Эффекты короткого замыкания
Как и все электрические цепи, сборные шины должны быть защищены от воздействия токов короткого замыкания. Открытая конструкция сборных шин повышает риск сбоев, например, путем проникновения инородных тел в воздушные зазоры, а риск последующего повреждения высок из-за их высоких нормальных рабочих токов и количества имеющейся энергии.
Расчет короткого замыкания в шинах (фото: teknomega.com)
Очень высокие тока приводят к быстрому и экстремальному перегреву стержней с последующим размягчением материала и повреждения опорной конструкции. В то же время генерируемые электромагнитные силы будут искажать смягченные проводники, которые могут вырваться из их опор.
Резонансные эффекты могут ухудшить ситуацию.
Нагрев, вызванный короткой цепью
Максимальный потенциальный ток короткого замыкания зависит от импеданса источника питания и уменьшается по длине стержня по мере увеличения импеданса. Для обеспечения безопасности и целостности стержня ток короткого замыкания должен быть первоначально рассчитан близко к подающему концу стержня, не допуская сопротивления стержня, чтобы установить наихудший случай.
При возникновении неисправности ток короткого замыкания будет во много раз превышать нормальный рабочий ток и будет протекать до срабатывания защитного устройства.
Поскольку продолжительность времени мала - не более нескольких секунд - обычно предполагается адиабатическое нагревание, другими словами, что за время, которое представляет интерес, нет значительного эффекта охлаждения и что все тепло, генерируемое потоком тока сохраняется в баре.
Поэтому предполагается, что повышение температуры стержня просто линейно - это значительно упрощает расчет и дает консервативный результат (аналогичное упрощение производится при определении поведения кабеля в условиях неисправности).
Количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры единичной массы материала на одну градус по Цельсию, называется удельной теплотой. Для меди при комнатной температуре значение составляет 385 Дж / кг / К.
Зная массу стержня и энергию, создаваемую током короткого замыкания, можно вычислить повышение температуры:
где:
- Q - количество тепла, добавляемого в бар (джоуль)
- S - удельная теплота материала стержня (Дж / кг / К)
- m - масса стержня (кг)
- t r - повышение температуры.
Количество энергии, рассеиваемой в стержне:
где:
- P - мощность, рассеиваемая в стержне (W)
- T - время, в течение которого мощность рассеивается (в секундах).
Следовательно,
где Δt r - скорость повышения температуры в градусах C в секунду. Мощность, рассеиваемая в баре, определяется:
где:
- R - сопротивление стержня (Ω)
- r - удельное сопротивление материала стержня (Ωm) l - длина стержня (m)
- А - площадь поперечного сечения стержня (м 2).
Подставляя для W и M, получаем:
где:
D - плотность (кг / м3).
Две из физических констант, удельная теплоемкость и удельное сопротивление, значительно изменяются с температурой, поэтому не очевидно, какие значения следует использовать. Сопротивление увеличивается с температурой (в 1, 6 раза от 20 ° C до 300 ° C), что увеличивает энергию, рассеиваемую при повышении температуры, а удельная теплоемкость падает примерно на 8% в том же диапазоне.
Используя значения комнатной температуры и настройки для использования удобных единиц, выдается начальная скорость повышения температуры:
где:
- I ток в кА
- А - площадь поперечного сечения в мм 2.
Другими словами, при более высоких температурах, поскольку ток повреждения продолжает течь до срабатывания защитного устройства, скорость нарастания температуры будет возрастать по мере увеличения сопротивления стержня.
Наихудшая скорость подъема на подающем конце стержня приблизительно равна:
Однако, если короткое замыкание находится на некотором расстоянии от конца подачи, величина тока повреждения будет ниже из-за сопротивления стержня и будет еще больше уменьшаться по мере повышения температуры стержня.
Практические советы
На практике важно, чтобы конечная температура стержня оставалась ниже предельной расчетной температуры в течение короткого замыкания. Предельная температура для медных шин определяется температурным сопротивлением материалов носителя, но в любом случае не должна превышать ~ 200 ° C. Максимальное время отключения автоматического выключателя - 200 / Δt r секунд.
Шины, которые подвергались короткому замыканию, должны быть охлаждены и проверены перед возвратом на обслуживание, чтобы гарантировать, что все соединения остаются герметичными и что крепления надежно закреплены.
Обратите внимание, что хотя время нагрева - длительность отказа - довольно короткое, бар будет оставаться на высокой температуре в течение значительного периода времени. Кроме того, из-за очень высокой теплопроводности меди, части стержня за виной также будут горячими.
Ссылка // Руководство по проектированию и установке - Дэвид Чепмен и профессор Тоби Норрис