Lực điện động trong các bộ phận mang điện của kết cấu và thiết bị
Các bộ phận của thiết bị điện và thiết bị phân phối dưới điện áp, khi dòng điện chạy qua chúng, chịu tác dụng của lực điện động... Như bạn đã biết, các lực đó tác dụng lên bất kỳ dây dẫn mang dòng điện nào nằm trong từ trường.
Độ lớn của các lực này đối với các phần tử và thiết bị đóng cắt của thiết bị đóng cắt có cấu hình đơn giản có thể được xác định dựa trên định luật Biot-Savard:
trong đó (H, l) là góc được tạo bởi hướng của dòng điện và hướng của từ trường; với dây song song là 90°.
Nếu hai dây dẫn song song chuyển động trong một dòng điện và một dây dẫn có dòng điện i1 nằm trong từ trường có dòng điện i2 cường độ H = 0,2 • i2 / a thì độ lớn của lực tác dụng giữa chúng sẽ bằng
trong đó i1 và i2 là dòng điện của dây thứ nhất và thứ hai, và; a là khoảng cách giữa các trục của dây, cm; l - chiều dài dây, xem
Lực tác dụng giữa các dây hút chúng với nhau theo cùng một hướng dòng điện trong chúng và đẩy chúng theo các hướng khác nhau.
Giá trị lớn nhất của các lực điện động này được xác định bởi dòng điện ngắn mạch lớn nhất có thể có, tức là Dòng điện ngắn mạch iy. Do đó, thời điểm ban đầu của ngắn mạch (t = 0,01 giây) là nguy hiểm nhất xét về độ lớn của các lực động.
Khi dòng điện ngắn mạch chạy qua bộ ngắt mạch hoặc khi nó được kết nối với mạng hiện có ngắn mạch các bộ phận riêng lẻ của nó - ống lót, thanh dẫn, tà vẹt, thanh truyền, v.v., cũng như lốp và thanh cái tương ứng - phải chịu tải trọng cơ học đột ngột, có đặc điểm là tác động.
Trong các hệ thống điện công suất cao hiện đại ở điện áp 6-20 kV, dòng ngắn mạch có thể đạt giá trị lên tới 200-300 ka và hơn thế nữa, trong khi lực điện động đạt tới vài tấn trên mỗi thanh cái (hoặc thanh cái) dài 1 -1,5 m ...
Trong những điều kiện như vậy, độ bền cơ học không đủ của một hoặc một phần tử khác của thiết bị điện có thể gây ra sự cố phát triển hơn nữa và gây hư hỏng nghiêm trọng cho thiết bị đóng cắt. Do đó, để hoạt động đáng tin cậy của bất kỳ hệ thống lắp đặt điện nào, tất cả các phần tử của nó phải có độ ổn định điện động (đủ độ bền cơ học), nghĩa là chịu được tác động của ngắn mạch.
Khi xác định các lực điện động theo công thức trên, người ta cho rằng dòng điện chạy dọc theo trục của các dây dẫn tròn có đường kính không ảnh hưởng đến độ lớn của các lực. Cần lưu ý rằng kích thước và hình dạng của mặt cắt ngang của dây ở khoảng cách lớn giữa chúng không có ảnh hưởng rõ rệt đến độ lớn của lực điện động.
Nếu các dây ở dạng dải hình chữ nhật và nằm cách nhau một khoảng nhỏ, khi khoảng cách trong ánh sáng nhỏ hơn chu vi của dải, thì kích thước của mặt cắt ngang của chúng có thể ảnh hưởng đáng kể đến các lực điện động. Ảnh hưởng này của kích thước mặt cắt ngang của dây dẫn được tính đến trong các tính toán sử dụng hệ số dạng.
Nếu như dây sống thuộc cùng một đoạn mạch và i1 = i2 = iy thì lực tương tác lớn nhất sẽ bằng
Với nhiều dạng dây đơn giản và phức tạp khác, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng nguyên tắc tăng năng lượng điện từ và các phụ thuộc kết quả.
Những sự phụ thuộc đơn giản như vậy có thể thu được bằng cách xem xét hai mạch tương tác L1 và L2 được mang bởi dòng điện i1 và i2. Việc cung cấp năng lượng điện từ cho các mạch này sẽ như sau:
Nếu do sự tương tác của dòng điện i1 và i2, vòng lặp của hệ thống bị biến dạng dưới tác dụng của lực điện động theo bất kỳ hướng nào với lượng dx, thì công do cường độ trường Fx thực hiện sẽ bằng với mức tăng trong việc cung cấp năng lượng điện từ cho hệ bằng đại lượng dW:
Ở đâu:
Trong trường hợp trong thực tế cần xác định suất điện động giữa các phần hoặc các phía của cùng một đoạn mạch có độ tự cảm L1-L thì lực tương tác sẽ là:
Sử dụng biểu thức này, chúng tôi xác định các lực điện động cho một số trường hợp đơn giản nhưng thực tế quan trọng:
1. Dây song song với một dây nhảy.
Trong bộ ngắt mạch dầu và bộ ngắt kết nối, một mạch được hình thành với cấu hình này.
Độ tự cảm của vòng dây sẽ là
do đó lực tác dụng lên vách ngăn là
trong đó a là khoảng cách giữa các trục của dây dẫn; r là bán kính của dây dẫn.
Biểu thức này đưa ra các lực điện động tác động lên chùm công tắc hoặc lưỡi công tắc. Chúng tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động của hành trình ngắt mạch dầu khi dòng điện tắt và đẩy nó khi nó bật.
Để có ý tưởng về độ lớn của các lực gây ra, chỉ cần nói rằng, ví dụ, trong bộ ngắt mạch nguồn VMB-10 với dòng điện ngắn mạch 50 kA, lực tác dụng lên phương ngang là khoảng 200kg.
2. Một dây dẫn bị uốn cong vuông góc.
Cách sắp xếp dây dẫn như vậy thường được sử dụng trong thiết bị đóng cắt để bố trí thanh cái của các lối tiếp cận và sau thiết bị, nó cũng được tìm thấy trong các cầu dao cách ly ống lót.
Độ tự cảm của dây dẫn tạo thành một mạch như vậy sẽ là:
Do đó, nỗ lực trang web sẽ được xác định như trong trường hợp trước:
trong đó a là chiều dài của phần tử di động, ví dụ lưỡi dao cách ly.
Dưới tác động của dòng điện, dây bị uốn cong ở một góc có xu hướng thẳng ra và nếu một bên của nó có thể di chuyển được, chẳng hạn như lưỡi của bộ ngắt kết nối, thì phải thực hiện các biện pháp chống lại khả năng vấp ngã tự phát trong thời gian ngắn mạch.