כוחות אלקטרודינמיים בחלקים חיים של מבנים והתקנים

חלקי ציוד חשמלי והתקני הפצה תחת מתח, כאשר זרם זורם דרכם, חשופים לכוחות אלקטרודינמיים... כידוע, כוחות כאלה פועלים על כל מוליך נושא זרם הנמצא ב שדה מגנטי.

ניתן לקבוע את גודל הכוחות הללו עבור רכיבי מתג והתקנים בעלי תצורה פשוטה בהתבסס על חוק Biot-Savard:

כאשר (H, l) היא הזווית שנוצרת על ידי כיוון הזרם וכיוון השדה המגנטי; עם חוטים מקבילים הוא 90 מעלות.

אם שני מוליכים מקבילים נעים בזרם ומוליך עם זרם i1 נמצא בשדה מגנטי עם זרם i2 בעוצמה H = 0.2 • i2 / a, אזי גודל הכוח הפועל ביניהם יהיה שווה ל-

כאשר i1 ו-i2 הם הזרמים של החוטים הראשון והשני, ו; a הוא המרחק בין צירי החוטים, ס"מ; l - אורך חוט, ראה

הכוח הפועל בין החוטים מושך אותם זה לזה עם אותו כיוון זרם בתוכם ודוחה אותם לכיוונים שונים.

הערך הגדול ביותר של הכוחות האלקטרודינמיים הללו נקבע על ידי זרם הקצר המרבי האפשרי, כלומר זרם קצר חשמלי iy. לכן, הרגע הראשוני של הקצר (t = 0.01 שניות) הוא המסוכן ביותר מבחינת גודל הכוחות הדינמיים.

כאשר זרם קצר חשמלי זורם דרך המפסק או כאשר הוא מחובר לרשת קיימת קצר חלקיו הבודדים - תותבים, מוטות מוליכים, אדני, מוטות וכו', כמו גם הצמיגים והפסים המתאימים - נתונים לעומס מכני פתאומי, שיש לו אופי של פגיעה.

במערכות חשמל מודרניות בעלות הספק גבוה במתחים של 6-20 קילו-וולט, זרמי קצר חשמלי יכולים להגיע לערכים של עד 200-300 קא ויותר, בעוד שכוחות אלקטרודינמיים מגיעים למספר טונות לאוטובוס (או לאוטובוס) באורך 1-1.5 מ'. ...

בתנאים כאלה, חוזק מכני לא מספיק של רכיב כזה או אחר של הציוד החשמלי עלול לגרום להתפתחות נוספת של התאונה ולגרום לנזק חמור למיתוג. לכן, להפעלה אמינה של כל מתקן חשמלי, כל האלמנטים שלו חייבים להיות בעלי יציבות אלקטרודינמית (חוזק מכני נאות), כלומר, לעמוד בהשפעות של קצר חשמלי.

בעת קביעת הכוחות האלקטרודינמיים לפי הנוסחה לעיל, ההנחה היא שהזרם זורם לאורך ציר החוטים העגולים, שקוטרם אינו משפיע על גודל הכוחות. יש לציין שלגודל וצורת החתך של החוטים במרחקים גדולים ביניהם אין השפעה ניכרת על גודל הכוחות האלקטרודינמיים.

אם החוטים הם בצורת רצועות מלבניות וממוקמים במרחק קטן אחד מהשני, כאשר המרחק באור קטן מהיקף הרצועה, אז לממדי החתך שלהם יכולה להיות השפעה משמעותית על הכוחות האלקטרודינמיים. השפעה זו של ממדי החתך של המוליך נלקחת בחשבון בחישובים באמצעות גורם הצורה.

אם חוטים חיים שייכים לאותו מעגל ו-i1 = i2 = iy אז כוח האינטראקציה הגדול ביותר יהיה שווה ל

עם צורות אחרות פשוטות ומורכבות אחרות של חוטים, נוח יותר להשתמש בעיקרון של הגדלת האנרגיה האלקטרומגנטית והתלות הנובעת מכך.

תלות פשוטה כזו יכולה להתקבל על ידי התחשבות בשני מעגלים המקיימים אינטראקציה L1 ו-L2 הנישאים על ידי זרמים i1 ו-i2. אספקת האנרגיה האלקטרומגנטית למעגלים אלה תהיה כדלקמן:

אם כתוצאה מאינטראקציה של זרמים i1 ו-i2, לולאת המערכת מעוותת תחת פעולת כוחות אלקטרודינמיים בכל כיוון בכמות dx, אז העבודה שנעשתה על ידי עוצמת השדה Fx תהיה שווה לעלייה באספקת אנרגיה אלקטרומגנטית למערכת בכמות dW:

איפה:

במקרים בהם בפועל יש צורך לקבוע את הכוח האלקטרודינמי בין חלקים או צדדים של אותו מעגל עם השראות L1-L, כוח האינטראקציה יהיה:

באמצעות ביטוי זה, אנו קובעים את הכוחות האלקטרודינמיים עבור מספר מקרים פשוטים אך חשובים מעשית:

1. חוטים מקבילים עם מגשר.

במפסקים ומנתקי שמן נוצר מעגל עם תצורה זו.

השראות של הלולאה תהיה

לכן הכוח הפועל על המחיצה הוא

כאשר a הוא המרחק בין צירי החוטים; r הוא הרדיוס של החוט.

ביטוי זה נותן את הכוחות האלקטרודינמיים הפועלים על קרן המתג או להב המתג. הם מקלים על התנועה של מהלך מפסק שמן כאשר הזרם כבוי ודוחים אותו כאשר הוא פועל.

כדי לקבל מושג על גודל הכוחות המתקבלים, די לומר כי, למשל, במפסק החשמל VMB-10 עם זרם קצר של 50 kA, הכוח הפועל על המעבר. הוא בערך 200 ק"ג.

2. מוליך כפוף בזוויות ישרות.

סידור כזה של מוליכים משמש בדרך כלל במתגים כדי לארגן את פסי הרשת של הגישות אל ואחרי המנגנון, הוא נמצא גם במנתקי תותבים.

השראות של המוליך היוצר מעגל כזה תהיה:

לפיכך, מאמץ האתר ייקבע כמו במקרה הקודם:

כאשר a הוא האורך של אלמנט נע, למשל להב מנתק.

תחת פעולת הזרם, החוט הכפוף בזווית נוטה להתיישר, ואם צד אחד שלו ניתן להזזה, למשל, להב המנתק, יש לנקוט באמצעים נגד מעידה ספונטנית אפשרית במהלך קצר חשמלי.