Hogyan számítsa ki a vezetéktörési áramot a vezetékmelegítő esetén

Amikor az elektromos rendszerben lép fel rövidzárló hiba, akkor egy óriási rövidzárló áram folyik a rendszeren keresztül, beleértve a átkapcsoló (CB) kapcsainak is, amíg a hiba nem történik meg az CB kilövésével. Amikor a rövidzárló áram folyik a CB-n, a különböző áramviselő részek nagy mechanikai és hőtényezőkhöz vannak kitett.

Ha az átkapcsoló vezető részei nincsenek elegendő keretszélességűek, akkor veszélyesen magas hőmérséklet-emelkedés lehetséges. Ez a magas hőmérséklet befolyásolhatja az átkapcsoló izolációjának minőségét.

Az átkapcsoló kapcsai is nagy hőmérsékletre kerülnek kitéve. Az átkapcsoló kapcsainak hőtényezői arányosak I2Rt-vel, ahol R a kapcs ellenállása, ami a kapcs nyomástól és a kapcs felületi állapotától függ. I a rövidzárló áram rms értéke, t pedig az idő, ameddig a rövidzárló áram a kapcsokon át folyott.

A hiba kezdetétől a rövidzárló áram addig marad, amíg az átkapcsoló megszakító egysége el nem szakítja. Így az idő t az átkapcsoló szakítási ideje. Mivel ez az idő nagyon rövid (mili másodperces skálán), feltételezhetjük, hogy a hiba során előállított összes hőt a vezető absorbiózza, mert nincs elegendő idő a hő convecziójára és radiációnak.
A hőmérséklet-emelkedést a következő képlet alapján határozhatjuk meg,

Ahol, T a hőmérséklet-emelkedés per szekundum fokban Celsius-ban.
I a áram (rms szimmetrikus) amperben.
A a vezető keretszélessége.
ε a vezető ellenállási tényező hőegyütthatója 20oC-on.

Mint tudjuk, az alumínium 160oC felett elveszíti mechanikai erősséget, és puha lesz, ezért célszerű a hőmérséklet-emelkedést enélkül korlátozni. Ez a követelmény valójában beállítja a rövidzárló során elfogadható hőmérséklet-emelkedési határértéket. Ezt a határértéket az átkapcsoló szakítási idejének ellenőrzésével és a vezető dimenziójának megfelelő tervezésével lehet elérni.

Rövidzárló erő

Két párhuzamos elektromos áramviselő vezető között kialakuló elektromágneses erő a következő képlettel adható meg:

Ahol, L mindkét vezető hossza hüvelykben.
S a közöttük lévő távolság hüvelykben.
I a vezetők által viselt áram.

Kísérletek alapján bizonyított, hogy az elektromágneses rövidzárló erő maximális, amikor a rövidzárló áram I értéke 1,75-szerese a symmetrikus rövidzárló áram hullám rms értékének kezdeti értékének.

Ezenfelül bizonyos körülmények között még nagyobb erők is kialakulhatnak, például nagyon merev csíkok esetén vagy rezgő csíkok esetén rezgések miatt. Kísérletek azt is igazolták, hogy a nem rezgő szerkezetben egy váltóáram által az erő alkalmazás vagy eltávolítás pillanatában okozott reakciók meghaladhatják az áram folytatása közben tapasztalt reakciókat.

Így tanácsos a biztonság oldalán hibázni és minden esetre felkészülni, ehhez figyelembe kell venni a rövidzárló aszimmetrikus áram kezdeti csúcsértékének okozható maximális erőt. Ez az erő kétszerese lehet annak, amit a fenti képlet alapján számítunk.

A képlet szigorúan hasznos kör alakú keretszélességű vezető esetén. Bár L a párhuzamosan futó vezetők véges hossza, a képlet csak akkor alkalmas, ha a vezetők teljes hosszát végtelennek tekintjük.

Gyakorlati esetekben a vezető teljes hossza nem végtelen. Figyelembe kell venni, hogy a áramviselő vezető végéhez közeli részénél a fluxussűrűség jelentősen eltér a középső részétől.

Tehát, ha a fenti képletet rövid vezetőkre használjuk, a kiszámított erő sokkal nagyobb lesz, mint a valós.

Látható, hogy ezt a hibát jelentősen csökkenthetjük, ha a következő kifejezést használjuk:

a fenti képletben L/S helyett.
A képlet így lesz:

A (2)-vel jelölt képlet hibamentes eredményt ad, ha az L/S arány nagyobb, mint 20. Ha 20 > L/S > 4, a (3)-as képlet alkalmas hibamentes eredményre.
Ha L/S < 4, a (2)-es képlet alkalmas hibamentes eredményre. A fenti képletek csak kör alakú keretszélességű vezetőkre vonatkoznak. De téglalap alakú keretszélességű vezető esetén a képletnek korrekciós tényezőre van szüksége. Jelöljük ezt a tényezőt K-val. Így a képlet végül a következőképpen alakul:
Bár a vezető keretszélességének formájának hatása gyorsan csökken, ha a vezetők közötti távolság növekszik, a K értéke legnagyobb a sáv alakú vezetőknél, amelyek vastagsága jelentősen kisebb, mint a szélessége. K elhanyagolható, ha a vezető keretszélességének forma tökéletes négyzet. K egység, ha a vezető keretszélessége tökéletesen kör alakú. Ez igaz mind a standard, mind a távirányított átkapcsoló esetén.

Nyilatkozat: Tiszteletben tartsuk az eredeti, jó cikkeket, amelyek megosztásra méltók, ha sértés történik, kérjük, lépjünk kapcsolatba a törlésével kapcsolatban.