Elektrodynamische Kräfte in spannungsführenden Teilen von Bauwerken und Geräten

Unter Spannung stehende Teile elektrischer Geräte und Verteilungsgeräte sind beim Stromfluss elektrodynamischen Kräften ausgesetzt... Wie Sie wissen, wirken solche Kräfte auf jeden darin befindlichen stromdurchflossenen Leiter Magnetfeld.

Die Größen dieser Kräfte für Schaltanlagenelemente und Geräte einfacher Konfiguration können anhand des Biot-Savard-Gesetzes bestimmt werden:

wobei (H, l) der Winkel ist, der durch die Richtung des Stroms und die Richtung des Magnetfelds gebildet wird; bei parallelen Drähten beträgt 90°.

Wenn sich zwei parallele Leiter in einem Strom bewegen und ein Leiter mit einem Strom i1 sich in einem Magnetfeld mit einem Strom i2 der Stärke H = 0,2 · i2 / a befindet, dann ist die Größe der zwischen ihnen wirkenden Kraft gleich

wobei i1 und i2 die Ströme der ersten und zweiten Drähte sind und; a ist der Abstand zwischen den Achsen der Drähte, cm; l – Drahtlänge, siehe

Die zwischen den Drähten wirkende Kraft zieht sie bei gleicher Stromrichtung zueinander an und stößt sie in unterschiedliche Richtungen ab.

Der größte Wert dieser elektrodynamischen Kräfte wird durch den maximal möglichen Kurzschlussstrom, also den Kurzschlussstrom iy, bestimmt. Daher ist der Anfangszeitpunkt des Kurzschlusses (t = 0,01 s) hinsichtlich der Größe der dynamischen Kräfte am gefährlichsten.

Wenn ein Kurzschlussstrom durch den Leistungsschalter fließt oder wenn dieser an ein bestehendes Netz angeschlossen wird Kurzschluss Seine Einzelteile – Buchsen, Leitstäbe, Schwellen, Stäbe usw. sowie die dazugehörigen Reifen und Stromschienen – werden einer plötzlichen mechanischen Belastung ausgesetzt, die den Charakter eines Stoßes hat.

In modernen elektrischen Hochleistungssystemen bei Spannungen von 6–20 kV können Kurzschlussströme Werte von bis zu 200–300 kA und mehr erreichen, während elektrodynamische Kräfte mehrere Tonnen pro Bus (oder Busse) von 1–1,5 m Länge erreichen ...

Unter solchen Bedingungen kann die unzureichende mechanische Festigkeit des einen oder anderen Elements der elektrischen Ausrüstung zu einer weiteren Entwicklung des Unfalls und zu schweren Schäden an der Schaltanlage führen. Für den zuverlässigen Betrieb einer elektrischen Anlage müssen daher alle ihre Elemente über elektrodynamische Stabilität (ausreichende mechanische Festigkeit) verfügen, also den Auswirkungen eines Kurzschlusses standhalten.

Bei der Bestimmung der elektrodynamischen Kräfte nach obiger Formel wird davon ausgegangen, dass der Strom entlang der Achse von Runddrähten fließt, deren Durchmesser keinen Einfluss auf die Größe der Kräfte hat. Es ist zu beachten, dass die Größe und Form des Querschnitts der Drähte bei großen Abständen zwischen ihnen keinen merklichen Einfluss auf die Größe der elektrodynamischen Kräfte hat.

Wenn die Drähte die Form rechteckiger Streifen haben und in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und der Abstand im Licht kleiner als der Umfang des Streifens ist, können die Abmessungen ihres Querschnitts einen erheblichen Einfluss haben die elektrodynamischen Kräfte. Dieser Einfluss der Querschnittsabmessungen des Leiters wird in den Berechnungen anhand des Formfaktors berücksichtigt.

Wenn stromführende Leitungen gehören zum selben Kreis und i1 = i2 = iy, dann ist die größte Wechselwirkungskraft gleich

Bei verschiedenen anderen einfachen und komplexen Leitungsformen ist es zweckmäßiger, das Prinzip der Erhöhung der elektromagnetischen Energie und die daraus resultierenden Abhängigkeiten zu nutzen.

Solche einfachen Abhängigkeiten können durch die Betrachtung zweier interagierender Stromkreise L1 und L2 ermittelt werden, die von den Strömen i1 und i2 getragen werden. Die Versorgung dieser Schaltkreise mit elektromagnetischer Energie erfolgt wie folgt:

Wenn sich durch die Wechselwirkung der Ströme i1 und i2 die Schleife des Systems unter Einwirkung elektrodynamischer Kräfte in jede Richtung um den Betrag dx verformt, dann ist die von der Feldstärke Fx geleistete Arbeit gleich der Zunahme bei der Versorgung des Systems mit elektromagnetischer Energie um die Größe dW:

Wo:

In Fällen, in denen es in der Praxis erforderlich ist, die elektrodynamische Kraft zwischen Teilen oder Seiten desselben Stromkreises mit der Induktivität L1-L zu bestimmen, beträgt die Wechselwirkungskraft:

Mit diesem Ausdruck bestimmen wir die elektrodynamischen Kräfte für mehrere einfache, aber praktisch wichtige Fälle:

1. Parallele Drähte mit einer Brücke.

Bei Öl-Leistungsschaltern und -Trennern wird mit dieser Konfiguration ein Stromkreis gebildet.

Die Induktivität der Schleife beträgt

daher beträgt die auf die Trennwand wirkende Kraft

wobei a der Abstand zwischen den Achsen der Drähte ist; r ist der Radius des Drahtes.

Dieser Ausdruck gibt die elektrodynamischen Kräfte an, die auf den Weichenbalken oder die Weichenzunge wirken. Sie erleichtern die Hubbewegung des Öl-Leistungsschalters, wenn der Strom ausgeschaltet ist, und stoßen ihn ab, wenn der Strom eingeschaltet ist.

Um eine Vorstellung von der Größe der resultierenden Kräfte zu bekommen, genügt es zu sagen, dass beispielsweise beim Leistungsschalter VMB-10 mit einem Kurzschlussstrom von 50 kA die Kraft auf die Traverse wirkt beträgt etwa 200 kg.

2. Ein im rechten Winkel gebogener Leiter.

Eine solche Leiteranordnung wird üblicherweise in Schaltanlagen zur Anordnung der Sammelschienen der Zugänge zu und nach dem Apparat verwendet, sie findet sich auch bei Durchführungstrennschaltern.

Die Induktivität des Leiters, der einen solchen Stromkreis bildet, beträgt:

Daher wird der Standortaufwand wie im vorherigen Fall ermittelt:

Dabei ist a die Länge eines beweglichen Elements, beispielsweise eines Trennmessers.

Unter der Einwirkung des Stroms neigt der schräg gebogene Draht dazu, sich aufzurichten, und wenn eine Seite davon beweglich ist, beispielsweise die Klinge des Trennschalters, müssen Maßnahmen gegen eine mögliche spontane Auslösung während eines Kurzschlusses getroffen werden.