วิธีคำนวณกระแสไฟฟ้าลัดวงจรของเบรกเกอร์

เมื่อมีปัญหาลัดวงจรในระบบไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่มีขนาดใหญ่จะไหลผ่านระบบรวมถึงตัวตัดวงจร (CB) จนกว่า CB จะตัดวงจรเพื่อแก้ไขปัญหา กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ไหลผ่าน CB จะทำให้ส่วนต่างๆ ของตัวตัดวงจรได้รับความเครียดทางกลและความร้อนอย่างมาก

หากส่วนนำไฟฟ้าของ CB มีพื้นที่หน้าตัดไม่เพียงพอ อาจเกิดอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างอันตราย ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพของฉนวนของ CB

ส่วนติดต่อของ CB ก็จะได้รับอุณหภูมิสูงเช่นกัน ความเครียดความร้อนของส่วนติดต่อของ CB แปรตาม I2Rt ที่ R คือความต้านทานของส่วนติดต่อ ขึ้นอยู่กับแรงกดและความสภาพผิวสัมผัส I คือค่า RMS ของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร และ t คือระยะเวลาที่กระแสไฟฟ้าลัดวงจรไหลผ่านส่วนติดต่อ

หลังจากเริ่มต้นปัญหา กระแสไฟฟ้าลัดวงจรจะคงอยู่จนกระทั่งหน่วยตัดวงจรของ CB ทำงาน ดังนั้นเวลา t คือเวลาในการตัดวงจรของ CB เนื่องจากเวลานี้มีขนาดเล็กมากในระดับมิลลิวินาที จึงถือว่าความร้อนทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างปัญหาถูกดูดซึมโดยสายนำเนื่องจากไม่มีเวลาเพียงพอสำหรับการพาความร้อนและการแผ่รังสี
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสามารถกำหนดได้ด้วยสูตรต่อไปนี้,

ที่ T คือการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิต่อวินาทีในองศาเซลเซียส
I คือกระแสไฟฟ้า (RMS สมมาตร) ในแอมแปร์
A คือพื้นที่หน้าตัดของสายนำ
ε คือสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานของสายนำที่ 20oC

เนื่องจากเราทราบว่าอลูมิเนียมที่อุณหภูมิสูงกว่า 160oC จะสูญเสียความแข็งแรงทางกลและกลายเป็นนิ่ม จึงควรจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไว้ต่ำกว่าอุณหภูมินี้ ข้อกำหนดนี้กำหนดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ยอมรับได้ระหว่างลัดวงจร ข้อกำหนดนี้สามารถทำได้โดยควบคุมเวลาในการตัดวงจรของ CB และการออกแบบขนาดของสายนำอย่างเหมาะสม

แรงไฟฟ้าลัดวงจร

แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างสองสายนำขนานที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน สามารถคำนวณได้ด้วยสูตรต่อไปนี้,

ที่ L คือความยาวของทั้งสองสายนำในนิ้ว
S คือระยะห่างระหว่างทั้งสองสายนำในนิ้ว
I คือกระแสไฟฟ้าที่ผ่านแต่ละสายนำ

จากการทดลองพบว่า แรงแม่เหล็กไฟฟ้าลัดวงจรจะมีค่าสูงสุดเมื่อค่าของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร I เป็น 1.75 เท่าของค่า RMS ของคลื่นกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสมมาตร

อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี แรงที่เกิดขึ้นอาจมีขนาดใหญ่กว่านี้ เช่น ในกรณีของแท่งที่แข็งมากหรือเนื่องจากความสั่นสะเทือนของแท่งที่มีแนวโน้มจะสั่นสะเทือน การทดลองยังแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในโครงสร้างที่ไม่สั่นสะเทือนโดยกระแสสลับที่ขณะเริ่มต้นหรือยกเลิกแรงอาจสูงกว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นขณะที่กระแสกำลังไหล

ดังนั้น ควรระวังด้านความปลอดภัยและเตรียมพร้อมสำหรับสถานการณ์ที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งควรคำนึงถึงแรงสูงสุดที่สามารถเกิดขึ้นได้จากค่าสูงสุดเริ่มต้นของกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ไม่สมมาตร แรงนี้อาจถือว่ามีค่าเป็นสองเท่าของค่าที่คำนวณได้จากสูตรดังกล่าว

สูตรนี้มีประโยชน์เฉพาะสำหรับสายนำที่มีหน้าตัดวงกลม แม้ว่า L จะเป็นความยาวส่วนที่สายนำวิ่งขนานกัน แต่สูตรนี้เหมาะสมเฉพาะเมื่อความยาวรวมของแต่ละสายนำถูกถือว่าเป็นอนันต์

ในกรณีที่ใช้งานจริง ความยาวรวมของสายนำไม่ได้เป็นอนันต์ นอกจากนี้ยังต้องคำนึงว่า ความหนาแน่นของฟลักซ์ใกล้ปลายของสายนำที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านจะแตกต่างจากส่วนกลางอย่างมาก

ดังนั้น หากเราใช้สูตรดังกล่าวสำหรับสายนำสั้น แรงที่คำนวณได้จะสูงกว่าค่าจริงมาก

สามารถลดความผิดพลาดนี้ได้มากถ้าเราใช้เทอม,

แทน L/S ในสูตรดังกล่าว สูตรจะกลายเป็น,

สูตรที่แสดงโดยสมการ (2) ให้ผลลัพธ์ที่ไม่มีความผิดพลาดเมื่อ L/S มากกว่า 20 เมื่อ 20 > L/S > 4 สมการ (3) เหมาะสมสำหรับผลลัพธ์ที่ไม่มีความผิดพลาด หาก L/S < 4 สมการ (2) เหมาะสมสำหรับผลลัพธ์ที่ไม่มีความผิดพลาด สูตรเหล่านี้ใช้ได้เฉพาะกับสายนำที่มีหน้าตัดวงกลม แต่สำหรับสายนำที่มีหน้าตัดสี่เหลี่ยม สูตรต้องมีปัจจัยการแก้ไข สมมุติว่าปัจจัยนี้คือ K ดังนั้น สูตรสุดท้ายจะเป็น,
แม้ว่าผลกระทบจากรูปทรงของหน้าตัดของสายนำจะลดลงอย่างรวดเร็วถ้าระยะห่างระหว่างสายนำเพิ่มขึ้น ค่า K จะสูงสุดสำหรับสายนำที่มีรูปทรงแถบซึ่งความหนาบางน้อยกว่าความกว้างมาก K จะน้อยลงเมื่อรูปทรงของหน้าตัดของสายนำเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส K จะเท่ากับ 1 สำหรับสายนำที่มีหน้าตัดวงกลมอย่างสมบูรณ์ ซึ่งใช้ได้ทั้งกับตัวตัดวงจรมาตรฐานและตัวตัดวงจรควบคุมจากระยะไกล

คำชี้แจง: เคารพ ต้นฉบับ บทความ ที่ดี ควรแบ่งปัน หากมีการละเมิด โปรดติดต่อลบ