổng chiều dài của dây dẫn không phải là vô cùng. Cũng cần lưu ý rằng mật độ dòng từ gần các đầu dây dẫn mang dòng điện khác đáng kể so với phần giữa.
Do đó, nếu chúng ta sử dụng công thức trên cho dây dẫn ngắn, lực tính toán sẽ cao hơn nhiều so với thực tế.Được thấy rằng, lỗi này có thể được giảm đáng kể nếu chúng ta sử dụng thuật ngữ. Nó thay vì L/S trong công thức trên.
Công thức, được biểu diễn bằng phương trình (2), cho kết quả chính xác khi tỷ lệ L/S lớn hơn 20. Khi 20 > L/S > 4, công thức (3) phù hợp cho kết quả chính xác.
Nếu L/S < 4, công thức (2) phù hợp cho kết quả chính xác. Các công thức trên chỉ áp dụng cho dây dẫn có mặt cắt hình tròn. Nhưng đối với dây dẫn có mặt cắt hình chữ nhật, công thức cần có một hệ số hiệu chỉnh. Giả sử hệ số này là K. Do đó, công thức cuối cùng trở thành.
Mặc dù tác động của hình dạng mặt cắt của dây dẫn giảm nhanh nếu khoảng cách giữa các dây dẫn tăng, giá trị K là lớn nhất cho dây dẫn dạng dải có độ dày ít hơn nhiều so với chiều rộng. K là không đáng kể khi hình dạng mặt cắt của dây dẫn là hình vuông hoàn hảo. K là 1 cho dây dẫn có mặt cắt hình tròn hoàn hảo. Điều này đúng cho cả cầu chì tiêu chuẩn và cầu chì điều khiển từ xa.
