Bara Kısa Devre Isınma Hesapları

Baralar, aynı gerilim ve frekanstaki elektrik enerjisinin toplandığı ve dağıtıldığı ünitelerdir. Baralar, emniyetlerinin ve bütünlüğünün sağlanması amacıyla, kısa devre akımlarının etkilerine karşı korunmalıdır. Bu sebeple bazı tedbirler alınmak üzere hesaplamalar yapılmalıdır. Bu yazımızda baraların kısa devreye bağlı ısınmalarının nasıl hesaplandığını inceleyeceğiz.

A- A+

29.12.2023 tarihli yazı 16935 kez okunmuştur.

Kısa Devre Etkileri

Tüm elektrik devrelerinde olduğu gibi, baralar da kısa devre akımlarının etkilerine karşı korunmalıdır. Baraların açık yapımı, arıza riskini artırır. Örneğin yabancı cisimlerin hava boşluklarına girmesiyle kısa devre oluşabilir ve yüksek normal çalışma akımları ve mevcut enerji miktarı nedeniyle hasar riski yüksektir.

Çok yüksek akımlar baraların hızla ve aşırı ısınmasına ve dolayısıyla malzemenin yumuşamasına ve destek yapısına zarar vermesine neden olur. Aynı zamanda, üretilen elektromanyetik kuvvetler, desteklerinden kurtularak yumuşatılmış iletkenleri bozar.

Rezonans etkileri durumun daha da kötüleşmesine neden olabilir.

►İlginizi Çekebilir: Motor Koruma Şalteri Nedir? Seçimi Nasıl Yapılır?

Kısa Devreye Bağlı Isınma

Maksimum potansiyel kısa devre akımı, kaynağın kaynak empedansına bağlıdır ve empedans arttıkça baranın uzunluğu boyunca azalır. Baranın emniyetini ve bütünlüğünü sağlamak amacıyla, kısa devre akımı başlangıçta baranın besleme ucuna yakın bir yerde hesaplanmalı ve bara empedansı için bir boşluk bırakılmamalı ve en kötü durum tespit edilmelidir.

Bir arıza meydana geldiğinde, normal çalışma akımında birçok kez kısa devre olacaktır ve koruyucu cihaz çalışana kadar akacaktır.

Zaman süresi küçük olduğu için - en fazla birkaç saniye - adyabatik ısınmayı varsaymak normaldir, başka bir deyişle, ilgi süresi ölçeğinde önemli bir soğutma etkisi söz konusu değildir ve akım akışıyla üretilen tüm ısı barada kalır.

Bu nedenle, barada sıcaklık yükselmesinin sadece doğrusal olduğu varsayılır - bu hesaplamayı önemli ölçüde basitleştirir ve ölçülü bir sonuç verir (arıza koşullarında kablo davranışını belirlemede benzer bir basitleştirme yapılır).

Bir cismin, birim kütlesinin sıcaklığını 1°C artırmak için verilen ısı miktarına özgül ısı denir. Bakır için oda sıcaklığında 385 Joule / kg / K'dir.

Baranın kütlesini ve kısa devre akımının ürettiği enerji bilinirse sıcaklık artışı hesaplanabilir:

Burada:

► Q: Baraya eklenen ısı miktarı (Joule)
► S: Bara malzemesinin özgül ısısı (J/kg/K)
► m: Baranın kütlesi (kg)
► t_r: Sıcaklık artışı

Barada tüketilen enerji miktarı:

Q = P * T

Burada:

► P: çubukta dağılan güç (W)
► T: Gücün tükendiği zaman (saniye).

Bu nedenle:

Burada Δt_r saniye başına derece C'de sıcaklık artışı oranıdır. Barada tüketilen güç şu şekilde verilir:

Burada:

► R: Baranın direnci (Ω)
► r: Bara malzemesinin öz direnci (Ωm)
► l: Baranın uzunluğu (m)
► A: Baranın kesit alanı (m²)

W ve M yerine konulduğunda:

Burada:

► D: yoğunluk (kg/m³)

Fiziksel sabitlerden ikisi, özgül ısı ve direnç, sıcaklık ile önemli derecede değişir, bu nedenle hangi değerlerin kullanılmasının gerektiği açık değildir. Öz direnç sıcaklık ile birlikte artar (20°C'den 300°C'ye 1.6 faktörle), bu nedenle sıcaklık arttıkça enerjinin dağılımı artarken, özgül ısı aynı aralıkta yaklaşık % 8 düşer.

Oda sıcaklığı değerlerini kullanmak ve uygun birimleri kullanmak için ayar yapmak, başlangıçtaki sıcaklık artış oranını şu şekilde verir:

Burada:

► I: kA cinsinden akım
► A: mm² cinsinden kesit alanı

Daha yüksek sıcaklıklarda - diğer bir deyişle, koruma cihazı çalışana kadar arıza akımı akmaya devam eder - baranın direnci arttıkça sıcaklık artışı oranı artar.

Baranın besleme ucundaki en kötü yükselme oranı yaklaşık olarak:

Bununla birlikte, kısa devre besleme ucundan biraz uzakta ise, arıza akımının büyüklüğü baranın direnci nedeniyle daha düşük olur ve bara sıcaklığı arttıkça daha da azalacaktır.

Uygulama İpuçları

Pratikte, önemli olan, baranın son sıcaklığının, kısa devre olayı boyunca sınırlayıcı tasarım sıcaklığından daha düşük kalmasıdır. Bakır baralar için sınırlayıcı sıcaklık, destek malzemelerinin sıcaklık direncine göre belirlenir, ancak her durumda ~ 200°C'yi geçmemelidir. Maksimum devre kesici açma zamanı 200/Δt_r saniyedir.

Kısa devreye maruz kalmış baralar, tüm bağlantıların sıkı kalmasını ve bağlantıların emniyetli olmasını sağlamak için servise verilmeden önce soğuması ve kontrol edilmesi gerekir.

Isınma süresinin -arıza süresi- oldukça kısa olmasına rağmen, bara yüksek bir sıcaklıkta uzun süre kalacaktır. Ayrıca, bakırın çok yüksek ısı iletkenliği nedeniyle, baranın diğer kısımları da sıcak olacaktır.

Kaynak: