Elektrodinamičke sile u dijelovima konstrukcija i uređaja pod naponom

Dijelovi električne opreme i razvodnih uređaja pod naponom, kada kroz njih teče struja, izloženi su elektrodinamičkim silama... Kao što znate, takve sile djeluju na bilo koji vodič kroz koji teče struja koji se nalazi u magnetsko polje.

Veličine ovih sila za elemente sklopnih uređaja i uređaje jednostavne konfiguracije mogu se odrediti na temelju Biot-Savardovog zakona:

gdje je (H, l) kut koji čine smjer struje i smjer magnetskog polja; s paralelnim žicama je 90 °.

Ako se dva paralelna vodiča gibaju u struji, a vodič sa strujom i1 nalazi se u magnetskom polju sa strujom i2 jakosti H = 0,2 • i2 / a, tada će veličina sile koja djeluje između njih biti jednaka

gdje su i1 i i2 struje prve i druge žice, i; a je udaljenost između osi žica, cm; l - duljina žice, vidi

Sila koja djeluje između žica ih privlači jedna drugoj s istim smjerom struje u njima i odbija ih u različitim smjerovima.

Najveća vrijednost ovih elektrodinamičkih sila određena je maksimalnom mogućom strujom kratkog spoja, tj. strujom kratkog spoja iy. Stoga je početni trenutak kratkog spoja (t = 0,01 s) najopasniji s obzirom na veličinu dinamičkih sila.

Kada struja kratkog spoja teče kroz prekidač ili kada je spojen na postojeću mrežu kratki spoj njegovi pojedini dijelovi - čahure, provodne šipke, pragovi, šipke itd., kao i odgovarajuće gume i sabirnice - izloženi su iznenadnom mehaničkom opterećenju, koje ima karakter udara.

U suvremenim električnim sustavima velike snage pri naponima od 6-20 kV, struje kratkog spoja mogu doseći vrijednosti do 200-300 ka i više, dok elektrodinamičke sile dosežu nekoliko tona po sabirnici (ili sabirnicama) duljine 1 -1,5 m. ...

U takvim uvjetima, nedovoljna mehanička čvrstoća jednog ili drugog elementa električne opreme može uzrokovati daljnji razvoj nesreće i uzrokovati ozbiljna oštećenja rasklopnog uređaja. Dakle, za pouzdan rad svake električne instalacije svi njeni elementi moraju imati elektrodinamičku stabilnost (odgovarajuću mehaničku čvrstoću), odnosno izdržati djelovanje kratkog spoja.

Pri određivanju elektrodinamičkih sila prema gornjoj formuli pretpostavlja se da struja teče duž osi okruglih žica čiji promjer ne utječe na veličinu sila. Treba napomenuti da veličina i oblik poprečnog presjeka žica na velikim međusobnim udaljenostima nemaju zamjetan utjecaj na veličinu elektrodinamičkih sila.

Ako su žice u obliku pravokutnih traka i nalaze se na maloj udaljenosti jedna od druge, kada je udaljenost u svjetlu manja od opsega trake, tada dimenzije njihovog poprečnog presjeka mogu imati značajan utjecaj na elektrodinamičke sile. Ovaj utjecaj dimenzija poprečnog presjeka vodiča uzima se u obzir u proračunima pomoću faktora oblika.

Ako žice pod naponom pripadaju istom krugu i i1 = i2 = iy tada će najveća sila međudjelovanja biti jednaka

Kod raznih drugih jednostavnih i složenih oblika žica pogodnije je koristiti princip porasta elektromagnetske energije i proizašle ovisnosti.

Takve jednostavne ovisnosti mogu se dobiti razmatranjem dvaju međudjelovajućih krugova L1 i L2 nošenih strujama i1 i i2. Opskrba elektromagnetskom energijom za ove krugove bit će sljedeća:

Ako se, kao rezultat međudjelovanja struja i1 i i2, petlja sustava deformira pod djelovanjem elektrodinamičkih sila u bilo kojem smjeru za iznos dx, tada će rad jakosti polja Fx biti jednak povećanju u dovodu elektromagnetske energije u sustav količinom dW:

gdje:

U slučajevima kada je u praksi potrebno odrediti elektrodinamičku silu između dijelova ili stranica istog strujnog kruga s induktivitetom L1-L, sila interakcije će biti:

Pomoću ovog izraza određujemo elektrodinamičke sile za nekoliko jednostavnih, ali praktično važnih slučajeva:

1. Paralelne žice s kratkospojnikom.

U uljnim prekidačima i rastavljačima strujni krug se formira s ovom konfiguracijom.

Induktivitet petlje bit će

stoga je sila koja djeluje na pregradu

gdje je a udaljenost između osi žica; r je polumjer žice.

Ovaj izraz daje elektrodinamičke sile koje djeluju na gredu prekidača ili nož prekidača. Oni olakšavaju kretanje uljnog prekidača kada je struja isključena i odbijaju ga kada je uključena.

Da bismo imali predodžbu o veličini rezultirajućih sila, dovoljno je reći da, na primjer, u strujnom prekidaču VMB-10 sa strujom kratkog spoja od 50 kA, sila koja djeluje na traverzu ima oko 200 kg.

2. Provodnik savijen pod pravim kutom.

Takav raspored vodiča obično se koristi u rasklopnim postrojenjima za postavljanje sabirnica prilaza i iza aparata, također se nalazi u čahurnim rastavljačima.

Induktivitet vodiča koji tvori takav krug bit će:

Stoga će napor na mjestu biti određen kao u prethodnom slučaju:

gdje je a duljina pomičnog elementa, na primjer noža rastavljača.

Pod djelovanjem struje žica savijena pod kutom nastoji se ispraviti, a ako je jedna njezina strana pomična, npr. nož rastavljača, tada se moraju poduzeti mjere protiv mogućeg spontanog okidanja pri kratkom spoju.