Sähködynaamiset voimat rakenteiden ja laitteiden jännitteisissä osissa
Jännitteellä olevat sähkölaitteiden ja jakelulaitteiden osat, kun virta kulkee niiden läpi, altistuvat sähködynaamisille voimille... Kuten tiedätte, tällaiset voimat vaikuttavat kaikkiin virtaa kuljettaviin johtimiin, jotka sijaitsevat magneettikenttä.
Näiden voimien suuruudet kojeistoelementeille ja yksinkertaisen konfiguraation laitteille voidaan määrittää Biot-Savardin lain perusteella:
jossa (H, l) on virran suunnan ja magneettikentän suunnan muodostama kulma; rinnakkaisilla johtimilla on 90°.
Jos kaksi rinnakkaista johdinta liikkuu virrassa ja johdin, jonka virta on i1, on magneettikentässä virran i2 voimakkuudella H = 0,2 • i2 / a, niin niiden välillä vaikuttavan voiman suuruus on yhtä suuri kuin
missä i1 ja i2 ovat ensimmäisen ja toisen johtimen virrat ja; a on johtojen akselien välinen etäisyys, cm; l - langan pituus, katso
Johtojen välissä vaikuttava voima vetää ne toisiinsa samalla virran suunnalla niissä ja hylkii niitä eri suuntiin.
Näiden sähködynaamisten voimien suurimman arvon määrää suurin mahdollinen oikosulkuvirta eli oikosulkuvirta iy. Siksi oikosulun alkuhetki (t = 0,01 s) on vaarallisin dynaamisten voimien suuruuden kannalta.
Kun oikosulkuvirta kulkee katkaisijan läpi tai kun se on kytketty olemassa olevaan verkkoon oikosulku sen yksittäisiin osiin - holkit, johtotangot, ratapölkyt, tangot jne. sekä vastaavat renkaat ja kiskot - kohdistuvat äkilliseen mekaaniseen kuormitukseen, joka on luonteeltaan isku.
Nykyaikaisissa suuritehoisissa sähköjärjestelmissä 6-20 kV:n jännitteillä oikosulkuvirrat voivat saavuttaa arvot jopa 200-300 ka tai enemmän, kun taas sähködynaamiset voimat saavuttavat useita tonneja 1-1,5 m pitkää väylää (tai linja-autoa) kohden. ...
Tällaisissa olosuhteissa sähkölaitteen yhden tai toisen elementin riittämätön mekaaninen lujuus voi aiheuttaa onnettomuuden edelleen kehittymistä ja aiheuttaa vakavia vaurioita kojeistolle. Siksi minkä tahansa sähköasennuksen luotettavaa toimintaa varten kaikilla sen elementeillä on oltava sähködynaaminen vakaus (riittävä mekaaninen lujuus), eli kestettävä oikosulun vaikutukset.
Kun määritetään sähködynaamisia voimia yllä olevan kaavan mukaan, oletetaan, että virta kulkee pyöreiden lankojen akselia pitkin, joiden halkaisija ei vaikuta voimien suuruuteen. On huomattava, että johtojen poikkileikkauksen koolla ja muodolla suurilla etäisyyksillä niiden välillä ei ole havaittavaa vaikutusta sähködynaamisten voimien suuruuteen.
Jos johdot ovat suorakaiteen muotoisia nauhoja ja sijaitsevat pienellä etäisyydellä toisistaan, kun etäisyys valossa on pienempi kuin nauhan kehä, niin niiden poikkileikkauksen mitat voivat vaikuttaa merkittävästi sähködynaamiset voimat. Tämä johtimen poikkileikkausmittojen vaikutus on otettu huomioon laskelmissa muotokerrointa käyttäen.
Jos jännitteiset johdot kuuluvat samaan piiriin ja i1 = i2 = iy niin suurin vuorovaikutusvoima on yhtä suuri kuin
Erilaisten muiden yksinkertaisten ja monimutkaisten johtomuotojen kanssa on kätevämpää käyttää sähkömagneettisen energian kasvun periaatetta ja siitä aiheutuvia riippuvuuksia.
Tällaisia yksinkertaisia riippuvuuksia voidaan saada tarkastelemalla kahta vuorovaikutuksessa olevaa piiriä L1 ja L2, joita kuljettavat virrat i1 ja i2. Sähkömagneettisen energian syöttö näille piireille on seuraava:
Jos virtojen i1 ja i2 vuorovaikutuksen seurauksena järjestelmän silmukan muoto muuttuu sähködynaamisten voimien vaikutuksesta mihin tahansa suuntaan määrällä dx, niin kenttävoimakkuuden Fx tekemä työ on yhtä suuri kuin lisäys sähkömagneettisen energian syöttämisessä järjestelmään suurella dW:
missä:
Tapauksissa, joissa käytännössä on tarpeen määrittää sähködynaaminen voima saman piirin osien tai sivujen välillä induktanssilla L1-L, vuorovaikutusvoima on:
Tämän lausekkeen avulla määritämme sähködynaamiset voimat useissa yksinkertaisissa, mutta käytännössä tärkeissä tapauksissa:
1. Rinnakkaisjohtimet, joissa on hyppyjohdin.
Öljykytkimissä ja erottimissa piiri muodostetaan tällä kokoonpanolla.
Silmukan induktanssi on
siksi väliseinään vaikuttava voima on
missä a on johtojen akselien välinen etäisyys; r on langan säde.
Tämä lauseke antaa sähködynaamiset voimat, jotka vaikuttavat kytkinpalkkiin tai kytkimen siipiin. Ne helpottavat öljykatkaisijan liikettä, kun virta on katkaistu, ja hylkivät sen, kun se on päällä.
Jotta saataisiin käsitys syntyvien voimien suuruudesta, riittää kun sanotaan, että esimerkiksi VMB-10 tehokatkaisijassa, jonka oikosulkuvirta on 50 kA, poikkisuuntaan vaikuttava voima. on noin 200 kg.
2. Suoraan kulmaan taivutettu johdin.
Tällaista johtimien järjestelyä käytetään yleensä kytkinlaitteissa laitteiston lähestymis- ja jälkikiskojen järjestämiseen, sitä esiintyy myös läpivientien erottimissa.
Tällaisen piirin muodostavan johtimen induktanssi on:
Siksi sivuston työmäärä määritetään kuten edellisessä tapauksessa:
jossa a on liikkuvan elementin, esimerkiksi erottimen terän pituus.
Virran vaikutuksesta kulmaan taivutettu lanka pyrkii suoriutumaan, ja jos sen toinen puoli on liikkuva, esimerkiksi erottimen terä, on oikosulun aikana varauduttava mahdollisiin spontaaneihin laukaisuihin.