Jak obliczyć prąd zwarciowy wyłącznika

Gdy w systemie elektrycznym wystąpi awaria z powodu krótkiego spięcia, przez system, w tym przez kontakty automatu (CB), przepływa ogromny prąd krótkiego spięcia, dopóki awaria nie zostanie usunięta przez wyzwolenie automatu. Gdy prąd krótkiego spięcia przepływa przez automat, różne części nośne prądu automatu są narażone na ogromne stresy mechaniczne i termiczne.

Jeśli przewodzące części automatu nie mają wystarczającej powierzchni poprzecznej, może wystąpić niebezpiecznie wysoki wzrost temperatury. Wysoka temperatura ta może wpłynąć na jakość izolacji automatu.

Kontakty automatu również doświadczają wysokiej temperatury. Stresy termiczne kontaktów automatu są proporcjonalne do I2Rt, gdzie R to opór kontaktu, zależny od ciśnienia kontaktowego i stanu powierzchni kontaktu. I to wartość skuteczna prądu krótkiego spięcia, a t to czas, przez który prąd krótkiego spięcia przepływał przez kontakty.

Po wywołaniu awarii, prąd krótkiego spięcia pozostaje, dopóki jednostka przerywająca automatu go nie przerwie. Zatem czas t to czas przerywania automatu. Ponieważ ten czas jest bardzo krótki, na poziomie milisekund, założono, że cały ciepło wygenerowane podczas awarii jest absorbowane przez przewód, ponieważ nie ma wystarczająco dużo czasu na konwekcję i promieniowanie ciepła.
Wzrost temperatury można określić za pomocą następującego wzoru,

Gdzie, T to wzrost temperatury na sekundę w stopniach Celsjusza.
I to prąd (skuteczny symetryczny) w amperach.
A to powierzchnia poprzeczna przewodu.
ε to współczynnik temperatury oporu przewodu przy 20oC.

Wiadomo, że aluminium powyżej 160oC traci swoją wytrzymałość mechaniczną i staje się miękkie, dlatego należy ograniczyć wzrost temperatury poniżej tej wartości. To wymaganie faktycznie ustanawia dopuszczalny wzrost temperatury podczas krótkiego spięcia. Ten limit można osiągnąć poprzez kontrolę czasu przerywania automatu i odpowiednie zaprojektowanie wymiarów przewodu.

Siła Krótkiego Spięcia

Siła elektromagnetyczna rozwijająca się między dwoma równoległymi przewodami noścymi prąd elektryczny, jest dana przez wzór,

Gdzie, L to długość obu przewodów w calach.
S to odległość między nimi w calach.
I to prąd przepływający przez każdy z przewodów.

Doświadczenia pokazały, że siła elektromagnetyczna krótkiego spięcia jest maksymalna, gdy wartość prądu krótkiego spięcia I wynosi 1,75 razy początkową wartość skuteczną symetrycznego prądu krótkiego spięcia.

Jednak w pewnych okolicznościach możliwe jest, że mogą powstać większe siły, takie jak, na przykład, w przypadku bardzo sztywnych belek lub z powodu rezonansu w przypadku belek podatnych na drgania mechaniczne. Doświadczenia pokazały również, że reakcje wywołane w strukturze niesprężystej przez prąd zmienny w momencie jego zastosowania lub usunięcia mogą przekroczyć reakcje doświadczone podczas przepływu prądu.

Zatem zaleca się błądzić po stronie bezpieczeństwa i uwzględniać wszystkie ewentualności, dla których należy wziąć pod uwagę maksymalną siłę, która mogłaby być wytworzona przez początkową wartość szczytową asymetrycznego prądu krótkiego spięcia. Ta siła może być przyjęta jako dwukrotność wartości obliczonej z powyższego wzoru.

Wzór jest ścisły dla przewodników o przekroju kołowym. Chociaż L to skończona długość części przewodników biegnących równolegle, wzór jest odpowiedni tylko wtedy, gdy całkowita długość każdego przewodnika jest uznawana za nieskończoną.

W praktycznych przypadkach całkowita długość przewodnika nie jest nieskończona. Trzeba również pamiętać, że gęstość natężenia pola magnetycznego w pobliżu końców przewodnika noścą prąd jest znacznie inna niż w jego środkowej części.

Dlatego, jeśli użyjemy powyższego wzoru dla krótkiego przewodnika, siła obliczona będzie znacznie wyższa niż rzeczywista.

Można zauważyć, że ten błąd może być znacznie zmniejszony, jeśli użyjemy wyrażenia,

zamiast L/S w powyższym wzorze.
Wzór staje się wtedy,

Wzór reprezentowany przez równanie (2) daje bezbłędny wynik, gdy stosunek L/S jest większy niż 20. Gdy 20 > L/S > 4, wzór (3) jest odpowiedni dla bezbłędnych wyników.
Jeśli L/S < 4, wzór (2) jest odpowiedni dla bezbłędnych wyników. Powyższe wzory są stosowane tylko dla przewodników o przekroju kołowym. Dla przewodników o przekroju prostokątnym, wzór potrzebuje pewnego współczynnika korekcyjnego. Niech ten współczynnik to K. Ostatecznie, powyższy wzór staje się,
Chociaż wpływ kształtu przekroju przewodnika maleje szybko, gdy odległość między przewodnikami zwiększa wartość K, jest ona maksymalna dla przewodników w kształcie pasów, których grubość jest znacznie mniejsza niż szerokość. K jest zaniedbywalne, gdy kształt przekroju przewodnika jest idealnie kwadratowy. K wynosi jedność dla przewodników o idealnie kołowym przekroju poprzecznym. To dotyczy zarówno standardowych, jak i zdalnie sterowanych automatów.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.