Fuerzas electrodinámicas en partes activas de estructuras y dispositivos.

Partes de equipos eléctricos y dispositivos de distribución bajo voltaje, cuando la corriente fluye a través de ellos, están expuestos a fuerzas electrodinámicas... Como saben, tales fuerzas actúan sobre cualquier conductor de corriente ubicado en campo magnético.

Las magnitudes de estas fuerzas para elementos de aparamenta y dispositivos de configuración simple se pueden determinar con base en la ley de Biot-Savard:

donde (H, l) es el ángulo formado por la dirección de la corriente y la dirección del campo magnético; con hilos paralelos es de 90°.

Si dos conductores paralelos se mueven en una corriente y un conductor con una corriente i1 está en un campo magnético con una corriente i2 de intensidad H = 0.2 • i2 / a, entonces la magnitud de la fuerza que actúa entre ellos será igual a

donde i1 e i2 son las corrientes del primer y segundo alambre, y; a es la distancia entre los ejes de los hilos, cm; l - longitud del cable, consulte

La fuerza que actúa entre los alambres los atrae entre sí con la misma dirección de corriente en ellos y los repele en diferentes direcciones.

El mayor valor de estas fuerzas electrodinámicas está determinado por la corriente de cortocircuito máxima posible, es decir, la corriente de cortocircuito iy. Por tanto, el momento inicial del cortocircuito (t = 0,01 s) es el más peligroso en términos de la magnitud de las fuerzas dinámicas.

Cuando una corriente de cortocircuito fluye a través del interruptor automático o cuando está conectado a una red existente cortocircuito sus partes individuales —bujes, varillas conductoras, traviesas, varillas, etc., así como los correspondientes neumáticos y barras— están sometidas a una carga mecánica repentina, que tiene el carácter de un impacto.

En los sistemas eléctricos modernos de alta potencia a voltajes de 6-20 kV, las corrientes de cortocircuito pueden alcanzar valores de hasta 200-300 ka y más, mientras que las fuerzas electrodinámicas alcanzan varias toneladas por barra (o barras) de 1 a 1,5 m de largo. ...

En tales condiciones, la insuficiente resistencia mecánica de uno u otro elemento del equipo eléctrico puede provocar un mayor desarrollo del accidente y causar graves daños al cuadro. Por tanto, para el funcionamiento fiable de cualquier instalación eléctrica, todos sus elementos deben tener estabilidad electrodinámica (resistencia mecánica adecuada), es decir, soportar los efectos de un cortocircuito.

Al determinar las fuerzas electrodinámicas de acuerdo con la fórmula anterior, se supone que la corriente fluye a lo largo del eje de los cables redondos, cuyo diámetro no afecta la magnitud de las fuerzas. Cabe señalar que el tamaño y la forma de la sección transversal de los cables a grandes distancias entre ellos no tienen un efecto notable sobre la magnitud de las fuerzas electrodinámicas.

Si los cables tienen forma de tiras rectangulares y están ubicados a una pequeña distancia entre sí, cuando la distancia en la luz es menor que el perímetro de la tira, entonces las dimensiones de su sección transversal pueden tener una influencia significativa en las fuerzas electrodinámicas. Esta influencia de las dimensiones de la sección transversal del conductor se tiene en cuenta en los cálculos utilizando el factor de forma.

Si cables vivos pertenecen al mismo circuito e i1 = i2 = iy entonces la mayor fuerza de interacción será igual a

Con varias otras formas de cables simples y complejas, es más conveniente utilizar el principio del aumento de la energía electromagnética y las dependencias resultantes.

Tales dependencias simples pueden obtenerse considerando dos circuitos interactuantes L1 y L2 transportados por corrientes i1 e i2. El suministro de energía electromagnética para estos circuitos será el siguiente:

Si, como resultado de la interacción de las corrientes i1 e i2, el bucle del sistema se deforma bajo la acción de fuerzas electrodinámicas en cualquier dirección en la cantidad dx, entonces el trabajo realizado por la intensidad de campo Fx será igual al aumento en el suministro de energía electromagnética al sistema por la cantidad dW:

dónde:

En los casos en que en la práctica sea necesario determinar la fuerza electrodinámica entre partes o lados de un mismo circuito con inductancia L1-L, la fuerza de interacción será:

Usando esta expresión, determinamos las fuerzas electrodinámicas para varios casos simples pero importantes en la práctica:

1. Cables paralelos con puente.

En los interruptores automáticos y seccionadores de aceite, se forma un circuito con esta configuración.

La inductancia del bucle será

por lo tanto, la fuerza que actúa sobre la partición es

donde a es la distancia entre los ejes de los hilos; r es el radio del alambre.

Esta expresión da las fuerzas electrodinámicas que actúan sobre la viga del interruptor o la hoja del interruptor. Facilitan el movimiento de la carrera del interruptor de aceite cuando la corriente está cortada y la repelen cuando está encendida.

Para tener una idea de la magnitud de las fuerzas resultantes, basta decir que, por ejemplo, en el interruptor automático de potencia VMB-10 con una corriente de cortocircuito de 50 kA, la fuerza que actúa sobre el transversal es de unos 200 kg.

2. Un conductor doblado en ángulo recto.

Tal disposición de conductores se utiliza generalmente en aparamenta para disponer las barras colectoras de los accesos hacia y después del aparato, también se encuentra en los seccionadores de bornas.

La inductancia del conductor que forma dicho circuito será:

Por lo tanto, el esfuerzo del sitio se determinará como en el caso anterior:

donde a es la longitud de un elemento móvil, por ejemplo una cuchilla seccionadora.

Bajo la acción de la corriente, el cable doblado en ángulo tiende a enderezarse, y si uno de sus lados es móvil, por ejemplo, la cuchilla del seccionador, entonces se deben tomar medidas contra posibles disparos espontáneos durante un cortocircuito.