Cách tính dòng điện ngắn mạch của cầu chì

Khi có lỗi ngắn mạch trong hệ thống điện, một dòng điện ngắn mạch lớn sẽ chảy qua hệ thống bao gồm các tiếp điểm của công tắc tự động (CB), cho đến khi lỗi được loại bỏ bằng cách đóng CB. Khi dòng điện ngắn mạch chảy qua CB, các bộ phận dẫn điện khác nhau của công tắc tự động chịu áp lực cơ học và nhiệt lớn.

Nếu các bộ phận dẫn điện của CB không có diện tích tiết diện đủ lớn, có thể xảy ra tình trạng tăng nhiệt độ nguy hiểm. Nhiệt độ cao này có thể ảnh hưởng đến chất lượng cách điện của CB.

Các tiếp điểm của CB cũng trải qua nhiệt độ cao. Áp lực nhiệt của tiếp điểm CB tỷ lệ với I2Rt, trong đó R là độ kháng tiếp điểm, phụ thuộc vào áp lực tiếp xúc và điều kiện bề mặt tiếp xúc. I là giá trị hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch và t là thời gian mà dòng điện ngắn mạch đã chảy qua các tiếp điểm.

Sau khi bắt đầu lỗi, dòng điện ngắn mạch sẽ tồn tại cho đến khi đơn vị ngắt của CB hoạt động. Do đó, thời gian t là thời gian ngắt của công tắc tự động. Vì thời gian này rất ngắn theo quy mô mili giây, nên giả định rằng tất cả nhiệt sinh ra trong quá trình lỗi được hấp thụ bởi dẫn điện do không có đủ thời gian để truyền nhiệt và bức xạ nhiệt.
Độ tăng nhiệt có thể xác định bằng công thức sau,

Trong đó, T là độ tăng nhiệt mỗi giây theo độ Celsius.
I là dòng điện (hiệu dụng đối xứng) theo Ampere.
A là diện tích tiết diện của dây dẫn.
ε là hệ số nhiệt độ của độ kháng điện của dây dẫn ở 20oC.

Như chúng ta đã biết, nhôm trên 160oC mất đi sức mạnh cơ học và trở nên mềm, do đó cần hạn chế mức tăng nhiệt dưới nhiệt độ này. Yêu cầu này thực sự đặt giới hạn cho mức tăng nhiệt trong trường hợp ngắn mạch. Giới hạn này có thể đạt được bằng cách kiểm soát thời gian ngắt của CB và thiết kế kích thước dây dẫn phù hợp.

Lực Ngắn Mạch

Lực điện từ phát triển giữa hai dây dẫn song song chịu dòng điện, được tính bằng công thức,

Trong đó, L là chiều dài của cả hai dây dẫn theo inch.
S là khoảng cách giữa chúng theo inch.
I là dòng điện do mỗi dây dẫn mang.

Đã được chứng minh qua thực nghiệm rằng, lực ngắn mạch điện từ đạt cực đại khi giá trị của dòng điện ngắn mạch I, là 1,75 lần giá trị hiệu dụng ban đầu của sóng dòng điện ngắn mạch đối xứng.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp, có thể xuất hiện lực lớn hơn, như ví dụ, trong trường hợp thanh cứng hoặc do cộng hưởng trong trường hợp thanh dễ rung. Các thí nghiệm cũng cho thấy rằng phản ứng tạo ra trong cấu trúc không cộng hưởng bởi dòng điện xoay chiều tại thời điểm áp dụng hoặc loại bỏ lực có thể vượt quá phản ứng khi dòng điện đang chảy.

Do đó, tốt nhất là nên lỗi về phía an toàn và tính toán cho tất cả các trường hợp, trong đó nên xem xét lực cực đại có thể phát sinh từ giá trị đỉnh ban đầu của dòng điện ngắn mạch không đối xứng. Lực này có thể được coi là gấp đôi so với giá trị tính từ công thức trên.

Công thức chỉ hữu ích cho dây dẫn có tiết diện tròn. Mặc dù L là chiều dài hữu hạn của phần dây dẫn chạy song song, nhưng công thức chỉ phù hợp khi tổng chiều dài của mỗi dây dẫn được giả định là vô cùng.

Trong các trường hợp thực tế, tổng chiều dài của dây dẫn không phải là vô cùng. Cũng cần lưu ý rằng, mật độ từ thông gần các đầu của dây dẫn chịu dòng điện khá khác so với phần giữa.

Do đó, nếu chúng ta sử dụng công thức trên cho dây dẫn ngắn, lực tính toán sẽ cao hơn nhiều so với thực tế.

Có thể thấy rằng, lỗi này có thể giảm đáng kể nếu chúng ta sử dụng thuật ngữ,

thay vì L/S trong công thức trên.
Công thức sau đó trở thành,

Công thức, được biểu diễn bởi phương trình (2), cho kết quả không có lỗi khi tỷ lệ L/S lớn hơn 20. Khi 20 > L/S > 4, công thức (3) phù hợp cho kết quả không có lỗi.
Nếu L/S < 4, công thức (2) phù hợp cho kết quả không có lỗi. Các công thức trên chỉ áp dụng cho dây dẫn có tiết diện tròn. Nhưng đối với dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật, công thức cần có hệ số hiệu chỉnh. Giả sử hệ số này là K. Do đó, công thức cuối cùng trở thành,
Mặc dù tác động của hình dạng tiết diện dây dẫn giảm nhanh nếu khoảng cách giữa các dây dẫn tăng lên, giá trị K tối đa cho dây dẫn dạng dải có độ dày nhỏ hơn nhiều so với chiều rộng. K hầu như không đáng kể khi hình dạng tiết diện dây dẫn hoàn toàn vuông. K là 1 cho dây dẫn có tiết diện tròn hoàn hảo. Điều này đúng cho cả công tắc tự động điều khiển từ xa.

Bản quyền: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.