Меню

Динамическая стойкость по ударному току

Динамическая стойкость

date image2015-05-26
views image3782

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Динамической стойкостью аппарата называется его способность противостоять ЭДУ, возникающим при прохождении токов КЗ. Эта величина может выражаться либо непосредственно амплитудным значением тока iдин , при котором механические напряжения в деталях аппарата не выходят за пределы допустимых значений, либо кратностью этого тока относительно амплитуды номинального тока

Иногда электродинамическая стойкость оценивается действующим значением тока за один период (T=0,02 с, f=50 Гц) после начала КЗ.

Механическая прочность элементов конструкции электрических аппаратов зависит от значения ЭДУ, его направления, длительности воздействия и крутизны нарастания.. Расчеты прочности конструкций ведутся по максимальному значению ЭДУ, хотя действует оно кратковременно.

В однофазных установках расчет ЭДУ ведется по ударному току КЗ. Если КЗ произошло вблизи генератора, то за расчетное значение берется амплитуда ударного тока генератора в переходном режиме.

Для трехфазного аппарата за расчетный ток берется

где ток Im3 — амплитуда периодической составляющей тока трехфазного КЗ.

Расчет электродинамической стойкости проводится для проводников средней фазы, на которые действуют наибольшие значения ЭДУ. Механические напряжения в проводниковых материалах не должны превышать 140 МПа для меди марки МТ и 70 МПа для алюминия марки АТ.

Источник

Динамическая стойкость аппаратов

Электродинамические силы, возникающие в токоведущих ча­стях аппаратов, стремятся деформировать как сами проводники, так и изоляторы, с помощью которых эти проводники укреплены к заземленным частям аппарата.

Ранее было показано, что ЭДУ меняются как во времени, так и по направлению. Известно, что прочность материала зависит не только от величины силы, но и от направления, длительности ее воздействия и от крутизны нарастания. К сожалению, в настоящее время сведения о работе проводниковых и изоляционных материа­лов в динамическом режиме крайне ограничены. Поэтому расчет прочности конструкции, как правило, ведется, исходя из макси­мально возможных сил, хотя действуют эти силы кратковременно.

Электродинамической устойчивостью аппарата называется его способность противостоять силам, возникающим при протекании токов короткого замыкания. Эта устойчивость может выражаться либо непосредственно амплитудным значением тока , при кото­ром механические напряжения в деталях аппарата не выходят за пределы допустимых величин, либо кратностью этого тока отно­сительно амплитуды номинального тока

Иногда динамическая устойчивость оценивается действующим значением ударного тока за период после начала короткого замы­кания.

В однофазных установках расчет ЭДУ ведется по ударному току короткого замыкания

Если короткое замыкание произошло вблизи генератора, то за расчетную величину берется амплитуда сверхпереходного тока короткого замыкания.

Для трехфазного аппарата за расчетный ток принимается

где ток — амплитуда симметричной составляющей 3-фазного замыкания. Расчет устойчивости проводится для средней фазы, дающей наибольшее значение сил.

Для проводниковых материалов рекомендуется не превышать следующих значений механических напряжений:

При расчете динамической устойчивости аппарата нельзя упус­кать из виду возможность появления резонанса между гармони­чески меняющейся электродинамической силой и собственными ме­ханическими колебаниями токоведущей цепи аппарата. В случае, если частота переменной составляющей силы близко подходит к собственной частоте механических колебаний, то даже при сравни­тельно небольших силах вследствие явлений резонанса возможно разрушение аппарата.

Рассмотрим явление резонанса в токоведущих шинах электрического аппарата.

Шины под воздействием ЭДУ совершают вынужденные колебания в виде стоячих волн. Частота свободных колебаний шин выражается формулой

где – корни характеристического уравнения свободных колебаний шины;

l –длина свободного пролета шины, м;

E – модуль упругости, Па;

J – момент инерции сечения шины относительно оси изгиба, ;

M – масса единицы длины шины, кг/м.

Колебания шины имеют только нечетные гармоники, поэтому k принимает значения 1, 3, 5… Коэффициенты являются корнями характеристического уравнения колебания и принимают значения Если частота свободных колебаний выше 200 Гц, то расчет усилий, действующих на шины и изоляторы, производится для статического режима без учета резонанса. На рис. 1.18,а показаны изоляторы 1, 2 и жестко закрепленная на них токоведущая шина 3. Расстояние между изоляторами l называется свободным пролетом. На шину действует равномерно распределенное ЭДУ. Усилие на единицу длины шины p, Н/м, получают делением полного ЭДУ P на длину пролета l.

Рис. 1.18. К расчету электродинамической стойкости шин

a – расчетная схема; о – распределение момента М и поперечной силы Q в шине

К шине как балке, закрепленной на концах, прикладываются максимальные расчетные усилия, находятся механические напряжения в ней и усилия, действующие на изоляторы (рис. 1.18, б).

Максимальное механическое напряжение в шине, Па,

где М – максимальный изгибающий момент, Н×м;

W – момент сопротивления, м 3 .

д – длина свободного пролета шины, м;

– наибольшее значение удельной электродинамической нагрузки от соседней фазы, Н/м.

Нагрузка на изолятор

Прочность изолятора проверяется неравенством

где – минимальное разрушающее усилие, допустимое для изолятора, Н (берется по каталогу);

Н – высота изолятора, м;

– расстояние от основания изолятора до центра тяжести поперечного сечения шины, м.

Если частота свободных колебаний шины , то собственная частота колебаний приближается к частоте ЭДУ (50-100 Гц). При этом значение ЭДУ, действующего на проводники, увеличивается в десятки раз.

При конструировании стремятся исключить возможность резонанса за счет выбора длины свободного пролета шины.

Читайте также:  Укажите безопасные значения переменного электрического тока

При гибком креплении шины собственная частота механических колебаний снижается. Энергия ЭДУ частично тратится на деформацию токоведущих частей, частично на перемещение их и связанных с ними гибких креплений. При этом механические напряжения в материале шин уменьшаются.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .

Источник

Динамическое действие токов короткого замыкания. Электродинамическая стойкость электрических аппаратов.

I.Системы проводников при протекании по ним токов испытывают электродинамические взаимодействия, сопровождающиеся значительными механическими напряжениями. При одинаковом направлении тока проводники притягиваются, а если токи направлены в противоположные стороны, то отталкиваются.

Сила взаимодействия токов определяется по формулам, вытекающим из закона Био-Савара. Для двух параллельных проводников длиной l, расположенных на расстоянии а друг от друга, она может быть найдена из выражения

Если токи выражены в амперах, а сила F — в ньютонах, то коэффициент k равен 2×10 7 ; коэффициент kф учитывает форму проводника и может быть принят равным 1 для проводников круглого сечения независимо от расстояния между ними и для проводников любой формы, если расстояние в свету между ними больше периметра поперечного сечения токоведущей части.

Сила F распределена равномерно по длине параллельных проводников. Удельное усилие на единицу длины проводника для условий равно:

Электродинамические взаимодействия в трехфазных установках переменного тока имеют ряд ocoбенностей. Усилия изменяются во времени по значению и направлению и имеют колебательный характер.

Сила, действующая на проводник с током, определяется как результат взаимодействия его с токами в проводниках двух других фаз, при том в наиболее тяжелых условиях оказывается проводник средней фазы. Наибольшее удельное усилие на проводник средней фазы может быть определено из выражения, Н/м,

где Imамплитуда тока в фазе, А; а — расстояние между соседними фазами, м.

Коэффициент учитывает фазовые смещения токов в проводниках.

Взаимодействие проводников существенно возрастает в режиме КЗ, когда полный ток КЗ достигает своего наибольшего значения- ударного.

Для определения удельного усилия при трехфазном КЗ в системе проводников, пользуются выражением при условии , тогда

где — ударный ток трехфазного КЗ, А.

Выше рассматривались междуфазные усилия. Однако в реальных аппаратах и шинных конструкциях могут возникать довольно большие силы взаимодействия токов одной фазы. Это происходит при расщеплении фазы на ряд параллельных проводов, а также тогда, когда проводники не прямолинейны, а образуют петли, изгибаются под углом. Подобные силы имеют место в разъединителях, реакторах и других аппаратах.

Для предотвращения механических повреждении под действием усилий, возникающих в проводниках при протекании по ним токов КЗ, все элементы токоведущей конструкции должны обладать достаточной электродинамической стойкостью.

Под электродинамической стойкостью понимают обычно способность аппаратов или проводников выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ, без деформаций, препятствующих их дальнейшей нормальной работе.

Для электрических аппаратов завод-изготовитель указывает гарантийный ток КЗ, при котором обеспечивается электродинамическая стойкость. Чаще всего в каталогах на оборудование задается мгновенное значение тока электродинамической стойкости iдин (или imax ,или iпр.скв ).При выборе аппаратов гарантированный заводом-изготовителем ток сравнивается с расчетным ударным током КЗ. Должно быть выполнено условие .

Электродинамическая стойкость жестких шин, за исключением комплектных токопроводов и шин КРУ, определяется расчетом механических напряжений в материале проводника при КЗ. Критерием стойкости служит выполнение условия , где и — соответственно допустимое и расчетное значения механических напряжении и материале проводника.

Согласно ПУЭ на электродинамическую стойкость не проверяют аппараты и проводники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на ток до 60 A, a также аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при условии их расположения в отдельной камере.

Не рассчитывают механические напряжения от сил электродинамического взаимодействия в гибких проводах. Однако при ударных токах более 50 кА такие провода требуется проверять на схлестывание.

В ПУЭ оговорены также другие частные случаи, когда допустимо не проверять аппараты и проводники на электродинамическую стойкость при КЗ.

II.Известно, что системы проводников при протекании по ним токов испытывают электродинами­ческие взаимодействия, сопровождающиеся значительными механическими напряжениями.

При одинаковом направлении тока проводники притягиваются, а если токи направлены в противоположные стороны, то отталкиваются

Рис. 18.1. Электродинамическое взаимодействие между двумя токоведущими частями при согласном (а) и встречном (б) направлениях токов.

Сила взаимодействия токов определяется по формулам, вытекающим из закона Био-Савара. Для двух параллельных проводников длиной l, расположенных на расстоянии а друг от друга, она может быть найдена из выражения

Если токи выражены в амперах, а сила F — в ньютонах, то коэффи­циент k равен 2∙10 -7 ; коэффициент kф учитывает форму провод­ника и может быть принят равным единице для проводников круглого сечения независимо от расстояния между ними и для проводников любой формы, если расстояние в свету между ними будет больше периметра поперечного сечения токоведущей части. В противном случае коэффициент kф отличен от единицы и при вычислении усилий должен быть предварительно определен по специальным графикам.

Читайте также:  Допустимый длительный ток для медного кабеля пуэ

Сила F распределена равномерно по длине параллельных проводни­ков. Удельное усилие на единицу длины проводника для условий рис. 18.1 равно:

Электродинамические взаимодействия в трехфазных установках пере­менного тока имеют ряд особенностей. На рис. 18.2 изображены векторы усилий между проводниками отдельных фаз, расположенных в одной плоскости, в различные моменты времени на протяжении одного периода переменного тока. Усилия изменяются во времени по значению и направ­лению и имеют колебательный характер.

Сила, действующая на проводник с током, определяется как резуль­тат взаимодействия его с токами в проводниках двух других фаз, при этом в наиболее тяжелых условиях оказывается проводник средней фазы. Наибольшее удельное усилие на проводник средней фазы может быть определено из выражения, Н/м,

где Im — амплитуда тока в фазе, А; а — расстояние между соседними фазами, м.

Коэффициент учитывает фазовые смещения токов в проводниках.

Рис. 18.2.Электродинамические взаи­модействия в трехфазной системе про­водников:

а-в — силы взаимодействия для разных моментов периода;

г — кривые изменения токов в фазах

Взаимодействие проводников существенно возрастает в режиме КЗ, когда полный ток КЗ, достигает своего наибольшего значения — ударного. При оценке взаимодействия фаз необходимо рассматривать двух­фазное и трехфазное КЗ.

Для определения удельного усилия при трехфазном КЗ в системе проводников, показанной на рис. 18.2, пользуются выражением (18.3) при условии тогда,

где ίy (3) — ударный ток трехфазного КЗ, А.

В случае двухфазного КЗ влияние третьей (неповрежденной) фазы ничтожно мало, поэтому для определения удельного усилия используют выражение (18.2), принимая во внимание, что .Следова­тельно,

где ίy (2) — ударный ток двухфазного КЗ, А.

Рис. 18.3. Эпюры элект­родинамических взаимо­действий в пределах одной фазы масляного выклю­чателя

Учитывая, что , нетрудно по­казать, что междуфазное усилие при трех­фазном КЗ больше, чем при двухфазном. Поэтому расчетным видом КЗ при оценке электродинамических сил считают трехфазное.

Выше рассматривались междуфазные уси­лия. Однако в реальных аппаратах и шин­ных конструкциях могут возникать довольно большие силы взаимодействия токов одной фазы. Это происходит при расщеплении фазы на ряд параллельных проводов, а также тогда, когда проводники не прямолинейны, а обра­зуют петли, изгибаются под углом. На рис. 18.3 в качестве примера показана эпюра усилий, возникающих в пределах токоведущего контура фазы масляного выключателя.

Такие силы могут привести к самопроизволь­ному отключению выключателя, если не при­нять соответствующих мер. Так, например, при токе ίy = 50 кА на траверсу подвиж­ных контактов выключателя МКП-35 дей­ствует сила, равная примерно 2000Н. Подобные силы имеют место в разъединителях, реакторах и других аппаратах.

Для предотвращения механических повреждений под действием усилий, возникающих в проводниках при протекании по ним токов КЗ, все эле­менты токоведущей конструкции должны обладать достаточной электро­динамической стойкостью.

Под электродинамической стойкостью понимают обычно способность аппаратов или проводников выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ, без деформации, препятствующих их дальней­шей нормальной работе.

Для электрических аппаратов завод-изготовитель указывает гарантий­ный ток КЗ, при котором обеспечивается электродинамическая стой­кость. Чаще всего в каталогах на оборудование задается мгновенное значение тока электро- динамической стойкости ίдин, (или ίmax, или ίпр.скв). При выборе аппаратов гарантированный заводом-изготовителем ток сравнивается с расчетным ударным током КЗ. Должно быть выполнено условие ίдин (max, пр.скв) ίy (3) .

Электродинамическая стойкость жестких шин, за исключением комп­лектных токопроводов и шин КРУ, определяется расчетом механических напряжений в материале проводника при КЗ. Критерием стойкости служит выполнение условия

где σдоп и σрасч — соответственно допустимое и расчетное значения меха­нических напряжений в материале проводника.

Согласно ПУЭ на электродинамическую стойкость не проверяют аппа­раты и проводники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на ток до 60 А, а также аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при условии их расположения в отдельной камере.

Не рассчитывают механические напряжения от сил электродинамиче­ского взаимодействия в гибких проводах. Однако при ударных токах более 50 кА такие провода требуется проверять на схлестывание.

В ПУЭ оговорены также другие частные случаи, когда допустимо не проверять аппараты и проводники на электродинамическую стойкость при КЗ.

Источник



Динамическая стойкость

Динамическая составляющая ДДИн возникает в тех случаях, когда информативный параметр сигнала изменяется во времени, а инерционные свойства СИ не позволяют произвести его точное измерение.

На 3.50 приведены зависимости отдельных составляющих суммарной ошибки от эквивалентной полосы пропускания Рэ замкнутой следящей системы. Из 3.50 следует, что с ростом полосы пропускания динамическая составляющая падает, а флуктуационная возрастает. Минимальное значение суммарной ошибки

Ток якоря электродвигателя состоит из динамической и статической составляющих. Динамическая составляющая тока, подаваемая на вход регулятора 5, в переходных режимах оказывает корректирующее действие, в то время как статическая составляющая — компаундирующее действие, смягчая механическую характеристику электропривода. В одних случаях такое смягчение характеристики соответствует требованиям технологии; в других — желательно иметь более жесткую механическую характеристику, которая может быть получена соответствующим выбором звена 5, Передаточная функция этого звена должна стремиться К нулю при

Читайте также:  Lm358 как стабилизатор тока

Ток якоря электродвигателя состоит из динамической и статической составляющих. Динамическая составляющая тока, подаваемая на вход регулятора 5, в переходных режимах оказывает корректирующее действие, в то время как статическая составляющая — компаундирующее действие, смягчая механическую характеристику электропривода. В одних случаях такое смягчение характеристики соответствует требованиям технологии; в других — желательно иметь более жесткую механическую характеристику, которая может быть получена соответствующим выбором звена 5, Передаточная функция этого звена должна стремиться К нулю при

Основное назначение приводного электродвигателя заключается в преобразовании электрической энергии, потребляемой им из сети, в механическую, отдаваемую через вал двигателя. В соответствии с основными законами механики сумма моментов сил относительно любой оси равна нулю. Следовательно, вращающий момент электродвигателя М, определяемый электромагнитными процессами в нем, всегда уравновешивается моментом, приложенным к валу электродвигателя со стороны приводимого механизма. При установившейся скорости вращения — это полезная нагрузка и суммарные потери в механизме Мс, при изменении скорости к моменту М с добавляется динамическая составляющая Мд, вызываемая изменением запаса кинетической энергии движущихся частей.

Динамическая составляющая обратного тока не только увеличивает полное значение обратного тока, но и сдвигает его максимум, как показывают кривые на 3-33, а, вправо от оси ординат соответственно максимальной скорости нарастания обратного напряжения (dub/dt)MaEC.

Динамическая составляющая обратного тока 331

При длительной работе механизма с постоянными нагрузкой и скоростью динамическая составляющая нагрузки является относительно кратковременной и не оказыва ет существенного влияния на вид нагрузочной диа граммы. В этом случае можно считать, что Мрг0=-=const и нагрузка на валу двигателя Л4=МС=

показанный на 6.13, а, является нерезонансным, динамическая составляющая усилия в этом случае пропорциональна квадрату установившегося значения тока короткого замыкания, а среднее значение кривой процесса (Р’_) равно амплитуде переменной составляющей Р1.. На кривой

Динамическая составляющая неуравновешенности может быть обнаружена и устранена только при вращении ротора, т. е. динамической балансировкой.

—— — динамическая составляющая тока затвора. dt

В закрытых распределительных устройствах (РУ) в качестве токоведущих частей, соединяющих между собой аппараты главных цепей, и в качестве сборных шин применяют неизолированные токоведущие проводники прямоугольного, круглого или профильного сечения. Преимущественное применение находят алюминиевые шины. При токах нагрузки до 300—400 А используют и стальные шины. Сравнивая шины круглого и прямоугольного сечений одинаковой площади, можно установить, что последние имеют большую охлаждающую поверхность и поэтому могут нести большую токовую нагрузку. Кроме того, динамическая стойкость плоских шин при протекании тока к. з. может быть сделана большей, чем у круглых шин того же сечения. Поэтому в закрытых распределительных устройствах применяют только плоские шины.

улучшаются условия их охлаждения. При установке шин плашмя так, что они обращены к шинам соседней фазы ребром, увеличивается их динамическая стойкость.

4. В то же время расчет токов КЗ следует выполнять в случаях совместного питания силовых и осветительных нагрузок, если в осветительной сети применены осветительные шинопроводы, питающиеся от распределительных шинопроводов. Динамическая стойкость шинопрово-дов типа ШОС составляет 5 кА, что значительно ниже стойкости шинопроводов типа ШРА (15—35 кА).

Динамическая стойкость, кА

Тип Номинальный ток ‘HOMi А Динамическая стойкость, кА Сечение рабочей шины, мм2

Проводники и аппараты выбирают по расчетным условиям нормального режима и проверяют на работоспособность в условиях анормальных режимов (допустимый нагрев длительным максимальным током, термическая и динамическая стойкость при коротких замыканиях, опасное сближение гибких проводников под действием электродинамических сил при к.з.).

Динамическая стойкость — отношение амплитудного значения предельного сквозного тока короткого замыкания, выдерживаемого трансформатором без механических повреждений, к амплитудному значению номинального первичного тока.

Динамическая стойкость — отношение амплитудного значения предельного сквозного тока короткого замыкания, выдерживаемого трансформатором без механических повреждений, к амплитудному значению номинального первичного тока.

К недостаткам синхронных компенсаторов следует отнести удорожание и усложнение эксплуатации (по сравнению, например, с конденсаторными батареями) и значительный шум во время работы. Положительными свойствами синхронных компенсаторов как источников реактивной мощности являются возможность плавного и автоматического регулирования, независимость генерации реактивной мощности от напряжения на их шинах, достаточная термическая и динамическая стойкость обмоток компенсаторов во время к. з., возможность восстановления поврежденных синхронных компенсаторов путем проведения ремонтных работ.

2) Требуемая динамическая стойкость проводника в режиме трехфазного к. з. Чтобы механическое напряжение изгиба в жестком проводнике не превышало допускаемого значения, необходимо выполнить условие

Расчет токов КЗ следует выполнять в случаях совместного питания силовых и осветительных нагрузок, если в осветительной сети применены осветительные шинопроводы, питающиеся от распределительных шинопроводов. Динамическая стойкость шинопроводов типа ШОС составляет 5 кА, что значительно ниже стойкости шинопроводов типа ШРА (15—35 кА). Если цеховая электрическая сеть состоит из кабелей или проводов в трубах, то для выбора и проверки аппаратов напряжением до 1 кВ расчет токов КЗ в таких сетях является обязательным.

Источник