Тема 1.2 Электродинамические силы в ЭА

Термическая стойкость ЭА.

Термическая стойкость – это способность выдерживать без повреждений термическое воздействие токов заданной длительности.

Наиболее напряженным является режим к.з. Термическая стойкость в этом случае зависит не только от режима к.з., но и от температурного состояния аппарата.

Количественной характеристикой термической стойкости является ток термической стойкости, протекающий в течение некоторого времени.

В режиме к.з. токи по сравнению с номинальными возрастают в десятки раз, а мощность в сотни раз. К.з. – это аварийный режим работы, а поэтому время его воздействия ограничивается на минимально возможное (t≤0,1T, т.е. не превосходит время нагрева при адиабатном процессе). Температура ЭА может достигать значений, превосходящих допустимую в продолжительном режиме.

В ЭА приняты следующие значения максимальных температур:

- для неизолированных токоведущих частей из меди до 300ºС;

- алюминиевых частей – 200 ºС;

- токоведущих частей (кроме алюминия), соприкасающихся с изоляцией и маслом – до 250ºС.

Режим нагрева при к.з. адиабатный, поэтому теплоотдачей в окружающую среду можно пренебречь.

Адиабатный процесс – термодинамический процесс, при котором система не получает теплоты извне и не отдает ее. Быстропротекающие процессы можно рассматривать как адиабатные.

Электродинамическая стойкость ЭА – это способность выдержать без повреждений и нарушений функционального состояния механические воздействия, создаваемые протекающими через него токами.

Количественной оценкой электродинамической стойкости является ток электродинамической стойкости. При коротких замыканиях наибольшее мгновенное значение (амплитуда) тока к.з. называется ударным током к.з. Ток электродинамической стойкости ЭА должен быть больше ударного тока к.з. для данных условий работы.

Под нарушением функционального состояния понимается изменение положения токоведущих частей, которые приводят к непредусмотренному изменению параметров электрической цепи (например, самопроизвольное размыкание контактов ЭА).

Для оценки электродинамической стойкости токоведущих частей рассчитывается электродинамическое усилие.

1. При постоянном токе.

По закону Ампера на проводник длиной l с током I, который находится в магнитном поле индукции В действует сила F, направление которой определяется по правилу левой руки.

F=B·l·I·sinβ,

где β – угол между направлением индукции В и тока I

а

I₁

I₂

l

F

Если имеется два параллельных проводника с токами i ₁ и i ₂ и длинами l ₁ и l ₂, бесконечно тонкие, то усилие, действующее на проводники:

F ₁₂=,

где μ₀ =4π·10^-7 Гн/м – магнитная постоянная;

k ₁₂ – безразмерный коэффициент, зависящий только от геометрических размеров токоведущего контура, называют коэффициентом контура электродинамических усилий. k ₁₂ =2 l / a

Если необходимо учесть конкретные размеры проводников, то используют формулу:

F ₁₂= k ₁₂ ·k _ф,

Где k _ф –коэффициент формы поперечного сечения.

I

R

F

F

F

F

F

F

F

F

Усилие, действующее на круговой виток с током радиуса R, выполненный из круглого проводника радиусом r:

F _R=,

где L = μ ₀ ·R (ln (8R/r)-0,75) при R>>r

Это усилие направлено на увеличение радиуса и равномерного распределено по окружности длиной 2π·R.

2. При переменном токе.

Если по проводнику протекает переменный ток i=I _m ·sinωt, то электродинамическое усилие определяется:

F ₁₂= k ₁₂ =I _m² ·sin²ωt,

c₁₂= – постоянная составляющая для данного контура.

sin²ωt= (1 -cos2ωt) / 2;

F ₁₂= c₁₂ ·I _m² ·;

При коротких замыканиях ток кроме периодической составляющей содержит и апериодическую.

Таким образом, электродинамическое усилие при переменном токе изменяется с двойной частотой (по отношению к частоте тока) и состоит из постоянной и переменной составляющих. При переменном токе имеют место пульсации усилий. При расчете токоведущих частей на прочность необходимо производить расчеты на жесткость.

Другими словами, в процессе короткого замыкания не должно быть условий для возникновения механического резонанса, когда значения собственных частот токоведущих частей совпадают со значениями частот изменения электродинамических усилий.

Во избежание механического резонанса необходимо, чтобы частота собственных колебаний токоведущих частей была меньше основной частоты электродинамического усилия.

Собственная частота шин:

,

где l – пролет между соседними изоляторами;

E – модуль упругости;

J – момент инерции;

q – вес единицы длины;

k – коэффициент крепления.

Дата добавления: 2014-01-07