Devre Kırıcı Kısa Devre Akımını Nasıl Hesaplanır

Elektrik sisteminde kısa devre arızası olduğunda, arızanın devre kesici (CB) kontakları dahil olmak üzere sistemin tümüne büyük bir kısa devre akımı akar, CB'nin tetiklenerek arızanın giderilmesi durumuna kadar. Kısa devre akımı CB üzerinden akarken, devre kesicinin farklı akım taşıyan parçalarına büyük mekanik ve termal stresler uygulanır.

Eğer CB'nin iletken parçalarının yeterli kesit alanı yoksa, tehlikeli derecede yüksek bir sıcaklık yükselmesi olasılığı vardır. Bu yüksek sıcaklık, CB'nin yalıtım kalitesini etkileyebilir.

CB kontakları da yüksek sıcaklığı deneyimler. Kontakların termal stresleri I2Rt ile orantılıdır, burada R, kontak direncidir, kontak baskısı ve kontak yüzey koşullarına bağlıdır. I, kısa devre akımının rms değeri ve t ise kısa devre akımının kontaklar üzerinden akış süresidir.

Arızanın başlamasından itibaren, kısa devre akımı CB'nin kesme birimi kesene kadar devam eder. Bu nedenle, t süresi kesme süresidir. devre kesicinin. Bu süre milisaniye ölçeğinde çok az olduğu için, arızadan kaynaklanan tüm ısı, iletken tarafından emildiği kabul edilir çünkü ısıya karşı konveksiyon ve radyasyon için yeterli zaman yoktur.
Sıcaklık yükseltmesi aşağıdaki formülle belirlenebilir,

Burada, T, saniyede santigrat derece cinsinden sıcaklık yükseltmesidir.
I, akım (simetrik rms) amperdir.
A, iletkenin kesit alanıdır.
ε, iletkenin 20oC'deki direnç katsayısıdır.

Biliyoruz ki, alüminyum 160oC üzerinde mekanik dayanımını kaybeder ve yumuşar, bu nedenle sıcaklık yükseltmesinin bu sıcaklığın altında sınırlandırılması istenir. Bu gereklilik aslında kısa devre sırasında izin verilen sıcaklık yükseltmesini belirler. Bu limit, CB kesme süresini kontrol ederek ve iletken boyutlarının doğru tasarlanmasıyla elde edilebilir.

Kısa Devre Gücü

İki paralel elektrik akım taşımış iletken arasında geliştirilen manyetik kuvvet, aşağıdaki formülle verilir,

Burada, L her iki iletkenin inç cinsinden uzunluğudur.
S, aralarındaki mesafedir inç cinsinden.
I, her bir iletkenin taşıdığı akımdır.

Deneysel olarak kanıtlanmış olup, kısa devre manyetik kuvveti, kısa devre akımı I, simetrik kısa devre akım dalgasının ilk rms değerinin 1.75 katı olduğunda en yüksektir.

Ancak, bazı durumlarda, örneğin çok sert çubuklar veya mekanik titreşim riski olan çubuklarda rezonans nedeniyle, bu değerden daha büyük kuvvetler ortaya çıkabilir. Deneyler ayrıca, alternatif akımın uygulanması veya kaldırılması anında, akım aktarırken yaşanan tepkilere göre daha büyük tepkilerin oluşabileceğini göstermiştir.

Bu nedenle, güvenliği sağlama açısından hata yapmak ve tüm olası durumları göz önünde bulundurmak uygun olacaktır. Bunun için, asimetrik kısa devre akımının ilk zirve değerinden kaynaklanan maksimum kuvveti hesaba katmalıdır. Bu kuvvet, yukarıdaki formülle hesaplandığından iki katı kabul edilebilir.

Formül, sadece dairesel kesitli iletkenler için kullanışlıdır. L, birbirine paralel olarak uzanan iletken parçalarının sonlu uzunluğudur, ancak formül sadece her iletkenin toplam uzunluğunun sonsuz olduğu varsayıldığında uygun olur.

Pratik durumlarda iletkenin toplam uzunluğu sonsuz değildir. Ayrıca, akım taşıyan iletkenin uçlarındaki manyetik akı yoğunluğu, orta kısmından oldukça farklıdır.

Bu nedenle, yukarıdaki formülü kısa iletkenler için kullanırsak, hesaplanan kuvvet gerçek değerden çok daha yüksek olacaktır.

Görüldüğü gibi, bu hatayı, aşağıdaki terimi kullanarak önemli ölçüde azaltabiliriz,

yukarıdaki formülün L/S yerine.
Formül o zaman,

(2) numaralı denklemle temsil edilen formül, L/S oranı 20'den büyük olduğunda hata olmayan sonuç verir. 20 > L/S > 4 olduğunda (3) numaralı formül hata olmayan sonuç için uygun olur.
Eğer L/S < 4 ise, (2) numaralı formül hata olmayan sonuç için uygun olur. Yukarıdaki formüller sadece dairesel kesitli iletkenler için geçerlidir. Dikdörtgen kesitli iletkenler için, formül bazı düzeltme faktörüne ihtiyaç duyar. Bu faktör K diyelim. Sonuç olarak, formül şu şekilde olur,
Her ne kadar iletken arasındaki mesafe arttıkça iletkenin kesit şekli etkisi hızlıca azalsa da, K faktörü, kalınlığı genişliğinden çok daha küçük olan şerit benzeri iletkenler için maksimumdur. Kesit şekli mükemmel kare olduğunda K ihmal edilebilir. Mükemmel dairesel kesitli iletkenler için K biriktir. Bu, standart ve uzaktan kumandalı devre kesicileri için de geçerlidir.

Açıklama: Orijinali saygı gösterin, iyi makaleleri paylaşmaya değer, ihlal olduğu takdirde silme isteği ile iletişime geçin.