ЭДУ в кольцевом витке и между кольцевыми витками

Любой кольцевой виток стремится разорваться. Элементы противоположных сторон витка можно рассматривать как два параллельных проводника, по которым течет ток, сдвинутый по фазе на 180°, т.е. витки катушки будут стремиться разорваться

Сила, действующая в этом случае:

 

Рис. 4.1. ЭДУ в кольцевом витке

Межкольцевые витки представляют собой проводники с током согласного направления поэтому проводники притягиваются друг к другу. Таким образом, проводники, сформированные в катушку, никогда не распадутся.

ЭДУ в проводниках переменного сечения

Рис.2- ЭДУ в контактной системе автоматического выключателя

Контактирование происходит не по всей поверхности, а в отдельных точках в силу неровностей (шероховатости) любой, даже тщательно обработанной поверхности.

Горизонтальные электродинамические силы F_Г взаимно компенсируются, а вертикальные F_В - образуют результирующие силы F_Э, которые будут направлены в различные стороны. Таким образом, электрический контакт всегда стремится саморазорваться. Силы, которые стремятся разорвать контакт, малы при номинальных токах и значения их возрастают при токах короткого замыкания. Силы противодействующих пружин F_П должны препятствовать разрыву контакта.

 

ЭДУ между проводником с током и ферромагнитной массой

Проводник с током около ферромагнитной массы

Силовые линии магнитного поля стремятся замкнуться через магнитный материал, и магнитное поле между проводником с током и ферромагнитной массой получается ослабленным. Именно в сторону ослабленного магнитного поля и направлена сила, и проводник с током (например, электрическая дуга) притягивается к магнитному материалу. На этом же принципе основано действие магнитного замка. Следовательно, сила  будет стремиться затягивать проводник с током внутрь ферромагнитной массы.

 

Рис.3-Проводник с током вне стальной пластины

 

Проводник с током внутри ферромагнитной массы

Поле между “проводником с током” и границей ферромагнитной массы усилено. Следовательно, сила  будет стремиться затягивать проводник с током внутрь ферромагнитной массы. Дойдя до противоположной границы, он будет отталкиваться внутрь ферромагнитной массы. Таким образом, электрическая дуга, “единожды затянутая” в стальную пластину, не сможет “выйти” из неё.

Рис.4- Проводник с током внутри стальной пластины

Рис.5- Проводник с током около фигурных стальных пластин    дугогасительной решетки (ферромагнитной массы)

 

Сила, действующая на дугу:

где	l	–	толщина пластины;
	δx	–	расстояние между границами пластины.

При затягиваниидуги происходит уменьшение расстояния δ_Х, и сила, действующая на дугу, увеличивается по мере сужения щели.

 

ЭДУ при переменном токе

Всё перечисленное ранее, справедливо и для переменного тока, только сила, возникающая при этом, будет иметь переменное (во времени, но не в пространстве) значение.

а) переменный однофазный ток.

Ток изменяется по синусоидальному закону:

 

 

где  - постоянная величина. Учтем, что , перепишем формулу

.

Введем следующие обозначения:

Таким образом, на переменном токе сила состоит из двух составляющих: постоянной (F') и переменной (F"), изменяющейся во времени с удвоенной частотой и с той же амплитудой F', что и постоянная составляющая. Изобразим это графически на рис.: F_t = F' + F".

Рис.6- Сила, возникающая в результате протекания переменного тока

        по проводнику

 

Переменная сила всегда располагается выше оси абсцисс, изменяется с двойной частотой, (т.е. всегда положительна, не изменяет свой знак, а значит и направление). В момент перехода тока через ноль сила снижается до нуля.

 

 

Определим величину максимальной силы F_m:

, т.к.
где	I	–	действующее значение тока.

На переменном токе сила в два раза больше, чем при таком же действующем значении постоянного тока.

При коротком замыкании в первый полупериод возникает ударное значение тока:

где	kУ	–	ударный коэффициент, kУ = 1,8:

 

 

При коротком замыкании возникает ударная сила, которая в 6,48 раз превышает значение силы при таком же действующем значении постоянного тока.

б) переменный трёхфазный ток.

Рассмотрим три проводника, идущие параллельно.

 

 

Рис.7- ЭДУ при трехфазном токе

 

Токи, протекающие по проводникам, сдвинуты на угол 120°. На проводник 2 оказывают силовое воздействие проводники 1 и 3. Это силовое воздействие будет максимальным:

На переменном трёхфазном токе электродинамические силы меньше, чем при переменном однофазном токе.

в) механический резонанс.

Механический резонанс возникает при совпадении частоты электродинамической силы с собственной частотой колебания механической системы. В этом случае деформация механической системы с каждым периодом будет возрастать и в какой-то момент механическая система разрушится. Поэтому при проектировании специально рассчитывается, чтобы таких совпадений не возникало.

 

3) Определение допустимого тока в длительном режиме и в режиме

      короткого замыкания. Тепловой импульс. Термическая устойчивость.

Длительно допустимый ток токоведущих частей

Каждый электрический аппарат обычно по условиям изоляции имеет допустимую температуру нагрева q_доп. Выразим в уравнение  t _у через температуру окружающей среды и допустимую температуру провода:

qдоп – qокр.ср= tуст =

Выразим ток из выражения, и определим его как ток, который можно пропускать по токоведущим частям электрического аппарата, (кабелю, проводу) и при этом температура электрического аппарата (кабеля, провода) не превысит допустимого значения. Такой ток получил название длительно-допустимого (номинального) тока:

I доп(ном)=

Для электрических аппаратовноминальный ток - это ток, длительное протекание которого не вызывает нагрева электрического аппарата сверх заданной температуры.

Если в электрическом аппарате (кабеле, проводе) материал токоведущих частей заменить, с алюминия на медь, сохраняя конструктивные размеры, то это приведет к уменьшению активного сопротивления R.. И значение номинального тока данного аппарата (кабеля, провода) увеличится.

Аналогичный результат (увеличение номинального тока) можно получить, если увеличить поверхность охлаждения F, т.е улучшить условия охлаждения, или увеличить коэффициент теплоотдачи, (например, за счет изменения способа прокладки кабеля перенеся его с эстакады в земляную траншею), или увеличить возможную допустимую температуру Q_ДОП за счет использования другого класса изоляции.