Elektrodynamiska krafter i strömförande delar av strukturer och anordningar

Delar av elektrisk utrustning och distributionsanordningar under spänning, när ström flyter genom dem, utsätts för elektrodynamiska krafter... Som ni vet verkar sådana krafter på vilken strömförande ledare som helst som finns i magnetiskt fält.

Storleken på dessa krafter för ställverkselement och enheter med enkel konfiguration kan bestämmas baserat på Biot-Savards lag:

där (H, l) är vinkeln som bildas av strömriktningen och magnetfältets riktning; med parallella ledningar är 90 °.

Om två parallella ledare rör sig i en ström och en ledare med en ström i1 befinner sig i ett magnetfält med en ström i2 med intensiteten H = 0,2 • i2 / a, så blir storleken på kraften som verkar mellan dem lika med

där i1 och i2 är strömmarna för de första och andra trådarna, och; a är avståndet mellan trådarnas axlar, cm; l — trådlängd, se

Kraften som verkar mellan ledningarna lockar dem till varandra med samma strömriktning i dem och stöter bort dem i olika riktningar.

Det största värdet av dessa elektrodynamiska krafter bestäms av den maximala möjliga kortslutningsströmmen, dvs kortslutningsström iy. Därför är det initiala momentet för kortslutningen (t = 0,01 sek) det farligaste när det gäller storleken på de dynamiska krafterna.

När en kortslutningsström flyter genom brytaren eller när den är ansluten till ett befintligt nätverk kortslutning dess enskilda delar — bussningar, ledande stänger, sliprar, stänger o. s. v. samt motsvarande däck och samlingsskenor — utsätts för en plötslig mekanisk belastning, som har karaktären av en stöt.

I moderna elsystem med hög effekt vid spänningar på 6-20 kV kan kortslutningsströmmar nå värden upp till 200-300 ka och mer, medan elektrodynamiska krafter når flera ton per buss (eller buss) 1 -1,5 m lång ...

Under sådana förhållanden kan den otillräckliga mekaniska styrkan hos ett eller annat element i den elektriska utrustningen orsaka ytterligare utveckling av olyckan och orsaka allvarlig skada på ställverket. Därför, för tillförlitlig drift av alla elektriska installationer, måste alla dess element ha elektrodynamisk stabilitet (tillräcklig mekanisk styrka), det vill säga motstå effekterna av en kortslutning.

Vid bestämning av de elektrodynamiska krafterna enligt ovanstående formel antas det att strömmen flyter längs axeln av runda trådar, vars diameter inte påverkar storleken på krafterna. Det bör noteras att storleken och formen på trådarnas tvärsnitt på stora avstånd mellan dem inte har någon märkbar effekt på storleken på de elektrodynamiska krafterna.

Om ledningarna är i form av rektangulära remsor och är placerade på ett litet avstånd från varandra, när avståndet i ljuset är mindre än remsans omkrets, kan dimensionerna på deras tvärsnitt ha en betydande inverkan på de elektrodynamiska krafterna. Denna påverkan av ledarens tvärsnittsdimensioner beaktas i beräkningarna med formfaktorn.

Om strömförande ledningar tillhör samma krets och i1 = i2 = iy då blir den största växelverkanskraften lika med

Med olika andra enkla och komplexa former av ledningar är det bekvämare att använda principen om ökningen av elektromagnetisk energi och de resulterande beroenden.

Sådana enkla beroenden kan erhållas genom att betrakta två samverkande kretsar L1 och L2 som bärs av strömmarna i1 och i2. Tillförseln av elektromagnetisk energi för dessa kretsar kommer att vara följande:

Om, som ett resultat av växelverkan mellan strömmarna i1 och i2, systemets slinga deformeras under inverkan av elektrodynamiska krafter i någon riktning med mängden dx, kommer arbetet som utförs av fältstyrkan Fx att vara lika med ökningen i tillförseln av elektromagnetisk energi till systemet med kvantiteten dW:

var:

I de fall där det i praktiken är nödvändigt att bestämma den elektrodynamiska kraften mellan delar eller sidor av samma krets med induktans L1-L, kommer interaktionskraften att vara:

Med hjälp av detta uttryck bestämmer vi de elektrodynamiska krafterna för flera enkla men praktiskt viktiga fall:

1. Parallella ledningar med bygel.

I oljebrytare och frånskiljare bildas en krets med denna konfiguration.

Slingans induktans kommer att vara

därför är kraften som verkar på skiljeväggen

där a är avståndet mellan trådarnas axlar; r är trådens radie.

Detta uttryck ger de elektrodynamiska krafter som verkar på omkopplarbalken eller omkopplarbladet. De underlättar oljebrytarens rörelse när strömmen är avstängd och stöter bort den när den är på.

För att få en uppfattning om storleken på de resulterande krafterna räcker det att säga att till exempel i VMB-10-strömbrytaren med en kortslutningsström på 50 kA, kraften som verkar på traversen är ca 200 kg.

2. En ledare böjd i rät vinkel.

Ett sådant arrangemang av ledare används vanligtvis i ställverk för att arrangera samlingsskenorna för anslutningarna till och efter apparaten, det finns också i bussningsfrånskiljare.

Induktansen hos ledaren som bildar en sådan krets kommer att vara:

Därför kommer webbplatsinsatsen att bestämmas som i föregående fall:

där a är längden på ett rörligt element, till exempel ett frånskiljarblad.

Under inverkan av strömmen tenderar tråden som är böjd i vinkel att rätas ut, och om en sida av den är rörlig, till exempel frånskiljarens blad, måste åtgärder vidtas mot eventuell spontan utlösning vid kortslutning.