13) Электродинамические воздействия в токоведущих системах электрооборудования

Системы проводников при протекании по ним токов испытывают лектродинамические воздействия, сопровождающиеся значительными механическими напряжениями. При одинаковом направлении тока проводники притягиваются, при противоположном – отталкиваются.

Методы расчёта сил:

1. Сила рассматривается как результат взаимодействия проводника с током и магнитного поля.

2 . Сила рассматривается, как механическая работа, затрачиваемая на перемещение проводника, и равная изменению магнитной энергии. При пренебрежении электростатической энергией системы, деформацией системы и допуская, что ток в системе не изменяется, получим выражения для силы:

Электродинамические силы м/у параллельными проводниками конечной длины:

Электродинамические усилия при переменном токе:

Электродинамические усилия в трёхфазных системах:

Электродинамические усилия при разных видах КЗ:

Электродинамические усилия в ЭОВН:

В реальных аппаратах и конструкциях могут возникать большие усилия при взаимодействии токов одной фазы:

- при расщеплении фаз

- при форме проводника в виде петель (выключатели, ТТ)

Под электродинамической стойкостью понимают способность аппаратов или проводников выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ, без деформаций, препятствующих их дальнейшей нормальной работе.

Механический резонанс:

Токоведущие части испытывают вибрацию при протекании тока, если частота собственных колебаний системы близка к удвоенной частоте тока, то возникает механический резонанс.

Выражение для определения резонансной частоты. Коэф-т

k зависит от способа крепления проводников.

m – масса проводника

- момент инерции сечения

E – модуль упругости материала

14. Контактные системы электрических аппаратов

С опротивление контактов складывается из сопротивления оксидной плёнки на поверхности контактов и сопротивления, обусловленного эффектом «стягивания» тока. Проводимость оксидной плёнки зависит от силы нажатия контактов. Как правило,в высоковольтных аппаратах плёнка при нажатии разрушается. Площадь соприкосно-вения также определяется силой нажатия и твёрдостью материала контактов. H_B – твёрдость

R1-переходное сопротивление единичного контакта S-площадь соприк при нажатии

Для системы контактов необходимо иметь данные о наибольшей

температуре в месте соприкосновения, и о температуре элементов контактов,

соприкасающихся с изоляционными материалами. Для сильноточных аппаратов применяется эллиптическая модель температурного поля. Для этой модели существует

зависимость между температурой площадки соприкосновения контактов и величиной тока. Основной нагрев контактов происходит в области стягивания линий тока. Считается, что процесс нагрева контактов при КЗ – адиабатический. Область стягивания линий тока принимают в виде сферы радиусом r₀.

Т епло, выделяемое в области стягивания линий тока

В ыражение для определения температуры

контактов при протекании тока КЗ:

Протекание токов КЗ через замкнутые контакты сопровождается

возникновением усилий самопроизвольного размыкания контактов, что

м ожет привести к их свариванию. Силы, возникающие в контактных системах при протекании токов КЗ: Электродинамическая составляющая силы отброса контактв

Сваривание контактов:

• Длительное протекание ном. тока и токов КЗ вызывает повышение температуры площадки соприкосновения из-за чего материал может расплавиться и произойдёт сваривание контактов

• Самопроизвольное размыкание контактов, ударные сотрясе-ния и вибрация в процессе включения могут также привести к свариванию из-за действия коротких дуг

• В процессе длительной работы контактов в замкнутом состоянии может произойти холодное сваривание:

К материалам контактов предъявляют следующие требования:

• Высокая электрическая проводимость и теплопроводность

• Высокая коррозионная стойкость в воздушных и других средах

• Стойкость к образованию плёнок с высоким электрическим сопротивлением

• Малая твёрдость для уменьшения требуемых сил нажатия

• Высокая твёрдость для уменьшения механического износа при частых коммутациях

• Малая эрозия материалов

• Высокая температура плавления

• Высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования

• Простота обработки и низкая стоимость