Hvordan beregne kortslutningsstrøm af sikring

Når der opstår en kortslutning i elektriske systemer, flyder en kæmpe kortslutningsstrøm gennem systemet, herunder kredslukkeren (CB) kontakter, indtil fejlen bliver fjernet ved at udløse CB. Når kortslutningsstrømmen flyder gennem CB, er de forskellige strømførende dele af kredslukkeren udsat for store mekaniske og termiske spændinger.

Hvis ledelementerne i CB ikke har tilstrækkelig tværsnitsareal, kan der være risiko for farligt høj temperaturstigning. Denne høje temperatur kan påvirke isoleringens kvalitet i CB.

CB kontakter oplever også høj temperatur. De termiske spændinger i CB kontakter er proportionale til I2Rt, hvor R er kontaktmodstanden, som afhænger af kontakttryk og kontaktoverfladets tilstand. I er den effektive værdi af kortslutningsstrømmen, og t er varigheden, hvori kortslutningsstrømmen har flydt gennem kontakterne.

Efter initiering af fejlen, bliver kortslutningsstrømmen ved, indtil afbrydelsesenhed i CB afbryder. Derfor er tid t afbrydelsestiden for kredslukkeren. Da denne tid er meget kort, målt i millisekunder, antages det, at al den varme, der dannes under fejlen, absorberes af lederen, da der ikke er nok tid til konvektion og stråling af varme.
Temperaturstigningen kan bestemmes ved følgende formel,

Hvor T er temperaturstigningen pr. sekund i grader celsius.
I er strømmen (effektiv symmetrisk) i Ampere.
A er tværsnitsarealet af lederen.
ε er temperaturkoefficienten for spændingsfald hos lederen ved 20oC.

Som vi ved, mister aluminium over 160oC sin mekaniske styrke og bliver blødt, så det er ønskeligt at begrænse temperaturstigningen under denne temperatur. Dette krav sætter den tilladte temperaturstigning under kortslutning. Dette grænse kan opnås ved at kontrollere CB afbrydelsestid og korrekt design af lederdimensioner.

Kortslutningskraft

Den elektromagnetiske kraft, der udvikles mellem to parallelle elektrisk strømførende ledere, er givet ved følgende formel,

Hvor L er længden af begge ledere i tommer.
S er afstanden mellem dem i tommer.
I er strømmen, der føres af hver af de ledere.

Det er eksperimentelt beviset, at den elektromagnetiske kortslutningskraft er maksimal, når værdien af kortslutningsstrømmen I, er 1,75 gange den initielle effektive værdi af den symmetriske kortslutningsstrøm bølge.

I visse omstændigheder kan det dog ske, at større kræfter opstår, f.eks. i tilfælde af meget rigidt stang eller pga. resonans i tilfælde af stanger, der er udsat for mekanisk vibration. Eksperimenter har også vist, at reaktionerne, der opstår i en ikke-resonans-struktur ved anvendelse eller fjernelse af kraften, kan overstige de reaktioner, der opleves, mens strømmen flyder.

Derfor er det fornuftigt at fejl på sikkerhedssiden og tage højde for alle mulige situationer, for hvilket man skal tage højde for den maksimale kraft, der kunne udvikles af den initielle peak-værdi af den asymmetriske kortslutningsstrøm. Denne kraft kan antages at have en værdi, der er dobbelt så stor som den, der er beregnet fra ovenstående formel.

Formelen er strengt nyttig for cirkulære tværsnitsledere. Selvom L er en endelig længde af de dele af ledere, der løber parallel, er formelen kun egnet, når den samlede længde af hver leder antages at være uendelig.

I praksis er den samlede længde af lederen ikke uendelig. Det tages også i betragtning, at fluxdensiteten nær enderne af strømførende leder er betydeligt anderledes end dens midterste del.

Derfor, hvis vi bruger ovenstående formel for korte ledere, vil den beregnede kraft være langt højere end den faktiske.

Det ses, at denne fejl kan eliminere betydeligt, hvis vi bruger termet,

i stedet for L/S i ovenstående formel.
Formlen bliver således,

Formlen, repræsenteret ved ligning (2), giver fejl-fri resultat, når forholdet L/S er større end 20. Når 20 > L/S > 4, er formel (3) egnet til fejl-frit resultat.
Hvis L/S < 4, er formel (2) egnet til fejl-frit resultat. Ovenstående formler er kun anvendelige for cirkulære tværsnitsledere. Men for rektangulære tværsnitsledere, skal formel have en rettelsesfaktor. Sig denne faktor er K. Således bliver den ovenstående formel sidst,
Selvom effekten af tværsnitetsform på lederen reducerer hurtigt, hvis afstanden mellem lederen øges, er værdien af K maksimal for strip-lignende leder, hvis tykkelse er meget mindre end dens bredde. K er ubetydelig, når formen af tværsnittet på lederen er perfekt kvadratisk. K er enhed for perfekt cirkulær tværsnitsleder. Dette gælder både for standard og fjernstyring kredslukker.

Erklæring: Respektér originalen, godt artikel fortjener at deles, hvis der er overtrædelse kontakt slet.