Forze elettrodinamiche nelle parti attive di strutture e dispositivi

Parti di apparecchiature elettriche e dispositivi di distribuzione sotto tensione, quando la corrente le attraversa, sono esposte a forze elettrodinamiche... Come sapete, tali forze agiscono su qualsiasi conduttore che trasporta corrente situato in campo magnetico.

Le grandezze di queste forze per elementi di quadri e dispositivi di configurazione semplice possono essere determinate in base alla legge di Biot-Savard:

dove (H, l) è l'angolo formato dalla direzione della corrente e dalla direzione del campo magnetico; con fili paralleli è di 90°.

Se due conduttori paralleli si muovono in una corrente e un conduttore con una corrente i1 si trova in un campo magnetico con una corrente i2 di intensità H = 0,2 • i2 / a, allora l'intensità della forza che agisce tra di loro sarà uguale a

dove i1 e i2 sono le correnti del primo e del secondo filo, e; a è la distanza tra gli assi dei fili, cm; l - lunghezza del filo, vedi

La forza che agisce tra i fili li attrae l'uno verso l'altro con la stessa direzione della corrente in essi e li respinge in direzioni diverse.

Il valore più grande di queste forze elettrodinamiche è determinato dalla massima corrente di cortocircuito possibile, cioè Corrente di cortocircuito iy. Pertanto, il momento iniziale del cortocircuito (t = 0,01 sec) è il più pericoloso in termini di entità delle forze dinamiche.

Quando una corrente di cortocircuito scorre attraverso l'interruttore o quando è collegato a una rete esistente corto circuito le sue singole parti — boccole, barre conduttrici, traversine, barre, ecc., nonché i relativi pneumatici e sbarre collettrici — sono soggette a un carico meccanico improvviso, che ha il carattere di un impatto.

Nei moderni impianti elettrici ad alta potenza a tensioni di 6-20 kV, le correnti di cortocircuito possono raggiungere valori fino a 200-300 ka e oltre, mentre le forze elettrodinamiche raggiungono diverse tonnellate per autobus (o autobus) di 1-1,5 m di lunghezza ...

In tali condizioni, l'insufficiente resistenza meccanica dell'uno o dell'altro elemento dell'apparecchiatura elettrica può causare l'ulteriore sviluppo dell'incidente e causare gravi danni al quadro. Pertanto, per il funzionamento affidabile di qualsiasi impianto elettrico, tutti i suoi elementi devono avere stabilità elettrodinamica (adeguata resistenza meccanica), ovvero resistere agli effetti di un cortocircuito.

Quando si determinano le forze elettrodinamiche secondo la formula sopra, si presume che la corrente scorra lungo l'asse dei fili tondi, il cui diametro non influisce sull'entità delle forze. Va notato che le dimensioni e la forma della sezione trasversale dei fili a grandi distanze tra loro non hanno alcun effetto notevole sulla grandezza delle forze elettrodinamiche.

Se i fili hanno la forma di strisce rettangolari e si trovano a una piccola distanza l'uno dall'altro, quando la distanza nella luce è inferiore al perimetro della striscia, le dimensioni della loro sezione trasversale possono avere un'influenza significativa su le forze elettrodinamiche. Questa influenza delle dimensioni della sezione trasversale del conduttore viene presa in considerazione nei calcoli utilizzando il fattore di forma.

Se fili sotto tensione appartengono allo stesso circuito e i1 = i2 = iy allora la più grande forza di interazione sarà uguale a

Con varie altre forme semplici e complesse di fili, è più conveniente utilizzare il principio dell'aumento dell'energia elettromagnetica e le dipendenze risultanti.

Tali semplici dipendenze possono essere ottenute considerando due circuiti interagenti L1 e L2 percorsi dalle correnti i1 e i2. La fornitura di energia elettromagnetica per questi circuiti sarà la seguente:

Se, a seguito dell'interazione delle correnti i1 e i2, il circuito del sistema viene deformato sotto l'azione delle forze elettrodinamiche in qualsiasi direzione della quantità dx, quindi il lavoro svolto dall'intensità del campo Fx sarà uguale all'aumento nella fornitura di energia elettromagnetica al sistema dalla quantità dW:

Dove:

Nei casi in cui in pratica è necessario determinare la forza elettrodinamica tra parti o lati dello stesso circuito con induttanza L1-L, la forza di interazione sarà:

Usando questa espressione, determiniamo le forze elettrodinamiche per diversi casi semplici ma praticamente importanti:

1. Fili paralleli con un ponticello.

Negli interruttori e sezionatori in olio, un circuito è formato con questa configurazione.

L'induttanza del loop sarà

quindi la forza che agisce sulla partizione è

dove a è la distanza tra gli assi dei fili; r è il raggio del filo.

Questa espressione fornisce le forze elettrodinamiche che agiscono sul raggio dell'interruttore o sulla lama dell'interruttore. Facilitano il movimento della corsa dell'interruttore dell'olio quando la corrente è assente e la respingono quando è inserita.

Per avere un'idea dell'entità delle forze risultanti, è sufficiente dire che, ad esempio, nell'interruttore di potenza VMB-10 con una corrente di cortocircuito di 50 kA, la forza che agisce sulla traversa è di circa 200 kg.

2. Un conduttore piegato ad angolo retto.

Tale disposizione di conduttori viene solitamente utilizzata nei quadri per disporre le sbarre degli accessi e dopo l'apparecchiatura, si trova anche nei sezionatori passanti.

L'induttanza del conduttore che forma un tale circuito sarà:

Pertanto, lo sforzo del sito sarà determinato come nel caso precedente:

dove a è la lunghezza di un elemento mobile, ad esempio una lama sezionatore.

Sotto l'azione della corrente, il filo piegato ad angolo tende a raddrizzarsi e se un suo lato è mobile, ad esempio la lama del sezionatore, è necessario prendere misure contro possibili scatti spontanei durante un cortocircuito.