Jak vypočítat krátkozavřednou sílu případu spínacího relé

Když dojde k chybě krátkého spojení v elektrickém systému, obrovský krátkozavodný proud prochází systémem, včetně spínacího přípojky (CB), dokud se chyba nevyřeší odpojením CB. Když krátkozavodný proud prochází CB, různé části spínacího přípojky nesoucí proud jsou vystaveny obrovským mechanickým a termálním zátěžím.

Pokud vodiče CB nemají dostatečnou plochu průřezu, může dojít k nebezpečně vysokému teplotnímu nárůstu. Tato vysoká teplota může ovlivnit izolační kvalitu CB.

Kontakty CB také zažívají vysokou teplotu. Termální zátěže kontaktů CB jsou úměrné I2Rt, kde R je odpor kontaktu, který závisí na kontaktním tlaku a stavu povrchu kontaktu. I je efektivní hodnota krátkozavodného proudu a t je doba, po kterou krátkozavodný proud procházel kontakty.

Po zahájení chyby zůstává krátkozavodný proud, dokud jednotka přerušení CB nepřeruší. Proto je čas t časem přerušení spínacího přípojku. Jelikož tento čas je velmi krátký, v řádu milisekund, předpokládá se, že všechno teplo vyprodukované během chyby je absorbováno vodičem, protože není dostatek času pro konvekci a radiaci tepla.
Tepelný nárůst lze určit pomocí následujícího vzorce,

Kde, T je tepelný nárůst za sekundu ve stupních Celsia.
I je proud (efektivní symetrický) v amperách.
A je plocha průřezu vodiče.
ε je teplotní koeficient odporu vodiče při 20oC.

Jak víme, hliník nad 160oC ztrácí svou mechanickou pevnost a stává se měkký, proto je vhodné omezit tepelný nárůst pod tuto teplotu. Toto požadavk skutečně stanovuje přípustný tepelný nárůst během krátkého spojení. Tento limit lze dosáhnout kontrolou času přerušení CB a správným navržením rozměrů vodiče.

Síla krátkého spojení

Elektromagnetická síla, která vzniká mezi dvěma rovnoběžnými elektrickými vodiči nesoucími proud, je dána vzorcem,

Kde, L je délka obou vodičů v palcích.
S je vzdálenost mezi nimi v palcích.
I je proud, který každý z vodičů nese.

Experimentálně bylo prokázáno, že elektromagnetická síla krátkého spojení je maximální, když hodnota krátkozavodného proudu I je 1,75 násobek počáteční efektivní hodnoty symetrické vlny krátkozavodného proudu.

Nicméně, v některých okolnostech je možné, že mohou vzniknout síly větší, například u velmi tuhých tyčí nebo kvůli rezonanci u tyčí náchylných k mechanickým vibracím. Experimenty také ukázaly, že reakce vytvořené v nestředovém strukturovaném systému střídavým proudem v okamžiku aplikace nebo odstranění sil mohou přesáhnout reakce zaznamenané během průtoku proudu.

Je tedy doporučeno chybu brát na bezpečnost a počítat s všemi možnými případy, pro které by se měl zohlednit maximální výkon, který by mohl být vyvinut počátečním vrcholem asymetrického krátkozavodného proudu. Tato síla může být považována za hodnotu, která je dvojnásobkem toho, co bylo vypočteno z výše uvedeného vzorce.

Vzorec je striktně užitečný pro vodiče s kruhovým průřezem. Ačkoli L je konečná délka částí vodičů, které jsou vedeny rovnoběžně, vzorec je pouze vhodný tam, kde se celková délka každého vodiče považuje za nekonečnou.

V praktických případech není celková délka vodiče nekonečná. Je také zohledněno, že hustota magnetického pole blízko konců vodiče nesoucího proud je značně odlišná od jeho střední části.

Proto, pokud použijeme výše uvedený vzorec pro krátký vodič, vypočtená síla bude mnohem vyšší než skutečná.

Je vidět, že tuto chybu lze značně eliminovat, pokud použijeme termín,

místo L/S v výše uvedeném vzorci.
Vzorec pak bude,

Vzorec, reprezentovaný rovnicí (2), dává chybu volné výsledky, když je poměr L/S větší než 20. Když 20 > L/S > 4, vzorec (3) je vhodný pro chybu volné výsledky.
Pokud L/S < 4, vzorec (2) je vhodný pro chybu volné výsledky. Výše uvedené vzorce jsou pouze platné pro vodiče s kruhovým průřezem. Ale pro vodiče s obdélníkovým průřezem, musí být vzorec opraven faktorem. Řekněme, že tento faktor je K. Tedy, výše uvedený vzorec nakonec bude,
Ačkoli efekt tvaru průřezu vodiče rychle klesá, pokud se zvětší vzdálenost mezi vodičem, hodnota K je maximální pro pásový vodič, jehož tloušťka je značně menší než jeho šířka. K je zanedbatelný, když má průřez vodiče dokonalý čtvercový tvar. K je jednotkový pro dokonale kruhový průřez vodiče. To platí jak pro standardní, tak i pro dálkově ovládaný spínací přípojku.

Prohlášení: Respektujte původ, doporučujeme sdílet kvalitní články, pokud je porušeno autorské právo, prosím, kontaktujte nás pro jejich odstranění.