5. Электродинамическая стойкость проводников и аппаратов
5.1 Общие положения
При коротких замыканиях проводники и аппараты подвергаются воздействию значительных электродинамических сил. Для предотвращения механических повреждений под действием усилий, возникающих при протекании токов КЗ, все элементы токоведущих конструкций и электрические аппараты должны обладать достаточной электродинамической стойкостью.
5.2. Проверка однополосных шин на электродинамическую стойкость
Проверка сводится к механическому расчету шин на изгиб многопролетных балок, лежащих на нескольких опорах. Сборные шины, как правило, жестко крепятся только к одному изолятору в пролете. На остальных изоляторах шины крепятся с помощью накладок, обеспечивающих возможность продольного перемещение шин при нагревании их токами КЗ.
Рассмотрим расчет однополосных шин (см. рис. 5.1). При высоте шины h, толщине b, расстоянии между изоляторами l и расстояниями между осями фаз а.
Рисунок 5.1 – Однополосные шины
Наибольшая сила, действующая на шину средней фазы при КЗ определяется уравнением:
,
Н,
(5.1)
где iy – ударный ток трехфазного КЗ; kф – коэффициент формы, зависящей от параметров шины (рис. П.5.1)
;
,
(5.2)
При КЗ на шину воздействуют два момента: момент, изгибающий шину Миз и момент сопротивления шины W относительно оси, перпендикулярной к направлению действия силы.
Величину изгибающего момента можно определить по формуле:
,
(5.3)
Момент сопротивления шины зависит от ее расположения. При расположении шины плашмя момент сопротивления шины определяется из выражения:
(5.4)
При расположении шины на ребро момент сопротивления вычисляется из выражения:
(5.5)
Напряжение в материале шин при протекании токов КЗ определяется по формуле:
≤
Шинная конструкция является электродинамически стойкой, если максимальное расчетное напряжение в материале шин не превосходят допустимых значений .
=
0.7
,
где - разрушающее напряжение, МПа.
Шинные линии, состоящие из жестких шин, укрепленных на изоляторах, представляют собой сложную динамическую колебательную систему, находящуюся под воздействием электродинамических сил. Если собственные частоты колебательной системы шины- изоляторы совпадает с частотами электродинамических сил, возникающих при КЗ возможен механический резонанс – нагрузки на шины и изоляторы возрастут.
При частоте менее
30 Гц и более 200Гц резонанс не возникает.
Изменяя расстояние между изоляторами
можно отстроиться от механического
резонанса, т.е. f0
200 Гц
,
(5.6)
где l
– длина между изоляторами, м; J
– момент инерции поперечного сечения
шины относительно оси, перпендикулярной
направлению изгибающей силы, см
;
S – поперечное сечение шины, см2.