Динамічна дія струмів короткого замикання
I. Системи провідників при протіканні по ним струмів відчувають електродинамічні взаємодії, що супроводжуються значними механічними напруженнями. При однаковому напрямку струму провідники притягуються, а якщо струми спрямовані в протилежні сторони, то відштовхуються.
Сила взаємодії струмів визначається за формулами, що випливають із закону Біо-Савара. Для двох паралельних провідників довжиною l. розташованих на відстані а один від одного, вона може бути знайдена з виразу
Якщо струми виражені в амперах, а сила F - в ньютонах, то коефіцієнт k дорівнює 2 × 10 7, коефіцієнт kф враховує форму провідника і може бути прийнятий рівним 1 для провідників круглого перетину незалежно від відстані між ними і для провідників будь-якої форми, якщо відстань у світлі між ними більше периметра поперечного перерізу струмоведучих частини.
Сила F розподілена рівномірно по довжині паралельних провідників. Питоме зусилля на одиницю довжини провідника для умов одно:
Електродинамічні взаємодії в трифазних установках змінного струму мають ряд ocoбенностей. Зусилля змінюються в часі за значенням і напрямком та мають коливальний характер.
Сила, що діє на провідник зі струмом, визначається як результат взаємодії його з струмами в провідниках двох інших фаз, при тому в найбільш важких умовах виявляється провідник середньої фази. Найбільше питоме зусилля на провідник середньої фази може бути визначено з виразу, Н / м,
де Im - амплітуда струму в фазі, А; а - відстань між сусідніми фазами, м.
Коефіцієнт враховує фазові зміщення струмів в провідниках.
Взаємодія провідників істотно зростає в режимі КЗ, коли повний струм КЗ досягає свого найбільшого значення-ударного.
Для визначення питомої зусилля при трифазному КЗ в системі провідників, користуються виразом за умови. тоді
де - ударний струм трифазного КЗ, А.
Вище розглядалися міжфазні зусилля. Однак в реальних апаратах і шинних конструкціях можуть виникати досить великі сили взаємодії струмів однієї фази. Це відбувається при розщепленні фази на ряд паралельних проводів, а також тоді, коли провідник не прямолінійні, а утворюють петлі, згинаються під кутом. Подібні сили мають місце в роз'єднувачах, реакторах і інших апаратах.
Для запобігання механічних пошкодженні під дією зусиль, що виникають в провідниках при протіканні по ним струмів КЗ, все елементи токоведущей конструкції повинні мати достатню електродинамічної стійкістю.
Під електродинамічної стійкістю розуміють зазвичай здатність апаратів або провідників витримувати механічні зусилля, що виникають при протіканні струмів КЗ, без деформацій, що перешкоджають їх подальшій нормальній роботі.
Для електричних апаратів завод-виготовлювач вказує гарантійний струм КЗ, при якому забезпечується електродинамічна стійкість. Найчастіше в каталогах на обладнання задається миттєве значення струму електродинамічної стійкості iдін (або imax, або iпр.скв) .При виборі апаратів гарантований заводом-виробником ток порівнюється з розрахунковим ударним струмом КЗ. Повинна бути виконана умова.
Електродинамічна стійкість жорстких шин, за винятком комплектних токопроводов і шин КРУ, визначається розрахунком механічної напруги в матеріалі провідника при КЗ. Критерієм стійкості служить виконання умови. де і - відповідно допустиме і розрахункове значення механічних напрузі і матеріалі провідника.
Згідно ПУЕ на електродинамічну стійкість не перевіряють апарати і провідники, захищені запобіжниками з плавкими вставками на струм до 60 A, a також апарати і шини ланцюгів трансформаторів напруги за умови їх розташування в окремій камері.
Чи не розраховують механічні напруги від сил електродинамічного взаємодії в гнучких проводах. Однак при ударних токах понад 50 кА такі дроти потрібно перевіряти на схлестиваніе.
У ПУЕ обумовлені також інші окремі випадки, коли допустимо не перевіряти апарати і провідники на електродинамічну стійкість при КЗ.
II. Відомо, що системи провідників при протіканні по ним струмів відчувають електродінамі-етичні взаємодії, що супроводжуються значними механічними напруженнями.
При однаковому напрямку струму провідники притягуються, а якщо струми спрямовані в протилежні сторони, то відштовхуються
Мал. 18.1. Електродинамічне взаємодія між двома струмопровідними частинами при згодному (а) і зустрічному (б) напрямках струмів.
Сила взаємодії струмів визначається за формулами, що випливають із закону Біо-Савара. Для двох паралельних провідників довжиною l, розташованих на відстані а один від одного, вона може бути знайдена з виразу
Якщо струми виражені в амперах, а сила F - в ньютонах, то коефі-цієнт k дорівнює 2 # 8729; 10 -7; коефіцієнт kф враховує форму провід-ника і може бути прийнятий рівним одиниці для провідників круглого перетину незалежно від відстані між ними і для провідників будь-якої форми, якщо відстань у світлі між ними буде більше периметра поперечного перерізу струмоведучих частини. В іншому випадку коефіцієнт kф відмінний від одиниці і при обчисленні зусиль повинен бути попередньо визначено за спеціальними графіками.
Сила F розподілена рівномірно по довжині паралельних провідників-ков. Питоме зусилля на одиницю довжини провідника для умов рис. 18.1 одно:
Електродинамічні взаємодії в трифазних установках пере-ного струму мають ряд особливостей. На рис. 18.2 зображені вектори зусиль між провідниками окремих фаз, розташованих в одній площині, в різні моменти часу протягом одного періоду змінного струму. Зусилля змінюються в часі за значенням і направ-лення і мають коливальний характер.
Сила, що діє на провідник зі струмом, визначається як резуль-тат взаємодії його з струмами в провідниках двох інших фаз, при цьому в найбільш важких умовах виявляється провідник середньої фази. Найбільше питоме зусилля на провідник середньої фази може бути визначено з виразу, Н / м,
де Im - амплітуда струму в фазі, А; а - відстань між сусідніми фазами, м.
Коефіцієнт враховує фазові зміщення струмів в провідниках.
Мал. 18.2.Електродінаміческіе взаи-модействие в трифазній системі про-водників:
а-в - сили взаємодії для різних моментів періоду;
г - криві зміни струмів в фазах
Взаємодія провідників істотно зростає в режимі КЗ, коли повний струм КЗ, досягає свого максимального значення - ударного. При оцінці взаємодії фаз необхідно розглядати двох-фазне і трифазне КЗ.
Для визначення питомої зусилля при трифазному КЗ в системі провідників, показаної на рис. 18.2, користуються виразом (18.3) за умови тоді,
де # 943; y (3) - ударний струм трифазного КЗ, А.
У разі двофазного КЗ вплив третьої (неушкодженої) фази мізерно мало, тому для визначення питомої зусилля використовують вираз (18.2), беручи до уваги, що .Следова-кові,
де # 943; y (2) - ударний струм двофазного КЗ, А.
Мал. 18.3. Епюри елект-родінаміческіх взаємо-дій в межах однієї фази масляного вимкнення-отримувача
Враховуючи що . неважко по-казать, що міжфазова зусилля при трьох-фазному КЗ більше, ніж при двофазному. Тому розрахунковим видом КЗ при оцінці електродинамічних сил вважають трифазне.
Вище розглядалися міжфазні усі-лія. Однак в реальних апаратах і шин-них конструкціях можуть виникати досить великі сили взаємодії струмів однієї фази. Це відбувається при розщепленні фази на ряд паралельних проводів, а також тоді, коли провідник не прямолінійні, а обра-товують петлі, згинаються під кутом. На рис. 18.3 як приклад показана епюра зусиль, що виникають в межах токоведущего контуру фази масляного вимикача.
Для запобігання механічним пошкодженням під дією зусиль, що виникають в провідниках при протіканні по ним струмів КЗ, все еле-менти токоведущей конструкції повинні мати достатню електро-динамічної стійкістю.
Під електродинамічної стійкістю розуміють зазвичай здатність апаратів або провідників витримувати механічні зусилля, що виникають при протіканні струмів КЗ, без деформації, що перешкоджають їх далекої-шей нормальній роботі.
Для електричних апаратів завод-виготовлювач вказує гарантій-ний струм КЗ, при якому забезпечується електродинамічна стій-кість. Найчастіше в каталогах на обладнання задається миттєве значення струму електро- динамічної стійкості # 943; дин. (або # 943; max. або # 943; пр.скв). При виборі апаратів гарантований заводом-виробником ток порівнюється з розрахунковим ударним струмом КЗ. Повинна бути виконана умова # 943; дин (max, пр.скв) # 943; y (3).
Електродинамічна стійкість жорстких шин, за винятком комп-лектних токопроводов і шин КРУ, визначається розрахунком механічної напруги в матеріалі провідника при КЗ. Критерієм стійкості служить виконання умови
де # 963; доп і # 963; розр - відповідно допустиме і розрахункове значення хутра-нічних напружень в матеріалі провідника.
Згідно ПУЕ на електродинамічну стійкість не перевіряють апарати і провідники, захищені запобіжниками з плавкими вставками на струм до 60 А, а також апарати і шини ланцюгів трансформаторів напруги за умови їх розташування в окремій камері.
Чи не розраховують механічні напруги від сил електродінаміче-ського взаємодії в гнучких проводах. Однак при ударних токах понад 50 кА такі дроти потрібно перевіряти на схлестиваніе.
У ПУЕ обумовлені також інші окремі випадки, коли допустимо не перевіряти апарати і провідники на електродинамічну стійкість при КЗ.