Elektrodynamiske kræfter i strømførende dele af strukturer og enheder

Dele af elektrisk udstyr og distributionsanordninger under spænding, når der løber strøm gennem dem, udsættes for elektrodynamiske kræfter... Sådanne kræfter virker som bekendt på enhver strømførende leder placeret i magnetfelt.

Størrelsen af ​​disse kræfter for koblingselementer og enheder med simpel konfiguration kan bestemmes baseret på Biot-Savards lov:

hvor (H, l) er vinklen dannet af retningen af ​​strømmen og retningen af ​​det magnetiske felt; med parallelle ledninger er 90 °.

Hvis to parallelle ledere bevæger sig i en strøm, og en leder med en strøm i1 er i et magnetfelt med en strøm i2 med intensiteten H = 0,2 • i2 / a, så vil størrelsen af ​​den kraft, der virker mellem dem, være lig med

hvor i1 og i2 er strømmene af den første og anden ledning, og; a er afstanden mellem ledningernes akser, cm; l — trådlængde, se

Kraften, der virker mellem ledningerne, tiltrækker dem til hinanden med den samme strømretning i dem og frastøder dem i forskellige retninger.

Den største værdi af disse elektrodynamiske kræfter bestemmes af den maksimalt mulige kortslutningsstrøm, dvs. kortslutningsstrøm iy. Derfor er kortslutningens begyndelsesmoment (t = 0,01 sek.) det farligste med hensyn til størrelsen af ​​de dynamiske kræfter.

Når der løber en kortslutningsstrøm gennem afbryderen, eller når den er tilsluttet et eksisterende netværk kortslutning dens enkelte dele — bøsninger, ledende stænger, sveller, stænger osv. samt de tilsvarende dæk og samleskinner — udsættes for en pludselig mekanisk belastning, som har karakter af et stød.

I moderne højeffekt elektriske systemer ved spændinger på 6-20 kV kan kortslutningsstrømme nå værdier op til 200-300 ka og mere, mens elektrodynamiske kræfter når flere tons pr. bus (eller busser) 1 -1,5 m lange ...

Under sådanne forhold kan den utilstrækkelige mekaniske styrke af et eller andet element i det elektriske udstyr forårsage yderligere udvikling af ulykken og forårsage alvorlig skade på koblingsudstyret. Derfor, for pålidelig drift af enhver elektrisk installation, skal alle dens elementer have elektrodynamisk stabilitet (tilstrækkelig mekanisk styrke), det vil sige modstå virkningerne af en kortslutning.

Ved bestemmelse af de elektrodynamiske kræfter i henhold til ovenstående formel antages det, at strømmen løber langs aksen af ​​runde ledninger, hvis diameter ikke påvirker størrelsen af ​​kræfterne. Det skal bemærkes, at størrelsen og formen af ​​ledningernes tværsnit i store afstande mellem dem ikke har nogen mærkbar effekt på størrelsen af ​​de elektrodynamiske kræfter.

Hvis ledningerne er i form af rektangulære strimler og er placeret i en lille afstand fra hinanden, når afstanden i lyset er mindre end strimlens omkreds, så kan dimensionerne af deres tværsnit have en væsentlig indflydelse på de elektrodynamiske kræfter. Denne indflydelse af lederens tværsnitsdimensioner tages i betragtning i beregningerne ved hjælp af formfaktoren.

Hvis strømførende ledninger tilhører samme kredsløb og i1 = i2 = iy så vil den største vekselvirkningskraft være lig med

Med forskellige andre enkle og komplekse former for ledninger er det mere bekvemt at bruge princippet om stigningen af ​​elektromagnetisk energi og de resulterende afhængigheder.

Sådanne simple afhængigheder kan opnås ved at betragte to interagerende kredsløb L1 og L2 båret af strømme i1 og i2. Forsyningen af ​​elektromagnetisk energi til disse kredsløb vil være som følger:

Hvis systemets løkke som et resultat af vekselvirkningen af ​​strømme i1 og i2 deformeres under påvirkning af elektrodynamiske kræfter i en hvilken som helst retning med mængden dx, så vil arbejdet udført af feltstyrken Fx være lig med stigningen i tilførslen af ​​elektromagnetisk energi til systemet med mængden dW:

hvor:

I tilfælde, hvor det i praksis er nødvendigt at bestemme den elektrodynamiske kraft mellem dele eller sider af samme kredsløb med induktans L1-L, vil vekselvirkningskraften være:

Ved hjælp af dette udtryk bestemmer vi de elektrodynamiske kræfter for flere simple, men praktisk vigtige tilfælde:

1. Parallelle ledninger med en jumper.

I olieafbrydere og afbrydere dannes et kredsløb med denne konfiguration.

Sløjfens induktans vil være

derfor er kraften, der virker på skillevæggen

hvor a er afstanden mellem ledningernes akser; r er ledningens radius.

Dette udtryk giver de elektrodynamiske kræfter, der virker på omskifterbjælken eller omskifterbladet. De letter bevægelsen af ​​olieafbryderens slag, når strømmen er slukket, og afviser den, når den er tændt.

For at få en ide om størrelsen af ​​de resulterende kræfter er det nok at sige, at for eksempel i VMB-10-strømafbryderen med en kortslutningsstrøm på 50 kA, er kraften, der virker på traversen er omkring 200 kg.

2. En leder bøjet i rette vinkler.

Et sådant arrangement af ledere bruges sædvanligvis i koblingsudstyr til at arrangere samleskinnerne for tilgange til og efter apparatet, det findes også i bøsningsafbrydere.

Induktansen af ​​lederen, der danner et sådant kredsløb, vil være:

Derfor vil webstedsindsatsen blive bestemt som i det foregående tilfælde:

hvor a er længden af ​​et bevægeligt element, for eksempel et adskillelsesblad.

Under påvirkning af strømmen har tråden, der er bøjet i en vinkel, tendens til at rette sig ud, og hvis den ene side af den er bevægelig, for eksempel afbryderens blad, skal der træffes foranstaltninger mod eventuel spontan udløsning under en kortslutning.