Elektrodynamische krachten in onder spanning staande delen van constructies en apparaten

Delen van elektrische apparatuur en verdeelinrichtingen die onder spanning staan, wanneer er stroom doorheen vloeit, worden blootgesteld aan elektrodynamische krachten... Zoals u weet, werken dergelijke krachten op elke stroomvoerende geleider in magnetisch veld.

De grootte van deze krachten voor schakelapparatuur en apparaten met een eenvoudige configuratie kan worden bepaald op basis van de wet van Biot-Savard:

waarbij (H, l) de hoek is die wordt gevormd door de richting van de stroom en de richting van het magnetische veld; met parallelle draden is 90 °.

Als twee parallelle geleiders in een stroom bewegen en een geleider met een stroom i1 zich in een magnetisch veld bevindt met een stroom i2 met een intensiteit H = 0,2 • i2 / a, dan is de grootte van de kracht die daartussen werkt gelijk aan

waarbij i1 en i2 de stromen zijn van de eerste en tweede draden, en; a is de afstand tussen de assen van de draden, cm; l - draadlengte, zie

De kracht die tussen de draden werkt, trekt ze naar elkaar toe met dezelfde stroomrichting erin en stoot ze in verschillende richtingen af.

De grootste waarde van deze elektrodynamische krachten wordt bepaald door de maximaal mogelijke kortsluitstroom, d.w.z. kortsluitstroom iy. Daarom is het beginmoment van de kortsluiting (t = 0,01 sec) het gevaarlijkst in termen van de grootte van de dynamische krachten.

Wanneer er een kortsluitstroom door de vermogenschakelaar vloeit of wanneer deze is aangesloten op een bestaand netwerk kortsluiting de afzonderlijke onderdelen ervan - bussen, geleidende staven, dwarsliggers, staven, enz., evenals de bijbehorende banden en rails - worden onderworpen aan een plotselinge mechanische belasting, die het karakter heeft van een botsing.

In moderne krachtige elektrische systemen met spanningen van 6-20 kV kunnen kortsluitstromen waarden bereiken tot 200-300 ka en meer, terwijl elektrodynamische krachten enkele tonnen bereiken per bus (of bussen) van 1 -1,5 m lang ...

Onder dergelijke omstandigheden kan de onvoldoende mechanische sterkte van een of ander onderdeel van de elektrische apparatuur de verdere ontwikkeling van het ongeval veroorzaken en ernstige schade aan de schakelapparatuur veroorzaken. Daarom moeten voor de betrouwbare werking van elke elektrische installatie alle elementen elektrodynamische stabiliteit (voldoende mechanische sterkte) hebben, dat wil zeggen bestand zijn tegen de effecten van kortsluiting.

Bij het bepalen van de elektrodynamische krachten volgens de bovenstaande formule wordt aangenomen dat de stroom langs de as van ronde draden vloeit, waarvan de diameter geen invloed heeft op de grootte van de krachten. Opgemerkt moet worden dat de grootte en vorm van de dwarsdoorsnede van de draden op grote onderlinge afstanden geen merkbaar effect hebben op de grootte van de elektrodynamische krachten.

Als de draden de vorm hebben van rechthoekige stroken en zich op een kleine afstand van elkaar bevinden, wanneer de afstand in het licht kleiner is dan de omtrek van de strook, dan kunnen de afmetingen van hun doorsnede een aanzienlijke invloed hebben op de elektrodynamische krachten. Met deze invloed van de dwarsdoorsnede van de geleider wordt rekening gehouden bij de berekeningen met de vormfactor.

Als onder spanning staande draden behoren tot hetzelfde circuit en i1 = i2 = iy dan is de grootste interactiekracht gelijk aan

Met verschillende andere eenvoudige en complexe vormen van draden is het handiger om het principe van de toename van elektromagnetische energie en de resulterende afhankelijkheden te gebruiken.

Dergelijke eenvoudige afhankelijkheden kunnen worden verkregen door twee op elkaar inwerkende circuits L1 en L2 te beschouwen die worden gedragen door stromen i1 en i2. De levering van elektromagnetische energie voor deze circuits zal als volgt zijn:

Als, als gevolg van de interactie van stromen i1 en i2, de lus van het systeem wordt vervormd onder invloed van elektrodynamische krachten in elke richting met de hoeveelheid dx, dan is het werk gedaan door de veldsterkte Fx gelijk aan de toename in de levering van elektromagnetische energie aan het systeem door de hoeveelheid dW:

waar:

In gevallen waarin het in de praktijk nodig is om de elektrodynamische kracht tussen delen of zijden van hetzelfde circuit met inductie L1-L te bepalen, zal de interactiekracht zijn:

Met behulp van deze uitdrukking bepalen we de elektrodynamische krachten voor verschillende eenvoudige maar praktisch belangrijke gevallen:

1. Parallelle draden met een jumper.

In oliestroomonderbrekers en scheiders wordt met deze configuratie een circuit gevormd.

De inductantie van de lus zal zijn

daarom is de kracht die op de partitie werkt

waarbij a de afstand is tussen de assen van de draden; r is de straal van de draad.

Deze uitdrukking geeft de elektrodynamische krachten die op de wisselbalk of wisseltong werken. Ze vergemakkelijken de beweging van de slag van de oliestroomonderbreker wanneer de stroom is uitgeschakeld en stoten deze af wanneer deze is ingeschakeld.

Om een ​​idee te hebben van de grootte van de resulterende krachten volstaat het om te zeggen dat bijvoorbeeld in de VMB-10 vermogensschakelaar met een kortsluitstroom van 50 kA de kracht die op de traverse werkt is ongeveer 200 kg.

2. Een haaks gebogen geleider.

Een dergelijke opstelling van geleiders wordt meestal gebruikt in schakelapparatuur om de rails van de naderingen naar en na het apparaat te rangschikken. Het wordt ook aangetroffen in busscheiders.

De inductantie van de geleider die zo'n circuit vormt, is:

Daarom wordt de site-inspanning bepaald zoals in het vorige geval:

waarbij a de lengte is van een beweegbaar element, bijvoorbeeld een scheidingsblad.

Onder invloed van de stroom heeft de onder een hoek gebogen draad de neiging om recht te worden, en als een zijde ervan beweegbaar is, bijvoorbeeld het blad van de scheider, dan moeten maatregelen worden genomen tegen mogelijk spontaan struikelen tijdens een kortsluiting.