Тема 1.2 Электродинамические силы в ЭА.

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

F₁₂= ,

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

k₁₂ – безразмерный коэффициент, зависящий только от геометрических размеров токоведущего контура, называют коэффициентом контура электродинамических усилий. k₁₂ =2l/a

Если необходимо учесть конкретные размеры проводников, то используют формулу:

F₁₂= k₁₂·k_ф,

Где k_ф –коэффициент формы поперечного сечения.

F_R= ,

где L=μ₀·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:

F₁₂= k₁₂= I_m²·sin²ωt,

c₁₂= – постоянная составляющая для данного контура.

sin²ωt=(1-cos2ωt)/2;

F₁₂= 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.