Электродинамическое действие токов короткого замыкания. Условия выбора электрических аппаратов и проводников по электродинамической стойкости.

Электродинамическая стойкость определяется механическими напряжениями в материале проводников и изоляторов, которые не должны быть выше допускаемых напряжений:

для токоведущих шин

;

опорных изоляторов

;

аппаратов

,

где s _{max, расч}— максимальное расчетное напряжение в материале шин, МПа;

s_доп— допускаемое напряжение в материале шин;

F _расч— расчетная электродинамическая сила, приложенная в головке изолятора, Н;

F _разр— минимальная разрушающая сила на изгиб, Н;

I _{дин, max}— номинальный ток электродинамической стойкости аппарата, кА;

I _{уд, max}— ударный ток КЗ при повреждении в расчетной точке, кА.

 

I _{дин, max} задают заводы, а у петлевых и стержневых трансформаторов тока нормируется кратность электродинамической стойкости .

Для выключателей нормируется сквозной предельный ток, определяемый начальным действующим значением его периодической составляющей I _п0.

Если два параллельных тонких и прямолинейных проводника 1 и 2 расположены в одной плоскости на расстоянии а и обтекаются токами , то результирующая сила, действующая на участке проводника 1 длиной l:

,

где плюс при одинаковом направлении токов i ₁, i ₂, минус — при разном.

при двухфазном КЗ ()

.

при трёхфазном КЗ:

.

обусловлен фазовым сдвигом между взаимодействующими токами, а коэффициент формы k _ф учитывает геометрию проводников и их взаимное расположение.

Если считать шину многопролетной балкой, лежащей на жёстких опорах и подвергающейся воздействию равномерно распределенной статической нагрузки, то изгибающий момент, Н×м

Напряжение в материале шин, МПа,

,

где W — момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной направлению действия силы, м³.

Сила, действующая на шины от начала КЗ до его отключения, переменна. Конструкция шин механически упругая система, обладающей собственной частотой колебаний. Если частота вынуждающей силы и собственная частота колебаний совпадут, то возникнет механический резонанса, в результате напряжения в материале шин увеличатся и возможно разрушение конструкции.

 

2. Метод контурных токов

 

Уравнения составляются по второму закону Кирхгофа, для воображаемых токов, циркулирующих по замкнутым контурам. Число уравнений равно числу независимых контуров . Первый закон Кирхгофа выполняется автоматически. Контуры можно выбирать произвольно, лишь бы их число было равно и чтобы каждый новый контур содержал хотя бы одну ветвь, не входящую в предыдущие – это независимые контуры.

Направления истинных и контурных токов выбираются произвольно. Если в результате расчета какой-либо из токов, получится со знаком “-”, это означает, что его истинное направление противоположно.

Пусть имеем схему по рис. 3.

Выразим токи ветвей через контурные токи:

;

; ;

; .

Обойдя контур aeda, по второму закону Кирхгофа имеем

.

Поскольку ,

то

тогда уравнения для второго, третьего и четвертого контуров:

совместно с первым решить их относительно контурных токов и затем по уравнениям, связывающим контурные токи и токи ветвей, найти последние.

 

При составлении уравнений необходимо помнить:

 

- члены на главной диагонали всегда со знаком “+”;

- знак “+” перед членами ставится в случае, если через общее сопротивление i- й и k- й контурные токи проходят в одном направлении, в противном случае “-”;

- если i- й и k- й контуры не имеют общих сопротивлений, то ;

- в правой части уравнений записывается алгебраическая сумма ЭДС, входящих в контур: со знаком “+”, если направление ЭДС совпадает с выбранным направлением контурного тока, и “-”, если не совпадает.