Hoe de korte-slagstroom van een schakelaar berekenen

Wanneer er een kortsluiting in het elektrische systeem optreedt, stroomt er een enorme kortsluitstroom door het systeem, inclusief de kortsluitschakelaar (CB) contacten, totdat de fout wordt opgeheven door het uitschakelen van de CB. Wanneer de kortsluitstroom door de CB stroomt, worden de verschillende onderdelen die stroom voeren in de schakelaar blootgesteld aan enorme mechanische en thermische spanningen.

Als de geleidende delen van de CB niet over voldoende doorsnede beschikken, kan er een gevaarlijk hoge temperatuurstijging optreden. Deze hoge temperatuur kan de isolatiekwaliteit van de CB beïnvloeden.

De CB-contacten ervaren ook een hoge temperatuur. De thermische spanningen van de CB-contacten zijn evenredig met I2Rt, waarbij R de contactweerstand is, afhankelijk van de contactdruk en de toestand van het contactoppervlak. I is de effectieve waarde van de kortsluitstroom en t is de duur waarmee de kortsluitstroom door de contacten is gestroomd.

Na het initiëren van de fout blijft de kortsluitstroom stromen totdat de onderbrekingsunit van de CB breekt. Daarom is de tijd t de onderbrekingstijd van de kortsluitschakelaar. Aangezien deze tijd zeer klein is op milliseconde-schaal, wordt aangenomen dat alle tijdens de fout geproduceerde warmte wordt opgenomen door de leider, omdat er geen voldoende tijd is voor convectie en straling van warmte.
De temperatuurstijging kan worden bepaald met de volgende formule,

Waarbij, T de temperatuurstijging per seconde in graden Celsius is.
I is de stroom (effectieve symmetrische) in Ampère.
A is de doorsnede van de leiding.
ε is de temperatuurcoëfficiënt van de weerstand van de leiding bij 20oC.

Zoals bekend, verliest aluminium boven 160oC zijn mechanische sterkte en wordt zacht, het is wenselijk om de temperatuurstijging onder deze temperatuur te beperken. Deze vereiste stelt eigenlijk de toegestane temperatuurstijging tijdens kortsluiting vast. Deze limiet kan worden bereikt door de onderbrekingstijd van de CB te controleren en de dimensies van de leiding correct te ontwerpen.

Kortsluitkracht

De elektromagnetische kracht die ontstaat tussen twee parallel lopende elektrisch stroomvoerende leiders, wordt gegeven door de formule,

Waarbij, L de lengte van beide leiders in inch is.
S is de afstand tussen hen in inch.
I is de stroom die door elke leider stroomt.

Het is experimenteel bewezen dat de elektromagnetische kortsluitkracht maximaal is wanneer de waarde van de kortsluitstroom I, 1,75 keer de initiële effectieve waarde van de symmetrische kortsluitstroomgolf is.

Echter, in bepaalde omstandigheden is het mogelijk dat grotere krachten ontstaan, zoals bijvoorbeeld in het geval van zeer rigide staven of door resonantie in het geval van staven die vatbaar zijn voor mechanische trillingen. Experimenten hebben ook aangetoond dat de reacties in een niet-resonerend systeem door een wisselstroom op het moment van toepassing of verwijdering van de krachten de reacties kunnen overschrijden die worden ervaren terwijl de stroom stroomt.

Het is dus raadzaam om veiligheidshalve rekening te houden met alle eventualiteiten en rekening te houden met de maximale kracht die kan worden opgewekt door de initiële piekwaarde van de asymmetrische kortsluitstroom. Deze kracht kan worden aangenomen als twee keer zo groot als die berekend uit de bovenstaande formule.

De formule is strikt nuttig voor leiders met een cirkelvormige doorsnede. Hoewel L een eindige lengte is van de gedeelten van de leiders die parallel aan elkaar lopen, is de formule alleen geschikt wanneer de totale lengte van elke leiding als oneindig wordt aangenomen.

In praktische gevallen is de totale lengte van de leiding niet oneindig. Het moet ook in gedachten worden gehouden dat de fluxdichtheid bij de uiteinden van de stroomvoerende leider aanzienlijk verschilt van het midden van de leiding.

Daarom, als we de bovenstaande formule gebruiken voor korte leiders, zou de berekende kracht veel hoger zijn dan de werkelijke kracht.

Het blijkt dat deze fout aanzienlijk kan worden verminderd als we de term,

gebruiken in plaats van L/S in de bovenstaande formule.
De formule wordt dan,

De formule, weergegeven door vergelijking (2), geeft een foutvrije resultaat wanneer de verhouding L/S groter is dan 20. Wanneer 20 > L/S > 4, is formule (3) geschikt voor een foutvrij resultaat.
Als L/S < 4, is formule (2) geschikt voor een foutvrij resultaat. De bovenstaande formules zijn alleen van toepassing op leiders met een cirkelvormige doorsnede. Voor rechthoekige doorsnede leiders heeft de formule echter een correctiefactor nodig. Laten we deze factor K noemen. Dus, de bovenstaande formule wordt uiteindelijk,
Hoewel het effect van de vorm van de doorsnede van de leiding snel afneemt als de afstand tussen de leider toeneemt, is de waarde van K maximaal voor strookvormige leiders waarvan de dikte aanzienlijk kleiner is dan de breedte. K is verwaarloosbaar wanneer de vorm van de doorsnede van de leiding perfect vierkant is. K is één voor een perfect cirkelvormige doorsnede. Dit geldt voor zowel standaard als afstandsbediende schakelaar.

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de elkaar waard om te delen, indien er een inbreuk is wordt verzocht om te verwijderen.