Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

اثر دینامیکی جریان اتصال کوتاه

717-2- اثر دینامیکی جریان اتصال کوتاه

    برای قضاوت درباره اثار مکانیکی احتمالی جریانهای اتصال کوتاه و کنترل حد ایستادگی تجهیزات برقی در برابر این جریانها، طبق شکل 717-2 لازم است حداکثر شدت جریان آنی یا (ip) بدست آید. محاسبه ip ، در صورت معلوم بودن مشخصه های کامل مدار، باید طبق خواسته های استاندارد های ذکر شده در یاد آوری 2 از بند 717-0 کلیات اقدام نمود اما با توجه به رابطه کلی و با انتخاب ضریب 8،1 =x حداکثر ممکن شدت جریان یک ip را بدست آورد.

(2-7)

شدت جریان ip که به ترتیب به دست می آید حداکثر مقدار ممکن و لذا محافظه کارائه است. در بسیاری از موارد واقعی، اگر اطلاعات دقیقتری وجود داشته باشد. ضریب X  کمتر از 8،1 خواهد بود.

717-3- اثر حرارتی جریان اتصال کوتاه

    چناچه بارها اشاره شده است دمای بیش از حد سبب انهدام عایقبندی می شود در این بین دو گونه حداکثر دمای مجاز برای عایقبندی مختلف شناخته می شود:الف) حداکثر دمای مجاز طولانی مدت: این دمایی است که در زمان بهره برداری عادی، دمای کابل نباید از آن تجاوز کند.

ب) حداکثر دمای مجاز کوتاه مدت: این دمایی است که در صورت بروز اتصال کوتاه، از لحظه شروع تا عمل وسیله حفاظتی، دمای کابل نباید از آن تجاوز کند.

در جدول 7-10 حداکثر دمای مجاز طولانی مدت و حداکثر دمای مجاز کوتاه مدت نشان داده شده اند.

جدول شماره 7-10 حداکثر دمای مجاز طولانی مدت و کوتاه مدت (*) عایقها

 

نوع عایقبندی             (هادی=مس)

 

   حد مجاز دما  

ضریب

   K

طولانی مدت کوتاه مدت
   
   پلی وینیل کلراید (pvc) 70 160 115
  پلی اتیلن مستحکم (Xlpe)  و لاستیک (مخلوط) اتیلن- پروپیلن (EPR) 90 250 143
         

کوتاه مدت * یعنی زمان اتصال کوتاه از 5 ثانیه طولانی تر نشود. این دما، دمای حد است و نباید از آن تجاوز نشود. پیوست 7P2 و جدول شماره 7P2-1 را ببینید.

در محاسبات مربوط به حداکثر دمای مجاز کوتاه مدت، چند مطلب را باید در نظر داشت:

1-فرض بر این است که به علت کوتاه بودن زمان برقرار ماندن جریان ازدیاد حرارت هادی به صورت آدیابا تیک انجام می شود یعنی کل انرژی آزاد شده از عبور جریان در مقاومت هادی، صرف بالا بردن دمای آن می شود و هیچ بخشی از آن به اطراف پخش نمی شود. این یک فرض محافظه کارانه ای است که نتیجه محاسبات به نفع سالن ماندن کابل تمام می شود.

2-دمای اولیه هادی (در شروع اتصالی) بسیار مهم است. اگر دمای هادی کم باشد، گرمای بیشتری باید صرف بالا بردن دمای آن تا حد مجاز شود. از طرف دیگر در این شرایط یعنی در دمای کمتر هادی، مقاومت الکتریکی آن هم کمتر از حالت گرم است و در نتیجه جریان اتصال کوتاه، کمی شدیدتر خواهد بود.

3-زمان برقرار ماندن اتصال کوتاه بسیار مهم است که بستگی به نوع وسیله حفاظتی یا تنظیمان آن دارد. فیوزها و بعضی کلیدهای خودکار، البته بسته به شدت جریان اتصال کوتاه، محدود کننده جریان می باشند. یعنی در بعضی شرایط،جریان را در زمانی کمتر از یک چهارم پریود(جریان متناوب) قطع می کنند. در حالی که بیشتر کلیدهای خودکار (غیر محدود کننده) و کلیدهای مینیاتوری پس از گذشت چند پریود اقدام به قطع مدار می کنند. این شاخصه ها بستگی به ساختار وسایل حفاظتی و شدت جریان اتصال کوتاه دارند.

4-ضریب انتقال گرما و گرمای مخصوص حجمی هادی که در بالا رفتن دما نقش دارند، بستگی به جنس هادی دارند و باید در نظر گرفته شوند.

رابطه زیر نحوه محاسبه ازدیاد دما را با فرض آدیاباتیک بودن فرایند، نشان می دهد:

(3-7)                                                           

در این رابطه:

I = شدت جریان اتصال کوتاه(مقدار موثر در طول برقراری اتصالی) به آمپر؛

=t  مدت زمان برقراری اتصال کوتاه؛

K= ضریبی است وابسته به جنس اجزای هادی جریان.

K=

=Q گرمای مخصوص حجمی جنس هادی در  C20برحسب J/C.m  

=  مقاومت جنس هادی در C 20 بر حسب

=S  سطح مقطع جنس هادی بر حسب (برای هادیها و غلافهای فلزی بکارگیری سطح مقطع نامی کافی می باشد)

= دمای نهایی (حداکثر دمای مجاز عایق)

=  دمای اولیه (شروع اتصالی)

= عکس ضریب حرارتی مربوط به جنس مقاومت هادی در  . برحسب

In= لگاریتم نپری

یاد آوری 1- در مورد شدت جریان اتصال کوتاه ، “مقدار موثر در طول برقراری اتصالی”، مقداری است که محاسبه آن با در دست داشتن اطلاعات و آشنایی با روشهای محاسبه مقدار موثر مولفه های جریانهای مستقیم و متناوب انجام می شود که باید از مراجع معتبر مانند:IEC 724  یا VDE 0103 استفاده شود.

IEC 724: Guide the Short –Circuit  temperatuse Iimits of electric cables with a rated voltage n0t exceeding

ضرایبی که در رابطه بالا از انها استفاده شده است در جدول 7-11 نشان داده شده اند.

جدول شماره 7-11 ضرایب مربوط به محاسبه ازدیاد دما در حالت گرمایش آدیاباتیک

717-4- مشخصه های اصلی وسایل حفاظت در برابر جریان اتصال کوتاه

وسایل حفاظت در برابر اتصال کوتاه از دو نظر مهم می باشد:

1)توانایی قطع: تواناایی قطع وسیله حفاظتی در هر نقطه از سیستم، باید برابر با بیشتر از حداکثر جریان احتمالی اتصال کوتاه در آن نقطه باشد مگر آنکه در طرف تغذیه از وسیله حفاظتی اول(به سمت ترانسفورماتور یا زنراتور از آن) وسیله حفاظتی دومی وجود داشته باشد که اتصال کوتاه را قبل از عمل وسیله حفاظتی اول، قطع کند. به وسیله حفاظتی دوم، وسیله حفاظتی پشتیبان گویند. دو وسیله حفاظتی باید به نحوی هماهنگ شده باشند که در هنگام اتصالی، انرژی عبوری از وسیله پشتیبان و قبل از قطع آن از مقدار انرژی عبوری که سبب انهدام وسیله اول خواهد شد،بیشتر نباشد. هیچ یک از هادیهای مدار نیز نباید صدمه ببیند.

2)زمان قطع مجاز: اتصال کوتاه باید در زمانی قطع شود که دمای هادیهای مدار اتصالی از مقدار مجاز کوتاه مدت عایقبندی آن تجاوز نکند.

717-5- نحوه محاسبه حداکثر زمان قطع مجاز وسایل حفاظت در برابرجریان اتصال کوتاه

    در مورد زمانهای کوتاه مدت برقراری اتصال کوتاه (تا 5 ثانیه)،IEC 364 زمانی را که شدت جریان موثر اتصال کوتاه دمای هادی را از حداکثر دمای مجاز طولانی مدت تا حداکثر دمای مجاز کوتاه مدت می رساند، به ترتیب زیر محاسبه می نماید:

(4-7)                                                           

ملاحظه می شود که این رابطه اساساً همان رابطه بند 717-3 است و ضریب k باید از جدول 7-12 انتخاب شود.

جدول شماره 7-12 ضریب k برای کابل چند رشته ای (هادی حفاظتی)

717-6- وسایل محدود کننده توان اتصال کوتاه

     اگر واکنش وسیله حفاظتی در برابر عبور جریانهای بسیار شدید به قدری سریع باشد که در ظرف مدتی کوتاهتر از یک ربع یک پر بود- قبل از آنکه شدت جریان احتمالی به حداکثر خود برسد- جریان را قطع و جرقه آن را خاموش کند، این نوع وسیله حفاظتی محدود کننده جریان نامیده می شود. بدیهی است که خواص محدود کنندگی یک وسیله محدودکننده جریان اتصال کوتاه،بستگی به شدت جریان احتمالی اتصال کوتاه دارد و اگر شدت جریان از حدی کوچکتر باشد این خاصیت اصلاً ظاهر نمی شود. شکل 717-3 اسیلوگرامهای فرضی یک اتصال کوتاه برای وسایل حفاظتی مختلف را نشان می دهد. وسایل حفاظتی موجود برای محدود کردن جریان در بازار عبارتند از:کلیدهای خودکار محدودکننده جریان (current limiting c Bs)  و فیوزها.

شکل 717-3 اسیلوگرامهای قطع جریان یک اتصال کوتاه با کلید خودکار معمولی- کلید محدود کننده جریان-فیوز

717-7- اتصال کوتاه با زمان قطع بسیار کوتاه (< 01، ثانیه در 50 هرتز) و حفاظت پشتیبان

   اگر زمان قطع اتصال کوتاه کمتر از 1 0،0 ثانیه باشد، با توجه به رابطه 4-7 باید رابطه زیر برقرار باشد:

در این رابطه t0  عددی است که سازنده وسیله حفاظتی محدود کننده جریان تعیین و اعلان می کند.

در بسیاری موارد برای حفاظت تجهیزات یک تاسیسات، مخصوصاً وسایل حفاظتی با واکنش نه چندان سریع کلیدهای خودکار عادی و مینیاتوری)  لازم است از وسایل محدود کننده جریان استفاده شود. این حفاظت در تاسیسات باید مخصوصاً در مورد کلیدهای خودکار مینیاتوری رعایت شود. کلیدهای خودکار مینیاتوری علاوه بر اینکه دارای واکنش سریع نیستند، توان قطع اتصال کوتاه آنها نیز کوچک است لذا در تفاضلی از تاسیسات که توان یا جریان اتصال کوتاه احتمالی آنها بیشتر از توان قطع کلید است. باید برای آنها فیوز پشتیبان نصب شود. معمولاً برای آسودگی خاطر صرفنظر از محل نصب کلیدهای مینیاتوری، باید در طرف تغذیه از آنها فیوز پشتیبان وجود داشته باشد به نحوی که فیوز پشتیبان از مقادیر داده شده در زیر بزرگتر نباشد:

برای کلیدهای مینیاتوری با توان قطع 5/1 کیلو آمپر فیوز پشتیبان نباید از 63 آمپر HRC بزرگتر باشد و برای کلیدهای مینیاتوری با توان قطع 3 کیلو آمپر یا بیشتر فیوز پشتیبان نباید از 100 آمپر HRC بزرگتر باشد.

یاد اوری- فیوزهای پشتیبان نباید الزاماً نزدیک به کلیدهای مورد محافظت نصب شوند بلکه می توانند در هر نقطه ای از مدار مستقر باشند و علاوه بر وظیفه پشتیبانی، حفاظت اصلی مدار اصلی را به عهده داشته باشند.

شکل 717-4 مثالی برای نمایش نحوه استفاده از حفاظت پشتیبان

717-8- موارد حذف حفاظت در برابر اتصال کوتاه

    برای موارد زیر به شرط رعایت نکاتی که متعاقباً گفته خواهد شد،حفاظت در برابر اتصال کوتاه لازم نمی باشد.

الف)مواردی که احتیاج به حفاظت ندارند:

1-هادیهایی که ژنراتورها، ترانسفورماتورها، یکسو کننده ها و باتریهای ذخیره را به تابلوهای مربوط به آنها وصل می کند. وسایل حفاظتی برای مدارهای خروجی، در این تابلوها نصب می شوند.

2-مدارهایی که قطع آنها مشابه حفاظت در برابر اضافه بار، ممکن است برای تاسیسات،تولید خطر کند.(بند 716-4 را ببینید).

3-برخی مدارهای وسایل اندازه گیری مانند ترانسفورماتورهای جریان.

ب)شرایطی که باید رعایت شوند:

1-مدار به نوعی اجرا شود که احتمال بروز اتصال کوتاه را به حداقل برساند مانند استفاده از عاییقبندی قویتر در برابر آثار محیط

2-مدار از کنار مواد قابل احتراق عبور داده نشود.

مطالب مرتبط