Электродинамическое действие тока к,з,

При протекании тока i в контуре в последнем возникает электродинамическая сила F, стремящаяся деформировать контур (рис.6.5). При постоянном значении тока приращение энергии поля W при деформации контура в направлении х равно работе, совершенной электромагнитной силой F за тот же промежуток времени.

dW = Fdx (6.11)

где х - координата направления силы.

Уравнение 6.11 называется уравнением Максвелла.

Рис. 6.5 Действие электродинамических сил на контур с током.

Магнитная энергия W в контуре с индуктивностью L и током i определяется известным выражением:

(6.12)

Тогда

F = (6.13)

При двух контурах с индуктивностями L₁ и L₂ и соответственно токами i₁ и i₂ и взаимной индуктивностью М энергия магнитного поля W определяется выражением:

W = L₁ i²₁ + L₂ i²₂ + М i₁ i₂ (6.14)

Электродинамическая сила, стремящаяся изменить взаимное расположение жестких контуров (L₁=const; L₂=const) равна:

F = i₁ i₂ (6.15)

Взаимная индуктивность (Гн) двух параллельных проводников, расположенных в одной плоскости на расстоянии много меньшем, чем их длина.

М= 2l( ln -1)10^-7 Гн (6.16)

Тогда

dM /dx = dM/da = (2l / a)10^-7 (6.17)

и F = (2i₁i₂ l / a) 10^-7 Н (6.18)

Этой формулой пользуются для определения силы взаимодействия между шинами распределительных устройств при прохождении токов короткого замыкания.

При расчетах механической прочности шин в режиме короткого замыкания исходят из допущения, что шина каждой фазы является многопролетной балкой, свободно лежащей на жестких опорах и на­ходящейся под действием равномерно распределенной нагрузки. Шины распределительного щита. удовлетворяют требованиям электродинамической устойчивости, если значение максимального расчетного на­пряжения в шине меньше или равно максимально допустимого напряжения, т.е. σ_расч. ≤ σ_доп

В случае невыполнения этого неравенства рекомендуется уменьшить σ_расч. путем проведения ряда мероприятий:

а) уменьшения величины тока короткого замыкания ;

б) увеличения расстояния между осями шин ;

в) уменьшения длины пролета между опорными изоляторами ;

г) изменения размера сечения шин.

Максимальное напряжение в шине при расположении шин плашмя определяется по соотношениям:

При числе пролетов больше двух

σ_расч. = (1.06 К_ф i ²_р L²/ a h² b) * 10 ^-10 , кПа (6.19. )

при числе пролетов, равном двум

σ_расч. = (1.33 К_ф i ²_р L²/ a h² b) * 10 ^-10 , кПа (6.20)

При расположении шин согласно рис .6.6 а. максимальное напряжение

в шине равно: .

σ_расч. = (1.06 К_ф i ²_р L²/ a h b²) * 10 ^-10 , кПа (6.21)

при числе пролетов, равном двум,

σ_расч. = (1.33 К_ф i ²_р L²/ a h b²) * 10 ^-10 , кПа (6.22)

где i _р - полный ударный ток короткого замыкания ;

а - расстояние между осями фаз, см, обычно а = 6…...7 см

L - длина пролета, см, обычно L = 60 см;

h- высота шин, см ;

б - толщина шин, см ;

К_ф - коэффициент формы шин, определяемый из кривых, представленных на рис.6.7

Рис. 6.6 Расположение однопролетных шин

Рис. 6.7 Зависимость коэффициента формы шин от взаимного расположения и конфигурации.

Автоматические выключатели проверяют на электродинамическую устойчивость по ударному току к.з. до отключения выключателя. Селективные (генераторные) автоматы кроме динамической стойкости проверяют и на предельную отключающую способность.

Предельная отключающая способность определяется допустимой величиной тока в момент расхождения контактов. Условие проверки на динамическую стойкость:

i _{уд. расч.} < i _{уд. доп.} ;

на разрывную способность:

I_{t расч.} < I_{t доп},

где i _{уд. расч.} – расчетный ударный ток к.з. для точки, выбранной с целью проверки автомата; i _{уд. доп.} – допустимое значение ударного тока к.з. автомата; I_{t расч} – расчетное действующее значение тока к.з. в момент расхождения дугогасительных контактов ( соответствующее уставке по времени); I_{t доп}, - допустимое действующее значение тока выключателя в момент расхождения дугогасительных контактов.

Контрольные вопросы.

1. Почему токопроводы, защищаемые предохранителями можно не проверять на термическую устойчивость?

2. Как выразить энергию, затрачиваемую на нагрев проводника током?

3. Почему при расчете этой энергии приходится вводить «фиктивное» время?

4. Какие условия предлагаются для проверки селективных автоматов на термическую стойкость и на разрывную способность?

5. От каких конструктивных параметров зависит максимальное механическое напряжение шины?

6. Какие мероприятия следует провести для уменьшения электродинамического воздействия на однополосные шины?