Ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις σε ενεργά μέρη κατασκευών και συσκευών

Μέρη ηλεκτρικού εξοπλισμού και συσκευές διανομής υπό τάση, όταν τα διαρρέει ρεύμα, εκτίθενται σε ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις... Όπως γνωρίζετε, τέτοιες δυνάμεις δρουν σε οποιονδήποτε αγωγό που μεταφέρει ρεύμα που βρίσκεται στο μαγνητικό πεδίο.

Τα μεγέθη αυτών των δυνάμεων για στοιχεία διακοπτών και συσκευές απλής διαμόρφωσης μπορούν να προσδιοριστούν με βάση το νόμο του Biot-Savard:

όπου (H, l) είναι η γωνία που σχηματίζεται από την κατεύθυνση του ρεύματος και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. με παράλληλα καλώδια είναι 90 °.

Εάν δύο παράλληλοι αγωγοί κινούνται σε ρεύμα και ένας αγωγός με ρεύμα i1 βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο με ρεύμα i2 έντασης H = 0,2 • i2 / a, τότε το μέγεθος της δύναμης που ασκεί μεταξύ τους θα είναι ίσο με

όπου i1 και i2 είναι τα ρεύματα του πρώτου και του δεύτερου καλωδίου, και? a είναι η απόσταση μεταξύ των αξόνων των συρμάτων, cm. l — μήκος σύρματος, βλ

Η δύναμη που ενεργεί μεταξύ των συρμάτων τα έλκει μεταξύ τους με την ίδια κατεύθυνση ρεύματος μέσα τους και τα απωθεί σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Η μεγαλύτερη τιμή αυτών των ηλεκτροδυναμικών δυνάμεων καθορίζεται από το μέγιστο δυνατό ρεύμα βραχυκυκλώματος, δηλαδή το ρεύμα βραχυκυκλώματος iy. Επομένως, η αρχική ροπή του βραχυκυκλώματος (t = 0,01 sec) είναι η πιο επικίνδυνη ως προς το μέγεθος των δυναμικών δυνάμεων.

Όταν ένα ρεύμα βραχυκυκλώματος ρέει μέσω του διακόπτη κυκλώματος ή όταν είναι συνδεδεμένος σε ένα υπάρχον δίκτυο βραχυκύκλωμα Τα επιμέρους μέρη του — δακτύλιοι, αγώγιμες ράβδοι, στρωτήρες, ράβδοι κ.λπ., καθώς και τα αντίστοιχα ελαστικά και ζυγοί — υπόκεινται σε απότομο μηχανικό φορτίο, το οποίο έχει χαρακτήρα κρούσης.

Στα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα υψηλής ισχύος σε τάσεις 6-20 kV, τα ρεύματα βραχυκυκλώματος μπορούν να φτάσουν τιμές έως και 200-300 ka και περισσότερες, ενώ οι ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις φτάνουν αρκετούς τόνους ανά λεωφορείο (ή λεωφορεία) μήκους 1-1,5 m. ...

Κάτω από τέτοιες συνθήκες, η ανεπαρκής μηχανική αντοχή ενός ή άλλου στοιχείου του ηλεκτρικού εξοπλισμού μπορεί να προκαλέσει περαιτέρω ανάπτυξη του ατυχήματος και να προκαλέσει σοβαρή ζημιά στον πίνακα διανομής. Επομένως, για την αξιόπιστη λειτουργία οποιασδήποτε ηλεκτρικής εγκατάστασης, όλα τα στοιχεία της πρέπει να έχουν ηλεκτροδυναμική σταθερότητα (επαρκή μηχανική αντοχή), δηλαδή να αντέχουν τις επιπτώσεις ενός βραχυκυκλώματος.

Κατά τον προσδιορισμό των ηλεκτροδυναμικών δυνάμεων σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο, θεωρείται ότι το ρεύμα ρέει κατά μήκος του άξονα στρογγυλών συρμάτων, η διάμετρος των οποίων δεν επηρεάζει το μέγεθος των δυνάμεων. Πρέπει να σημειωθεί ότι το μέγεθος και το σχήμα της διατομής των συρμάτων σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους δεν έχουν αξιοσημείωτη επίδραση στο μέγεθος των ηλεκτροδυναμικών δυνάμεων.

Εάν τα σύρματα έχουν τη μορφή ορθογώνιων λωρίδων και βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους, όταν η απόσταση στο φως είναι μικρότερη από την περίμετρο της λωρίδας, τότε οι διαστάσεις της διατομής τους μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την τις ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις. Αυτή η επίδραση των διαστάσεων διατομής του αγωγού λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς χρησιμοποιώντας τον παράγοντα μορφής.

Αν ηλεκτροφόρα καλώδια ανήκουν στο ίδιο κύκλωμα και i1 = i2 = iy τότε η μεγαλύτερη δύναμη αλληλεπίδρασης θα είναι ίση με

Με διάφορες άλλες απλές και σύνθετες μορφές καλωδίων, είναι πιο βολικό να χρησιμοποιηθεί η αρχή της αύξησης της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και των εξαρτήσεων που προκύπτουν.

Τέτοιες απλές εξαρτήσεις μπορούν να ληφθούν λαμβάνοντας υπόψη δύο αλληλεπιδρώντα κυκλώματα L1 και L2 που μεταφέρονται από ρεύματα i1 και i2. Η παροχή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας για αυτά τα κυκλώματα θα είναι η εξής:

Εάν, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των ρευμάτων i1 και i2, ο βρόχος του συστήματος παραμορφωθεί υπό την επίδραση ηλεκτροδυναμικών δυνάμεων προς οποιαδήποτε κατεύθυνση κατά το ποσό dx, τότε το έργο που γίνεται από την ένταση πεδίου Fx θα είναι ίσο με την αύξηση στην παροχή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στο σύστημα από την ποσότητα dW:

που:

Σε περιπτώσεις όπου στην πράξη είναι απαραίτητος ο προσδιορισμός της ηλεκτροδυναμικής δύναμης μεταξύ τμημάτων ή πλευρών του ίδιου κυκλώματος με επαγωγή L1-L, η δύναμη αλληλεπίδρασης θα είναι:

Χρησιμοποιώντας αυτήν την έκφραση, προσδιορίζουμε τις ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις για αρκετές απλές αλλά πρακτικά σημαντικές περιπτώσεις:

1. Παράλληλα καλώδια με βραχυκυκλωτήρα.

Στους διακόπτες και αποζεύκτες λαδιού, σχηματίζεται ένα κύκλωμα με αυτή τη διαμόρφωση.

Η επαγωγή του βρόχου θα είναι

επομένως η δύναμη που ασκεί το χώρισμα είναι

όπου α είναι η απόσταση μεταξύ των αξόνων των συρμάτων. r είναι η ακτίνα του σύρματος.

Αυτή η έκφραση δίνει τις ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις που ασκούνται στη δέσμη του διακόπτη ή στη λεπίδα του διακόπτη. Διευκολύνουν την κίνηση της διαδρομής του διακόπτη κυκλώματος λαδιού όταν το ρεύμα είναι απενεργοποιημένο και το απωθούν όταν είναι ενεργοποιημένο.

Για να έχουμε μια ιδέα για το μέγεθος των δυνάμεων που προκύπτουν, αρκεί να πούμε ότι, για παράδειγμα, στον διακόπτη ισχύος VMB-10 με ρεύμα βραχυκυκλώματος 50 kA, η δύναμη που ενεργεί στην τραβέρσα είναι περίπου 200 κιλά.

2. Ένας αγωγός λυγισμένος σε ορθή γωνία.

Μια τέτοια διάταξη αγωγών χρησιμοποιείται συνήθως στους διακόπτες για τη διευθέτηση των ζυγών των προσεγγίσεων προς και μετά τη συσκευή, βρίσκεται επίσης σε αποζεύκτες δακτυλίου.

Η αυτεπαγωγή του αγωγού που σχηματίζει ένα τέτοιο κύκλωμα θα είναι:

Επομένως, η προσπάθεια τοποθεσίας θα καθοριστεί όπως στην προηγούμενη περίπτωση:

όπου a είναι το μήκος ενός κινητού στοιχείου, για παράδειγμα μιας λεπίδας αποζεύκτη.

Υπό τη δράση του ρεύματος, το σύρμα που λυγίζει υπό γωνία τείνει να ισιώσει, και εάν η μία πλευρά του είναι κινούμενη, για παράδειγμα, η λεπίδα του αποζεύκτη, τότε πρέπει να ληφθούν μέτρα κατά πιθανής αυθόρμητης ενεργοποίησης κατά τη διάρκεια βραχυκυκλώματος.