Forças eletrodinâmicas em partes vivas de estruturas e dispositivos

Partes de equipamentos elétricos e dispositivos de distribuição sob tensão, quando a corrente flui através deles, são expostas a forças eletrodinâmicas... Como você sabe, essas forças atuam em qualquer condutor de transporte de corrente localizado em campo magnético.

As magnitudes dessas forças para elementos de comutação e dispositivos de configuração simples podem ser determinadas com base na lei de Biot-Savard:

onde (H, l) é o ângulo formado pela direção da corrente e a direção do campo magnético; com fios paralelos é de 90 °.

Se dois condutores paralelos se movem em uma corrente e um condutor com uma corrente i1 está em um campo magnético com uma corrente i2 de intensidade H = 0,2 • i2 / a, então a magnitude da força que age entre eles será igual a

onde i1 e i2 são as correntes do primeiro e segundo fios, e; a é a distância entre os eixos dos fios, cm; l - comprimento do fio, consulte

A força que atua entre os fios os atrai entre si com a mesma direção da corrente e os repele em direções diferentes.

O maior valor dessas forças eletrodinâmicas é determinado pela corrente de curto-circuito máxima possível, ou seja, Corrente de curto-circuito iy. Portanto, o momento inicial do curto-circuito (t = 0,01 seg) é o mais perigoso em termos de magnitude das forças dinâmicas.

Quando uma corrente de curto-circuito flui através do disjuntor ou quando ele é conectado a uma rede existente curto circuito suas partes individuais - buchas, hastes condutoras, dormentes, hastes, etc., bem como os respectivos pneus e barramentos - são submetidos a uma carga mecânica repentina, que tem o caráter de um impacto.

Nos sistemas elétricos modernos de alta potência com tensões de 6 a 20 kV, as correntes de curto-circuito podem atingir valores de até 200 a 300 ka e mais, enquanto as forças eletrodinâmicas atingem várias toneladas por ônibus (ou ônibus) de 1 a 1,5 m de comprimento ...

Sob tais condições, a resistência mecânica insuficiente de um ou outro elemento do equipamento elétrico pode causar maior desenvolvimento do acidente e causar sérios danos ao quadro. Portanto, para o funcionamento confiável de qualquer instalação elétrica, todos os seus elementos devem possuir estabilidade eletrodinâmica (adequada resistência mecânica), ou seja, suportar os efeitos de um curto-circuito.

Ao determinar as forças eletrodinâmicas de acordo com a fórmula acima, assume-se que a corrente flui ao longo do eixo dos fios redondos, cujo diâmetro não afeta a magnitude das forças. Deve-se notar que o tamanho e a forma da seção transversal dos fios em grandes distâncias entre eles não têm efeito perceptível na magnitude das forças eletrodinâmicas.

Se os fios tiverem a forma de tiras retangulares e estiverem localizados a uma pequena distância um do outro, quando a distância na luz for menor que o perímetro da tira, as dimensões de sua seção transversal podem ter uma influência significativa no as forças eletrodinâmicas. Essa influência das dimensões da seção transversal do condutor é levada em consideração nos cálculos usando o fator de forma.

Se fios vivos pertencem ao mesmo circuito e i1 = i2 = iy então a maior força de interação será igual a

Com várias outras formas simples e complexas de fios, é mais conveniente usar o princípio do aumento da energia eletromagnética e as dependências resultantes.

Essas dependências simples podem ser obtidas considerando dois circuitos interagentes L1 e L2 conduzidos pelas correntes i1 e i2. O fornecimento de energia eletromagnética para esses circuitos será o seguinte:

Se, como resultado da interação das correntes i1 e i2, o loop do sistema for deformado sob a ação de forças eletrodinâmicas em qualquer direção pela quantidade dx, então o trabalho realizado pela força do campo Fx será igual ao aumento no fornecimento de energia eletromagnética ao sistema pela quantidade dW:

onde:

Nos casos em que na prática seja necessário determinar a força eletrodinâmica entre partes ou lados de um mesmo circuito com indutância L1-L, a força de interação será:

Usando esta expressão, determinamos as forças eletrodinâmicas para vários casos simples, mas praticamente importantes:

1. Fios paralelos com um jumper.

Nos disjuntores e seccionadores a óleo, um circuito é formado com esta configuração.

A indutância da espira será

portanto, a força que age sobre a partição é

onde a é a distância entre os eixos dos fios; r é o raio do fio.

Esta expressão fornece as forças eletrodinâmicas que atuam no feixe do interruptor ou na lâmina do interruptor. Eles facilitam o movimento do curso do disjuntor de óleo quando a corrente está desligada e a repelem quando está ligada.

Para se ter uma ideia da magnitude das forças resultantes, basta dizer que, por exemplo, no disjuntor de potência VMB-10 com corrente de curto-circuito de 50 kA, a força que atua na travessa tem cerca de 200kg.

2. Um condutor dobrado em ângulos retos.

Esse arranjo de condutores é geralmente usado em comutadores para organizar os barramentos das abordagens e após o aparelho, também é encontrado em seccionadores de bucha.

A indutância do condutor que forma tal circuito será:

Portanto, o esforço do site será determinado como no caso anterior:

onde a é o comprimento de um elemento móvel, por exemplo, uma lâmina seccionadora.

Sob a ação da corrente, o fio dobrado em ângulo tende a se endireitar e, se um lado dele for móvel, por exemplo, a lâmina do seccionador, devem ser tomadas medidas contra possíveis disparos espontâneos durante um curto-circuito.