Електродинамічні сили в електроустановках

Електродинамічна сила взаємодії між двома паралельними провідниками довільного перерізу через які протікають струми визначається наступним чином:

, [H],

 

де – відстань між осями провідників, м; , – струми у провідниках, А; – довжина провідників, м; – коефіцієнт форми провідників.

Струми, які протікають у провідниках утворюють силу, яка рівномірно розподіляється уздовж провідників. У практичних розрахунках цю силу заміняють результуючою, зосередженою посередині провідника.

При однакових напрямках струмів у провідниках вони притягуються, а при різних – відштовхуються.

Коефіцієнт форми залежить від форми провідників та їх взаємного розміщення. Для круглих та трубчастих провідників , для провідників інших форм перерізу можна вважати приймати у тих випадках, коли переріз провідників малий у порівнянні з відстанню між ними. У всіх інших випадках і визначається по спеціальним таблицям.

Сила взаємодії між паралельними провідниками при двофазному струмі КЗ визначається наступним чином:

,

де – ударний струм при двофазному КЗ

При трифазному КЗ

 

,

 

де – ударний струм при трифазному КЗ

Найбільші електродинамічні зусилля виникають при трифазних КЗ. Тому при виборі комутаційних апаратів повинна бути дотримана наступна умова:

 

,

 

де – динамічна стійкість комутаційного апарату.

 

Перевірка шинних конструкцій на електродинамічну стійкість

Перевірка електродинамічної стійкості шинних конструкцій при КЗ полягає в розрахунку максимальної механічної напруги в матеріалі і максимального навантаження на ізолятори і порівнянні отриманих значень з допустимими.

Шинна конструкція має електродинамічну стійкість, якщо виконуються наступні умови:

 

,

,

 

де – допустима механічна напруга в матеріалі шин; – допустиме механічне навантаження на ізолятори.

Механічна напруга в матеріалі шин виникає при дії вигинаючого моменту при КЗ:

, [МПа]

 

де – відстань між опорними ізоляторами шинної конструкції, м; – момент опору шини відносно осі перпендикулярної дії механічного зусилля, [см³]; – максимальна сила, що виникає в шині при КЗ (при 2-х або 3-х фазному КЗ), [Н].

Момент опору перерізу шинної конструкції залежить від розмірів і способу розміщення шин. Формули для визначення моменту опору деяких типів шинних конструкцій приведені в таблиці 4.1.

Допустиме механічне навантаження на ізолятор з урахування коефіцієнту запасу міцності визначається наступною залежністю:

 

,

 

де – мінімальне руйнівне навантаження ізолятора (приводиться в довідниках).

 

Таблиця 4.1 – Формули для визначення моменту опору шинних конструкцій

Переріз шин	, см^3

Таблиця 4.2 – Допустима механічна напруга в матеріалі шин

Матеріал	Марка	, МПа
Алюміній	А0, А1
Алюмінієвий сплав	АД31Т, АД31Т1
Мідь	МГМ, МГТ
Сталь	Ст.3

 

При перевірці ізоляторів на механічну міцність слід приймати:

– для опорних ізоляторів

 

,

 

– для прохідних

 

,

 

де – коефіцієнт, що враховує поправку на висоту шини, якщо вона розміщена “на ребро”.

 

 

Рисунок 4.1 – Розміщення шинної конструкції “на ребро”

 

,

.

 

 

Приклад 4.1. Перевірити шинну конструкцію розподільчої установки 10кВ на електродинамічну дію струмів КЗ. Шини мідні перерізом 40´5мм², розташовані “на ребро” в одній горизонтальній площині на опорних ізоляторах ОА-10. Висота ізолятора – 19см, допустиме навантаження 2,25кН. Відстань між ізоляторами однієї фази (проліт) – 100см, відстань між осями шин – 40см.

Ударний струм трифазного КЗ складає .

– визначимо електродинамічну силу, що буде діяти в шинній конструкції при трифазному КЗ:

 

,

 

– момент опору шини визначаємо за наступною формулою (таблиця 4.1):

 

,

 

– механічна напруга при дії вигинаючого моменту складає:

 

,

 

що менше від 140МПа, допустимого для мідних шин (таблиця 4.2);

– визначимо загальне навантаження на ізолятор:

 

,

,

,

 

що менше від 2,25кН, допустимого для даного ізолятора.

 

 

Термічна дія струмів КЗ