Вопрос 4. Электродинамическое действие токов к.з.

Токоведущие части любой электроустановки или отдельных аппаратов взаимодействуют между собой. Если в нормальных режимах работы электродинамические усилия (ЭДУ) незначительны, то в режиме короткого замыкания, когда токи возрастают в десятки раз, динамические усилия могут вызвать механическое повреждение в шинных конструкциях и аппаратах.

Для предотвращения механических повреждений от воздействия ЭДУ при к.з. в сети все элементы электроустановок должны обладать достаточной электродинамической стойкостью.

Под электродинамической стойкостью понимают способность аппаратов или проводников выдерживать механические усилия при протекании токов к.з. без деформаций, препятствующих их дальнейшей эксплуатации.

Согласно требованиям ПУЭ, усилия, действующие на жесткие шины и поддерживающие их изоляторы, следуют рассчитывать по ударному току трехфазного к.з. с учетом сдвига между токами в фазах и без учета механических колебаний в шинной конструкции. Пользуясь известным законом Био-Савара о взаимодействии проводников с током, можно определить максимальное усилие на шинную конструкцию, Н

F=Ö3(l/a) i²_у 10^-7, н (1)

где l-расстояние между изоляторами шин, м; а-расстояние между фазами, м; i_у-ударный ток трехфазного к.з., А

Электродинамическая сила F создает изгибающий момент, который можно определить, если рассматривать шину как равномерно нагруженную балку

, н м (2)

Напряжение в материале шин

d_р= , Мпа (3)

Момент сопротивления сечения, зависящий от формы и расположения шин.

При горизонтальном креплении изоляторов и расположении шин плашмя

, см³ (4)

где b, h –размеры поперечного сечения шин, см

 

Полученное по (3) расчетное напряжение в материале шин не должно превышать допустимые значения

d_р £ d_доп, (5)

где d_доп =75 МПа –для шин из алюминия, d_доп =140 Мпа –для шин из меди

 

Электродинамические усилия в токоведущих частях выключателей, разъединителей и других аппаратов трудно поддаются расчету, поэтому заводы –изготовители указывают предельный сквозной ток (амплитудное значение), который не должен быть меньше найденного в расчете ударного тока при трехфазном к.з. Таким образом, проверка аппаратов по электродинамической стойкости производится по условию

i_пр.скв ³ i_у (6)

Лист с заданием 5.

Задача. Определить напряжение в материале плоских алюминиевых шин расположенных плашмя, размером (8х100). Расстояние между изоляторами шин равно 100 см; расстояние между фазами равно 40 см, м; ударный ток трехфазного к.з. равен 12 кА. Проанализировать полученное значение напряжения в материале.

Учебный материал 5

Вопрос 5.Термическое действие токов короткого замыкания

В режиме короткого замыкания токи возрастают в 10 – 20 раз, при этом нагрев возрастает в 100 - 400 раз, а теплоотдача изменяется незначительно. Поэтому процесс можно считать адиабатическим, когда все тепло идет на нагрев проводника без отдачи в окружающую среду.

Количество тепла, выделенного в проводнике в режиме к.з., пропорционально импульсу квадратичного тока к.з. (тепловому импульсу)

Токи к.з. вызывают нагрев токоведущих частей, значительно превышающий нормальный. Чрезмерное повышение температуры может привести к выжиганию изоляции, разрушению контактов и даже их расплавлению, несмотря на кратковременность процесса к.з. после отключения поврежденного участка прохождение тока к.з. прекращается, токоведущие части охлаждаются.

При выборе токоведущих частей необходимо найти конечную температуру нагрева токами к.з. с учетом периодической и апериодической составляющих. Этот расчет достаточно сложный, поэтому термическую стойкость обычно проверяют определением минимально допустимого сечения по условию допустимого нагрева при к.з.

S_мин= (7)

где В_к-тепловой импульс тока к.з. С_т- коэффициент, зависящий от допустимой температуры при к.з. и материала проводника. Рекомендуемые значения его приведены ниже:

Шины медные------------------------------------------------------------------- 171

Шины алюминиевые----------------------------------------------------------- 88

Кабели до 10 кВ с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами-- 85