回路ブレーカーの短絡電流の計算方法

電力システムでショート回路障害が発生した場合、障害が遮断器（CB）によってクリアされるまで、大きなショート回路電流が遮断器（CB）の接触部を含むシステム全体を通過します。ショート回路電流が遮断器を通過すると、遮断器のさまざまな電流伝導部品は大きな機械的および熱的なストレスにさらされます。

遮断器の導体部品が十分な断面積を持っていない場合、危険に高い温度上昇が起こる可能性があります。この高温は遮断器の絶縁品質に影響を与える可能性があります。

遮断器の接触部も高温になります。接触部の熱ストレスはI2Rtに比例します。ここでRは接触抵抗であり、接触圧力と接触表面の状態によります。Iはショート回路電流の有効値であり、tは接触部を通過するショート回路電流の持続時間です。

障害発生後、遮断器の切断ユニットが動作するまでショート回路電流は継続します。したがって、時間tは遮断器の切断時間です。この時間がミリ秒単位であるため、故障中に発生するすべての熱は導体によって吸収されると仮定されています。熱の対流や放射には十分な時間がありません。
温度上昇は以下の式で決定できます。

ここで、Tは1秒あたりの温度上昇（摂氏度）。
Iは電流（有効値）（アンペア）。
Aは導体の断面積。
εは20oCでの導体の電気抵抗率の温度係数。

アルミニウムは160oC以上になると機械強度を失い柔らかくなることが知られていますので、温度上昇をこの温度以下に制限することが望ましいです。これはショート回路中の許容温度上昇を設定しています。この制限は遮断器の切断時間の制御と導体寸法の適切な設計によって達成することができます。

ショート回路力

2つの並行する電流伝導導体間に発生する電磁力は以下の式で表されます。

ここで、Lは両方の導体の長さ（インチ）。
Sはそれらの間の距離（インチ）。
Iは各導体の電流。

実験的に証明されているように、電磁ショート回路力は、ショート回路電流Iが対称ショート回路電流波の初期有効値の1.75倍であるときに最大となります。

ただし、非常に硬いバーの場合や、機械振動しやすいバーの共鳴の場合など、特定の条件下ではこれらの力よりも大きな力が発生する可能性があります。また、実験によれば、非共振構造において交流が作用または除去される瞬間に発生する反応は、電流が流れている間の反応を超えることもあります。

したがって、安全側に誤差を考慮し、あらゆる予期せぬ事態に対処するために、非対称ショート回路電流の初期ピーク値によって発生する最大力を考慮に入れることが望ましいです。この力は、上記の式から計算された値の2倍として取り扱うことができます。

この式は円形断面の導体に対して厳密に有用です。Lは平行に配置された導体部分の有限の長さですが、この式は各導体の全長が無限大と仮定される場合にのみ適しています。

実際のケースでは導体の全長は無限ではありません。また、電流伝導導体の端部付近の磁束密度は中間部分とは大きく異なることを念頭に置いています。

したがって、短い導体に対して上記の式を使用すると、計算された力は実際よりもはるかに大きくなります。

この誤差は、以下の項を使用することで大幅に削減できます。

上記の式におけるL/Sの代わりに使用します。
式は次のようになります。

式(2)は、L/Sの比が20より大きい場合に誤差のない結果を示します。20 > L/S > 4の場合、式(3)は誤差のない結果を示します。
L/S < 4の場合、式(2)は誤差のない結果を示します。これらの式は円形断面の導体に対してのみ適用可能です。矩形断面の導体の場合、式には補正係数が必要です。この係数をKとすると、最終的な式は次のようになります。
導体の断面形状の影響は、導体間の間隔が増加すると急速に減少しますが、Kの値は幅よりも厚さが非常に小さいストリップ状の導体で最大となります。Kは導体の断面形状が完全に四角い場合に無視できるほど小さくなります。Kは円形断面の導体に対して1です。これは標準的な遮断器とリモートコントロール遮断器の両方に当てはまります。

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