Електродинамични сили в части под напрежение на конструкции и апарати
Частите на електрическото оборудване и разпределителните устройства под напрежение, когато токът преминава през тях, са изложени на електродинамични усилия… Както знаете, такива сили действат върху всеки проводник с ток, разположен в магнитно поле.
Величините на тези сили за елементи на разпределителни устройства и устройства с проста конфигурация могат да се определят въз основа на закона на Био-Савард:
където (H, l) е ъгълът, образуван от посоката на тока и посоката на магнитното поле; с паралелни проводници е 90 °.
Ако два паралелни проводника се движат по ток и проводник с ток i1 е в магнитно поле с ток i2 с интензитет H = 0,2 • i2 / a, тогава величината на силата, действаща между тях, ще бъде равна на
където i1 и i2 са токовете на първия и втория проводник, и; a е разстоянието между осите на проводниците, cm; l — дължина на проводника, виж
Силата, действаща между проводниците, ги привлича един към друг със същата посока на ток в тях и ги отблъсква в различни посоки.
Най-голямата стойност на тези електродинамични сили се определя от максимално възможния ток на късо съединение, т. Е. Ток на късо съединение iy. Следователно началният момент на късо съединение (t = 0,01 сек) е най -опасен от гледна точка на величината на динамичните сили.
Когато ток на късо съединение преминава през прекъсвача или когато е включен към съществуващ в мрежата късо съединение отделните му части — втулки, тоководещи пръти, траверси, пръти и др., както и съответните гуми и шини — са подложени на внезапно механично натоварване, което има характер на удар.
В съвременните електрически системи с висока мощност при напрежения 6-20 kV токовете на късо съединение могат да достигнат стойности до 200-300 ka и повече, докато електродинамичните сили достигат няколко тона на шина (или шини) 1 -1,5 м дължина …
При такива условия недостатъчната механична якост на един или друг елемент от електрическото оборудване може да причини по -нататъшно развитие на аварията и да причини сериозни повреди на разпределителното устройство. Следователно, за надеждната работа на всяка електрическа инсталация, всички нейни елементи трябва да имат електродинамична стабилност (адекватна механична якост), тоест издържат на ефектите от късо съединение.
При определяне на електродинамичните усилия съгласно горната формула се изхожда от условието, че токът тече по оста на кръгли проводници, чийто диаметър не влияе върху големината на усилията. Трябва да се отбележи, че размерът и формата на напречното сечение на проводниците на големи разстояния между тях нямат забележим ефект върху големината на електродинамичните усилия.
Ако проводниците са под формата на правоъгълни ленти и са разположени на малко разстояние един от друг, когато разстоянието в светлината е по-малко от периметъра на лентата, тогава размерите на тяхното напречно сечение могат да окажат значително влияние върху електродинамичните сили. Това влияние на напречните размери на проводника се взема предвид при изчисленията, използвайки форм -фактора.
Ако живи проводници принадлежат към същата верига и i1 = i2 = iy тогава най -голямата сила на взаимодействие ще бъде равна на
С различни други прости и сложни форми на проводници е по -удобно да се използва принципът на нарастване на електромагнитната енергия и произтичащите от нея зависимости.
Такива прости зависимости могат да бъдат получени от разглеждането на две взаимодействащи вериги L1 и L2, обхванати от токове i1 и i2. Доставката на електромагнитна енергия за тези вериги ще бъде както следва:
Ако в резултат на взаимодействието на токове i1 и i2 контурът на системата се деформира под действието на електродинамични сили във всяка посока със сума dx, тогава работата, извършена от силата на полето Fx, ще бъде равна на увеличението на подаването на електромагнитна енергия на системата с количеството dW:
където:
В случаите, когато на практика е необходимо да се определи електродинамичната сила между части или страни на една и съща верига с индуктивност L1-L, силата на взаимодействие ще бъде:
Използвайки този израз, ние определяме електродинамичните сили за няколко прости, но практически важни случая:
1. Паралелни проводници с джъмпер.
В маслени прекъсвачи и разединители се формира верига с тази конфигурация.
Индуктивността на контура ще бъде
следователно силата, действаща върху преградата, е
където a е разстоянието между осите на проводниците; r е радиусът на проводника.
Този израз дава електродинамичните сили, действащи върху превключващата греда или ножа на разединителя. Те улесняват движението на хода на масления прекъсвач, когато токът е изключен и го отблъскват, когато е включен.
За да имате представа за величината на получените сили, достатъчно е да се каже, че например в захранващия прекъсвач на VMB-10 с ток на късо съединение 50 kA, силата, действаща върху траверса, е около 200 кг.
2. Кондуктор, огънат под прав ъгъл.
Такова подреждане на проводници обикновено се използва в разпределителните устройства за подреждане на шините на подходите към и след апарата, среща се и в разединители с втулки.
Индуктивността на проводника, образуващ такава верига, ще бъде:
Следователно усилията на сайта ще бъдат определени, както в предишния случай:
където a е дължината на подвижен елемент, например нож за разединител.
Под действието на тока проводникът, огънат под ъгъл, има тенденция да се изправя и ако едната му страна е подвижна, например ножът на разединителя, тогава трябва да се вземат мерки срещу евентуално спонтанно изключване по време на късо съединение.