كيفية حساب تيار الدائرة القصيرة للمقاطع الكهربائية

عند حدوث عطل قصر كهربائي في النظام الكهربائي، يتدفق تيار قصر هائل عبر النظام بما في ذلك ملامسات القواطع الكهربائية (CB)، حتى يتم التخلص من العطل عن طريق تشغيل القاطع الكهربائي. عندما يتدفق تيار القصر عبر القاطع الكهربائي، تتعرض الأجزاء المختلفة التي تحمل التيار في القاطع الكهربائي لضغوط ميكانيكية وحرارية هائلة.

إذا لم يكن للجزء الموصل في القاطع الكهربائي مساحة مقطعية كافية، قد يكون هناك فرصة لارتفاع درجة الحرارة بشكل خطير. يمكن أن يؤثر هذا الارتفاع الكبير في درجة الحرارة على جودة العزل في القاطع الكهربائي.

تتعرض ملامسات القاطع الكهربائي أيضًا لدرجات حرارة عالية. الضغوط الحرارية على ملامسات القاطع الكهربائي تناسب مع I2Rt، حيث R هو المقاومة للملامسة، والتي تعتمد على ضغط الملامسة وحالة سطح الملامسة. I هو قيمة الجذر التربيعي المتوسط لتيار القصر الكهربائي، وt هي مدة تدفق تيار القصر الكهربائي عبر الملامسات.

بعد بدء العطل، يستمر تيار القصر الكهربائي حتى يقوم وحدة القطع في القاطع الكهربائي بفصله. لذا، فإن الزمن t هو زمن الفصل للقاطع الكهرباء. نظرًا لأن هذا الزمن قليل جداً بمقياس المللي ثانية، يُفترض أن كل الحرارة المنتجة أثناء العطل تم امتصاصها بواسطة الموصل بسبب عدم وجود وقت كافٍ للتوصيل والأشعة الحرارية.
يمكن تحديد ارتفاع درجة الحرارة بالمعادلة التالية،

حيث T هو ارتفاع درجة الحرارة لكل ثانية بالدرجة المئوية.
I هو التيار (الجذر التربيعي المتوسط) بالأمبير.
A هي المساحة المقطعية للموصل.
ε هو معامل درجة الحرارة لمقاومة الموصل عند 20oC.

كما نعلم، فإن الألمنيوم فوق 160oC يفقد قوته الميكانيكية ويصبح ناعمًا، لذا يجب الحد من ارتفاع درجة الحرارة دون هذه الحرارة. هذا الشرط يحدد الحد المسموح به لارتفاع درجة الحرارة خلال القصر الكهربائي. يمكن تحقيق هذا الحد من خلال التحكم في زمن الفصل للقاطع الكهربائي وتخطيط أبعاد الموصل بشكل صحيح.

قوة القصر الكهربائي

القوة الكهرومغناطيسية التي تنشأ بين موصلين متوازيين يحملان تيارًا كهربائيًا، تعطى بالمعادلة التالية،

حيث L هي طول كل من الموصلين بالبوصة.
S هي المسافة بينهما بالبوصة.
I هو التيار الذي يحمله كل من الموصلين.

أثبتت التجارب أن القوة الكهرومغناطيسية للقصر الكهربائي تكون في أقصاها عندما يكون قيمة تيار القصر الكهربائي I، 1.75 مرة قيمة الجذر التربيعي المتوسط الأولي لتيار القصر الكهربائي المتناظر.

ومع ذلك، في ظروف معينة، يمكن أن تتطور قوى أكبر من هذه، مثل في حالة قضبان صلبة جدًا أو بسبب الرنين في حالة القضبان المعرضة للاهتزازات الميكانيكية. أظهرت التجارب أيضًا أن ردود الفعل الناتجة في بنية غير مرننة بواسطة تيار متناوب في اللحظة التي يتم فيها تطبيق القوى أو إزالتها قد تتجاوز ردود الفعل التي تواجهها أثناء تدفق التيار.

لذا فمن المستحسن أن نأخذ الجانب الآمن في الاعتبار ونسمح بكافة الاحتمالات، ومن أجل ذلك يجب أن نأخذ في الاعتبار القوة القصوى التي يمكن أن تنتج من القيمة القمية الأولى لتيار القصر الكهربائي غير المتناظر. يمكن اعتبار هذه القوة بأن لها قيمة تساوي ضعف ما تم حسابه من المعادلة أعلاه.

تعتبر هذه المعادلة مفيدة بشكل صارم للموصلات ذات المقطع الدائري. رغم أن L هي طول محدود للأجزاء من الموصلات التي تجري بالتوازي مع بعضها البعض، إلا أن هذه المعادلة تكون مناسبة فقط عندما يتم الافتراض أن الطول الكلي لكل موصل هو لا نهائي.

في الحالات العملية، الطول الكلي للموصل ليس لا نهائيًا. كما يجب الأخذ في الاعتبار أن كثافة المجال بالقرب من نهايات الموصل الموصل للتيار تختلف كثيرًا عن الجزء الأوسط منه.

لذا، إذا استخدمنا المعادلة أعلاه للموصل القصير، ستكون القوة المحسوبة أعلى بكثير من الواقع.

يتبين أنه يمكن تقليل هذا الخطأ بشكل كبير إذا استخدمنا المصطلح،

بدلاً من L/S في المعادلة أعلاه.
تصبح المعادلة حينئذ،

تعطي المعادلة، الممثلة بالمعادلة (2)، نتيجة خالية من الأخطاء عندما يكون نسبة L/S أكبر من 20. عندما 20 > L/S > 4، تكون المعادلة (3) مناسبة للحصول على نتيجة خالية من الأخطاء.
إذا كان L/S < 4، تكون المعادلة (2) مناسبة للحصول على نتيجة خالية من الأخطاء. تطبق المعادلات أعلاه فقط للموصلات ذات المقطع الدائري. ولكن بالنسبة للموصلات ذات المقطع المستطيل، تحتاج المعادلة إلى بعض عامل تصحيح. لنفترض أن هذا العامل هو K. لذا، تصبح المعادلة النهائية،
رغم أن تأثير شكل المقطع العرضي للموصل ينخفض بسرعة إذا زادت المسافة بين الموصل، فإن قيمة K تكون في أقصاها للموصلات الشريطية التي يكون سمكها أقل بكثير من عرضها. K يمكن تجاهله عندما يكون شكل المقطع العرضي للموصل مربعًا تمامًا. K يساوي واحدًا للموصل ذو المقطع الدائري تمامًا. هذا ينطبق على القواطع الكهربائية القياسية وIEE-Business القواطع الكهربائية ذات التحكم عن بعد.

بيان: احترام الأصلي، المقالات الجيدة مستحقة للتقاسم، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى الاتصال لحذف.