3 Основы теории электрических аппаратов

3.1 Электродинамические, индукционные и электромагнитные явления в электрических аппаратах

3.1.1 При коротких замыканиях в сети через токоведущие части электрического аппарата могут проходить токи, в десятки раз превышающие номинальный. При взаимодействии этих токов с магнитным полем других токоведущих частей аппарата создаются электродинамические усилия (ЭДУ). Эти усилия стремятся деформировать как проводники токоведущих частей, так и изоляторы, на которых они крепятся. При номинальных токах эти усилия малы и ими можно пренебречь.

Способность электрического аппарата противостоять ЭДУ, возникающим при прохождении токов КЗ называется электродинамической стойкостью аппарата.

Определение направления эду

Направление индукции B, создаваемой другим проводником, определяется по правилу буравчика, а направление усилия по правилу левой руки.

При определении направления усилия учитывается индукция, создаваемая всеми остальными проводниками, за исключением того проводника, для которого оно находится.

Линии магнитной индукции входят в ладонь, а пальцы направлены по направлению тока, большой палец указывает направление ЭДУ.

Частные случаи определение величины и направления эду

Два параллельных проводника. Если проводники одинаковой длины и расстояние между ними значительно больше их длин a << l, то:

где k – коэффициент контура;

k_ф – коэффициент формы, учитывает форму поперечного сечения проводников.

Часто проводники располагаются под прямым углом.

Общее усилие действующее на перемычку:

ЭДУ в катушке стремятся сжать катушку по высоте и толщине и увеличить ее средний диаметр.

В сечении витка действует усилие стремящееся разорвать виток:

В электрических аппаратах при переходе тока из одного контакта в другой происходит искривление линий тока. Усилие, действующее на каждый контакт (усилие отброса):

где r – радиус контакта;

r_к – радиус площадки касания.

ЭДУ при наличии ферромагнитных частей. При приближении проводника с током к ферромагнитной стенке с большой магнитной проницаемостью на проводник действует усилие, притягивающее его к стенке.

3.1.2 Электродинамические усилия при переменном токе

Пусть ток в проводнике не имеет апериодической составляющей:

При одинаковом направлении тока два параллельных проводника притягиваются с усилием:

где F_м – максимальное значение усилия.

Усилие имеет постоянную составляющую и переменную составляющую двойной частоты. Среднее значение усилия за период пропорционально квадрату действующего значения тока:

где I – действующее значение тока.

При наличии апериодической составляющей тока ток и усилие изменяется во времени по закону:

где T_a – постоянная времени апериодической составляющей тока.

Для трехфазной системы, в которой токи сдвинуты на 120°, характерно изменение знака ЭДУ.

Рассмотрим параллельные проводники фаз 1-3 трехфазной системы, расположенные в одной плоскости. Проводники имеют круглое сечение и жестко укреплены на опорных изоляторах 4-6. Изоляторы закреплены на стальных рейках или стене. Предположим, что расстояние между проводниками мало по сравнению с их длиной.

Максимальное значение притягивающего и отталкивающего усилий:

На изоляторы 4-6 воздействуют усилия как сжатия так и растяжения.