Elektrodynamiske krefter i strømførende deler av strukturer og enheter
Deler av elektrisk utstyr og distribusjonsenheter under spenning, når det går strøm gjennom dem, blir utsatt for elektrodynamiske krefter... Som du vet virker slike krefter på enhver strømførende leder som befinner seg i magnetfelt.
Størrelsen på disse kreftene for bryterelementer og enheter med enkel konfigurasjon kan bestemmes basert på Biot-Savards lov:
hvor (H, l) er vinkelen dannet av retningen til strømmen og retningen til magnetfeltet; med parallelle ledninger er 90 °.
Hvis to parallelle ledere beveger seg i en strøm og en leder med en strøm i1 er i et magnetfelt med en strøm i2 med intensitet H = 0,2 • i2 / a, vil størrelsen på kraften som virker mellom dem være lik
hvor i1 og i2 er strømmene til den første og andre ledningen, og; a er avstanden mellom aksene til ledningene, cm; l — ledningslengde, se
Kraften som virker mellom ledningene tiltrekker dem til hverandre med samme strømretning i dem og frastøter dem i forskjellige retninger.
Den største verdien av disse elektrodynamiske kreftene bestemmes av den maksimalt mulige kortslutningsstrømmen, dvs. kortslutningsstrømmen iy. Derfor er det første øyeblikket av kortslutningen (t = 0,01 sek) det farligste når det gjelder størrelsen på de dynamiske kreftene.
Når det går en kortslutningsstrøm gjennom effektbryteren eller når den er koblet til et eksisterende nettverk kortslutning dens individuelle deler - bøssinger, ledende stenger, sviller, stenger, etc., samt tilhørende dekk og samleskinner - blir utsatt for en plutselig mekanisk belastning, som har karakter av et slag.
I moderne høyeffekts elektriske systemer ved spenninger på 6-20 kV kan kortslutningsstrømmer nå verdier opp til 200-300 ka og mer, mens elektrodynamiske krefter når flere tonn per buss (eller buss) 1 -1,5 m lang ...
Under slike forhold kan den utilstrekkelige mekaniske styrken til et eller annet element i det elektriske utstyret føre til videre utvikling av ulykken og forårsake alvorlig skade på koblingsutstyret. Derfor, for pålitelig drift av enhver elektrisk installasjon, må alle dens elementer ha elektrodynamisk stabilitet (tilstrekkelig mekanisk styrke), det vil si tåle effekten av en kortslutning.
Ved bestemmelse av de elektrodynamiske kreftene i henhold til formelen ovenfor, antas det at strømmen flyter langs aksen til runde ledninger, hvis diameter ikke påvirker størrelsen på kreftene. Det skal bemerkes at størrelsen og formen på tverrsnittet til ledningene ved store avstander mellom dem ikke har noen merkbar effekt på størrelsen på de elektrodynamiske kreftene.
Hvis ledningene er i form av rektangulære strimler og er plassert i liten avstand fra hverandre, når avstanden i lyset er mindre enn strimmelens omkrets, kan dimensjonene til tverrsnittet ha en betydelig innvirkning på de elektrodynamiske kreftene. Denne påvirkningen av tverrsnittsdimensjonene til lederen tas i betraktning i beregningene ved hjelp av formfaktoren.
Hvis strømførende ledninger tilhører samme krets og i1 = i2 = iy da vil den største vekselvirkningskraften være lik
Med forskjellige andre enkle og komplekse former for ledninger er det mer praktisk å bruke prinsippet om økning av elektromagnetisk energi og de resulterende avhengighetene.
Slike enkle avhengigheter kan oppnås ved å betrakte to samvirkende kretser L1 og L2 som bæres av strømmene i1 og i2. Tilførselen av elektromagnetisk energi for disse kretsene vil være som følger:
Hvis, som et resultat av samspillet mellom strømmene i1 og i2, systemets løkke deformeres under påvirkning av elektrodynamiske krefter i en hvilken som helst retning med mengden dx, vil arbeidet utført av feltstyrken Fx være lik økningen i tilførsel av elektromagnetisk energi til systemet med mengden dW:
hvor:
I tilfeller hvor det i praksis er nødvendig å bestemme den elektrodynamiske kraften mellom deler eller sider av samme krets med induktans L1-L, vil interaksjonskraften være:
Ved å bruke dette uttrykket bestemmer vi de elektrodynamiske kreftene for flere enkle, men praktisk talt viktige tilfeller:
1. Parallelle ledninger med en jumper.
I oljebrytere og skillebrytere dannes en krets med denne konfigurasjonen.
Induktansen til sløyfen vil være
derfor er kraften som virker på skilleveggen
hvor a er avstanden mellom aksene til ledningene; r er radien til ledningen.
Dette uttrykket gir de elektrodynamiske kreftene som virker på bryterbjelken eller bryterbladet. De letter bevegelsen av oljebryterens slag når strømmen er av og avviser den når den er på.
For å ha en ide om størrelsen på de resulterende kreftene, er det nok å si at for eksempel i VMB-10 strømbryter med en kortslutningsstrøm på 50 kA, kraften som virker på traversen er ca 200 kg.
2. En leder bøyd i rette vinkler.
Et slikt arrangement av ledere brukes vanligvis i koblingsutstyr for å arrangere samleskinnene til tilnærmingene til og etter apparatet, det finnes også i bøssingsfrakoblinger.
Induktansen til lederen som danner en slik krets vil være:
Derfor vil nettstedets innsats bli bestemt som i forrige tilfelle:
hvor a er lengden på et bevegelig element, for eksempel et skilleblad.
Under påvirkning av strømmen har ledningen bøyd i vinkel en tendens til å rette seg ut, og hvis den ene siden av den er bevegelig, for eksempel bladet til frakobleren, må det iverksettes tiltak mot mulig spontan utløsning under en kortslutning.