Что называется током электродинамической стойкости выключателя

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ УСИЛИЙ

При прохождении электрического тока токоведущие части аппарата испытывают механические усилия.

Электродинамической стойкостью электрического аппарата называется способность выдерживать без повреждений и нарушений функционального состояния механические воздействия, создаваемые проходящим по нему электрическим током.

Для количественной оценки этого явления вводится понятие тока электродинамической стойкости. Наибольшее мгновенное значение амплитуды тока короткого замыкания называется ударным током короткого замыкания. Ток электродинамической стойкости электрического аппарата должен быть больше ударного тока короткого замыкания для данных условий работы.

Задача расчета электродинамических усилий решается по законам Био-Савара-Лапласса и Ампера, либо по энергетическим формулам.

По закону Ампера электродинамическое усилие, действующее на линейный проводник с током, находящийся в однородном магнитном поле, определяется из выражения

, (63)

где – значение тока, А;

– длина проводника, м;

B–магнитная индукция, Т;

– угол между направлением тока и вектором индукции.

В векторной форме закон Ампера

. (64)

Проводник длиной с током создаст напряженность магнитного поля dH на расстоянии от середины длины – закон Био-Савара-Лапласса:

, (65)

где – единичный вектор, направление которого совпадает с направлением луча, проведенного из середины проводника .

. (66)

Если имеется два проводника с токами и , то усилие, действующее на один проводник со стороны другого, с учетом (63–65) определяется из соотношения

, (67)

где — коэффициент контура электродинамических усилий, зависящий от геометрических размеров токо-ведущего контура.

Значения коэффициентов контура сведены в таблицу [табл. П.4].

Если необходимо учесть конкретные размеры проводников, то используют формулу

, (68)

где — коэффициент формы поперечного сечения, некоторые значения которого приведены на рис. П.5.

В тех случаях, когда необходимо определить электродинамическое усилие для катушек или витков, в которых индуктивность L или взаимоиндуктивность М могут быть выражены как функции координаты, в направлении которой вычисляется сила взаимодействия, используются энергетические формулы.

Обобщенное усилие, действующее на проводник, при =const

, (69)

где W– электрическая энергия, Дж;

g– обобщенная координата, м.

Так как в линейных системах

,

то .

Электродинамическое усилиев проводниках при изменении поперечного сечения (усилие Двайта) определяется по формуле:

, (70)

где D, d –соответственно диаметры большего и меньшего поперечного сечения.

Рассмотрим круговой виток радиуса Rc током i, выполненный из проводника радиуса r (рис.56).

При R>>r индуктивность L круглого витка определяется по формуле из таблицы (П.6)

Рис.56

. (71)

Тогда усилие, направленное на увеличение радиуса R и равномерно распределенное по окружности , равно:

.(72)

Кроме того, существует усилие, направленное на уменьшение радиуса r проводника с током и равномерно распределенное по окружности ,

. (73)

Если в токоведущих частях электрического аппарата проходит однофазный переменный ток

,

то электродинамическое усилие определяется по тем же законам, что и на постоянном токе.

Например, электродинамическое усилие (э.д.у.), действующее на проводник с током, находящийся в магнитном поле другого проводника с тем же током, определяется из выражения

. (74)

Последнее выражение можно преобразовать к виду

, (75)

из которого видно, что электродинамическое усилие изменяется с удвоенной частотой по сравнению с частотой тока и включает постоянную составляющую.

Из выражения (75) следует, что максимальное усилие

. (76)

Ток короткого замыкания имеет зависимость

, (77)

где I– действующее значение периодической состав-ляющей тока короткого замыкания;

– постоянная затухания, которая зависит от параметров источника и цепи.

Ударным током короткого замыкания называется максимальное значение мгновенного тока короткого замыкания. Из выражения (77) следует, что оно достигается при .

Если среднее значение =22 1/c, то при частоте тока f=50 Гц

. (78)

В трехфазных цепях токи в отдельных фазах определяются из выражений:

Усилия, действующие на проводник каждой фазы, определяются из выражения (67).

Так, на проводник первой фазы действует усилие

.

Если провода фаз расположены параллельно друг друга в одной плоскости, то векторы и складываются:

,(79)

где .

Из выражения (79) следует, что F изменяется с удвоенной частотой

oт

до .

Усилие называемое притягивающим, направлено на притяжение первой фазы к двум другим. Усилие , называемое отталкивающим, направлено на отталкивание первой фазы от второй и третьей.

Если провода расположены таким образом, что расстояние между первым и третьим в два раза больше, чем между первым и вторым (рис. 57), то

или , . (80)

Усилия, действующие на проводник третьей фазы, как для первой фазы.

, .

Электродинамические усилия, действующие на средний провод (вторая фаза), будут изменяться с частотой

от

до .

Источник

Выбор автоматических выключателей до 1000 В, основные требования

Автоматические выключатели являются наиболее распространенными защитными коммутационными аппаратами в электрических сетях напряжением до 1 кВ.

Широкая популярность автоматов в первую очередь связана с их универсальностью; ими можно отключать участки электрической сети, они же служат для защиты этих сетей при возникновении аварийных режимов работы.

К выбору защитных коммутационных аппаратов приступают после расчетов токов короткого замыкания (КЗ) в схеме замещения защищаемого участка. Коммутационные аппараты выбираются по условиям нормальной работы, отключающей способности, селективности при КЗ.

Выбор автоматов по условиям нормальной работы сводится к выбору аппарата по номинальным параметрам сети, при этом обязательно должны соблюдаться следующие условия:

Предельный ток коммутационной стойкости характеризует свойства автоматического выключателя отключать ток КЗ., при этом, сам аппарат при прохождении через его контакты I(3) КЗ должен оставаться работоспособным. Эта способность АВ определяется его электродинамической и термической стойкостью.

Электродинамическая стойкость аппарата характеризуется прохождением амплитудного тока КЗ, без остаточной деформации контактной системы, вследствие отброса подвижных контактов приводящего к их привариванию или выгоранию.

Условие термической стойкости выключателя:

Если значение Вк не приведено в каталоге, значит, выключатель устойчив к любому времени воздействия тока КЗ с учетом его отключающих характеристик. После проведения расчетов по нормальному режиму и устойчивости к токам КЗ производится проверка по селективности.

Селективностью называют свойство защиты отключать только поврежденный участок. С учетом этого, селективность должна быть обеспечена между защитными аппаратами высокой стороны питающего трансформатора и вводным автоматом на низкой стороне, между вводным автоматом и автоматами фидеров.

Для расчета уставок смежных коммутационных аппаратов, их характеристики наносятся на карту селективности. Защитные характеристики аппаратов в координатах времени и тока не должны пересекаться на карте. Следует стремиться к одной ступени селективности на одном участке, то есть непосредственно у нагрузки применять неселективный аппарат, а в качестве вводного применять селективный.

Согласование защит ВН трансформатора и вводного автомата НН производится между максимальной токовой защиты ВН и токовой отсечки НН. Характеристики также не должны пересекаться на графике. По условию чувствительности МТЗ трансформатора ток срабатывания реле должен удовлетворять условиям, для соединения обмоток У/У0:

Для соединения обмоток Д/У0:

Где коэффициенты 1,5 и 1,2 минимальные значения Кч МТЗ трансформатора при металлическом КЗ и КЗ через переходные сопротивления.

Также, по условию селективности, ток отсечки автоматов не должен превышать ток срабатывания МТЗ ВН на величину коэффициента надежности согласования, которые определяется по справочным таблицам:

При выборе уставок автоматических выключателей необходимо учесть возможность отключения не только близких трехфазных КЗ, но и далеких однофазных, когда значения токов сопоставимы с наибольшими рабочими:

При невозможности выбора уставки расцепителя автомата для защит от однофазных и трехфазных КЗ, для однофазных КЗ выполняют отдельную защиту. После расчета уставок коммутационных аппаратов, уточняются тип, номинальные параметры и исполнение аппарата защиты.

Источник

Нормирование коммутационной способности выключателей

Выбор выключателей

Под коммутационной способностью выключателя понимают eго способность отключать и включать электрические цепи при КЗ. Соответственно установлены понятия номинального тока отключения I_от.ном и номинального тока включения I_вк.ном.

Номинальный ток отключения

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ к некоторому моменту τ определяют по огибающим кривым, как показано на рис.1.

Расчетное время τ размыкания дугогасительных контактов (в секундах), определяют как сумму собственного времени отключения выключателя t_от.сб и минимального времени срабатывания релейной защиты, принимаемого равным 0.01 с:

τ=t_от.сб+0,01 (1)

Собственное время отключения выключателя указывают заводы-изготовители. Его исчисляют от момента подачи команды на отключение до момента размыкания дугогасительных контактов.

Обычно номинальная асимметрия выражается в процентах:

Рис.2. Номинальная асимметрия отключаемого тока
как функция расчетного времени τ

При выборе выключателя по номинальному току отключения должны быть соблюдены следующие условия:

(2)

Если второе требование не выполнено, т.е. расчетное значение апериодической составляющей тока превышает номинальное значение, то в этом случае следует сопоставить условные значения полных токов отключения, а именно:

откуда

Из последнего выражения следует, что выключатель способен отключать ток КЗ при значении i_aτ, превышающем номинальное значение, при условии, что номинальный ток отключения превышает расчетный ток I_пτ в отношении

Номинальный ток включения

Под номинальным током включения понимают наибольший ток КЗ, который выключатель способен надежно включить. Заводы-изготовители определяют этот ток наибольшим действующим значением, которое установлено равным номинальному току отключения

и наибольшим мгновенным значением, которое установлено равным

Отсюда следует, что выключатель, выбранный по номинальному току отключения, способен также включить цепь с номинальным током включения. Поэтому дополнительной проверки не требуется.

Нормированные циклы операций включения и отключения

Для выключателей, предназначенных для работы с АПВ, нормированы следующие циклы:

Для выключателей, не предназначенных для работы с АПВ, установлен только второй цикл.

Проверка выключателя на электродинамическую и термическую стойкость

Условия электродинамической стойкости электрических аппаратов могут быть записаны следующим образом:

Для выключателей номинальные токи электродинамической стойкости установлены равными

(5)

Отсюда следует, что выключатель, выбранный по номинальному току отключения, отвечает условию электродинамической стойкости.

Условие термической стойкости выключателя может быть записано следующим образом:

I 2 _{тер.ном}t_{тер.ном}≥B (6)

Источник

Что называется током электродинамической стойкости выключателя

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Короткие замыкания в электроустановках

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО
И ТЕРМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Short-circuits in electrical installations.
Calculation methods of electrodynamics and thermal effects of short-circuit current

Дата введения 2008-07-01

Сведения о стандарте

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 437 «Токи короткого замыкания»

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на трехфазные электроустановки промышленной частоты и определяет методы расчета и проверки проводников и электрических аппаратов на электродинамическую и термическую стойкость при коротких замыканиях (КЗ).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 687-78 Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия

ГОСТ 16442-80 Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия

ГОСТ 18410-73 Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией. Технические условия

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

термическое действие тока короткого замыкания в электроустановке: Изменение температуры элементов электроустановки под действием тока короткого замыкания.

электродинамическое действие тока короткого замыкания в электроустановке: Механическое действие электродинамических сил, обусловленных током короткого замыкания, на элементы электроустановки.

интеграл Джоуля: Условная величина, характеризующая тепловое действие тока короткого замыкания на рассматриваемый элемент электроустановки, численно равная интегралу от квадрата тока короткого замыкания по времени, в пределах от начального момента короткого замыкания до момента его отключения.

ток термической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании (ток термической стойкости): Нормированный ток, термическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании в течение нормированного времени термической стойкости.

ток электродинамической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании (ток электродинамической стойкости): Нормированный ток, электродинамическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании без повреждений, препятствующих его дальнейшей работе.

4.1 Исходные положения

4.1.1 При проверке проводников и электрических аппаратов электроустановок на электродинамическую и термическую стойкость при КЗ предварительно должны быть выбраны расчетные условия КЗ, т.е. расчетная схема электроустановки, расчетный вид КЗ в электроустановке, расчетная точка КЗ, а также расчетная продолжительность КЗ в электроустановке (последнюю используют при проверке на термическую стойкость проводников и электрических аппаратов, а также при проверке на невозгораемость кабелей).

4.1.2 Расчетная схема электроустановки должна быть выбрана на основе анализа возможных электрических схем этой электроустановки при продолжительных режимах ее работы. К последним следует относить также ремонтные и послеаварийные режимы работы.

4.1.3 В качестве расчетного вида КЗ следует принимать:

4.1.4 В качестве расчетной точки КЗ следует принимать такую точку на расчетной схеме, при КЗ в которой проводник или электрический аппарат подвергается наибольшему электродинамическому или термическому воздействию.

При наличии устройств автоматического повторного включения (АПВ) цепи следует учитывать суммарное термическое действие тока КЗ.

4.1.6 При расчетной продолжительности КЗ до 1 с допустимо процесс нагрева проводников под действием тока КЗ считать адиабатическим, а при расчетной продолжительности КЗ более 1 с и при небыстродействующих АПВ следует учитывать теплоотдачу в окружающую среду.

5 Электродинамическое действие тока короткого замыкания

5.1 Расчет электродинамических сил взаимодействия проводников

, (1)

где — постоянный параметр, Н/А ;

— мгновенные значения токов проводников, А;

— длина проводников, м;

— расстояние между осями проводников, м;

Для проводников прямоугольного сечения коэффициент формы следует определять по кривым, приведенным на рисунке 1.

Для круглых проводников сплошного сечения, проводников кольцевого сечения, а также проводников (шин) корытообразного сечения с высотой профиля 0,1 м и более следует принимать =1,0.

5.1.2 Наибольшее значение электродинамической силы имеет место при ударном токе КЗ.

, (2)

— ударный ток трехфазного КЗ, А;

— коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников.

Значения коэффициента для некоторых типов шинных конструкций (рисунок 2) указаны в таблице 1.

Источник