Elektrodynamické sily v živých častiach konštrukcií a zariadení

Časti elektrických zariadení a rozvodných zariadení pod napätím, keď nimi preteká prúd, sú vystavené elektrodynamickým silám... Ako iste viete, takéto sily pôsobia na akýkoľvek prúdový vodič umiestnený v magnetické pole.

Veľkosti týchto síl pre prvky rozvádzača a zariadenia jednoduchej konfigurácie možno určiť na základe Biot-Savardovho zákona:

kde (H, l) je uhol, ktorý zviera smer prúdu a smer magnetického poľa; s paralelnými vodičmi je 90 °.

Ak sa dva paralelné vodiče pohybujú prúdom a vodič s prúdom i1 je v magnetickom poli s prúdom i2 o intenzite H = 0,2 • i2 / a, potom veľkosť sily pôsobiacej medzi nimi bude rovná

kde i1 a i2 sú prúdy prvého a druhého drôtu a; a je vzdialenosť medzi osami drôtov, cm; l — dĺžka drôtu, viď

Sila pôsobiaca medzi drôtmi ich k sebe priťahuje rovnakým smerom prúdu v nich a odpudzuje ich v rôznych smeroch.

Najväčšiu hodnotu týchto elektrodynamických síl určuje maximálny možný skratový prúd, teda skratový prúd iy. Preto je počiatočný moment skratu (t = 0,01 sec) najnebezpečnejší z hľadiska veľkosti dynamických síl.

Keď cez istič preteká skratový prúd alebo keď je pripojený k existujúcej sieti skrat jeho jednotlivé časti — puzdrá, vodiace tyče, podvaly, tyče atď., ako aj príslušné pneumatiky a prípojnice — sú vystavené náhlemu mechanickému zaťaženiu, ktoré má charakter nárazu.

V moderných vysokovýkonných elektrických systémoch pri napätiach 6-20 kV môžu skratové prúdy dosahovať hodnoty až 200-300 ka a viac, pričom elektrodynamické sily dosahujú niekoľko ton na zbernicu (alebo autobusy) s dĺžkou 1-1,5 m. ...

Za takýchto podmienok môže nedostatočná mechanická pevnosť jedného alebo druhého prvku elektrického zariadenia spôsobiť ďalší vývoj havárie a spôsobiť vážne poškodenie rozvádzača. Preto pre spoľahlivú prevádzku akejkoľvek elektrickej inštalácie musia mať všetky jej prvky elektrodynamickú stabilitu (primeranú mechanickú pevnosť), to znamená odolať účinkom skratu.

Pri určovaní elektrodynamických síl podľa vyššie uvedeného vzorca sa predpokladá, že prúd tečie pozdĺž osi kruhových drôtov, ktorých priemer neovplyvňuje veľkosť síl. Je potrebné poznamenať, že veľkosť a tvar prierezu drôtov vo veľkých vzdialenostiach medzi nimi nemajú žiadny viditeľný vplyv na veľkosť elektrodynamických síl.

Ak sú drôty vo forme pravouhlých pásikov a sú umiestnené v malej vzdialenosti od seba, keď je vzdialenosť na svetle menšia ako obvod pásu, potom môžu mať rozmery ich prierezu významný vplyv na elektrodynamické sily. Tento vplyv rozmerov prierezu vodiča sa berie do úvahy pri výpočtoch pomocou faktora tvaru.

Ak živé vodiče patria do rovnakého obvodu a i1 = i2 = iy, potom sa najväčšia interakčná sila bude rovnať

Pri rôznych iných jednoduchých a zložitých formách drôtov je výhodnejšie využiť princíp nárastu elektromagnetickej energie a z toho vyplývajúcich závislostí.

Takéto jednoduché závislosti možno získať uvažovaním dvoch interagujúcich obvodov L1 a L2 prenášaných prúdmi i1 a i2. Dodávka elektromagnetickej energie pre tieto obvody bude nasledovná:

Ak sa v dôsledku interakcie prúdov i1 a i2 slučka systému deformuje pôsobením elektrodynamických síl v akomkoľvek smere o veľkosť dx, potom sa práca vykonaná intenzitou poľa Fx bude rovnať zvýšeniu pri dodávke elektromagnetickej energie do systému množstvom dW:

kde:

V prípadoch, keď je v praxi potrebné určiť elektrodynamickú silu medzi časťami alebo stranami toho istého obvodu s indukčnosťou L1-L, bude sila interakcie:

Pomocou tohto výrazu určíme elektrodynamické sily pre niekoľko jednoduchých, ale prakticky dôležitých prípadov:

1. Paralelné vodiče s prepojkou.

V olejových ističoch a odpojovačoch je obvod vytvorený s touto konfiguráciou.

Indukčnosť slučky bude

teda sila pôsobiaca na prepážku je

kde a je vzdialenosť medzi osami drôtov; r je polomer drôtu.

Tento výraz udáva elektrodynamické sily pôsobiace na nosník spínača alebo čepeľ spínača. Uľahčujú pohyb zdvihu olejového ističa pri vypnutom prúde a odpudzujú ho, keď je zapnutý.

Aby sme mali predstavu o veľkosti výsledných síl, stačí povedať, že napríklad vo výkonovom ističi VMB-10 so skratovým prúdom 50 kA je sila pôsobiaca na traverzu je asi 200 kg.

2. Vodič ohnutý v pravom uhle.

Takéto usporiadanie vodičov sa zvyčajne používa v rozvádzačoch na usporiadanie prípojníc prístupov k zariadeniu a za ním, nachádza sa tiež v odpojovačoch priechodiek.

Indukčnosť vodiča tvoriaceho takýto obvod bude:

Úsilie lokality sa preto určí ako v predchádzajúcom prípade:

kde a je dĺžka pohyblivého prvku, napríklad čepele odpojovača.

Pôsobením prúdu má šikmo ohnutý drôt tendenciu sa narovnávať, a ak je jedna jeho strana pohyblivá, napríklad čepeľ odpojovača, treba urobiť opatrenia proti možnému samovoľnému vypnutiu pri skrate.