Индукционные и электромагнитные явления

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

Электрическим аппаратом называется электротехническое устройство, предназначенное для управления потоком электрической энергии.

В системах электроснабжения и электропотребления потребителей электроэнергии для включения в работу и отключения из рабочего режима электроприемников и электроустановок применяются в основном контактные коммутационные аппараты. Некоторые конструкции коммутационных аппаратов могут отключать поврежденные участки электрической цепи в автоматическом режиме с целью предотвращения развития аварии. Такие аппараты называют защитными аппаратами.

Любой электрический аппарат представляет собой совокупность токоведущих частей, способных замыкать и размыкать электрическую цепь, разделенных между собой и от соседних конструкций надежной изоляцией, механизмов для управления режимом работы и устройств, обеспечивающих надежность его эксплуатации.

Электроустановки и, следовательно, коммутационные и защитные аппараты, применяемые в них, рассчитываются на разные напряжения:

- выше 1000 В (высокого напряжения, высоковольтные);

- до 1000 В (низкого напряжения, низковольтные).

По областям применения электрические контактные аппараты можно

разделить на аппараты распределения электрической энергии высокого и низкого напряжения, аппараты управления приводами и технологическими установками, аппараты релейной защиты и автоматики.

В зависимости от места установки аппаратов они делятся на аппараты наружной установки и внутренней установки. Для каждого вида установки выбираются аппараты по их климатическому исполнению и категории размещения.

Физические процессы в электрических аппаратах

Индукционные и электромагнитные явления

При протекании электрического тока по токоведущим элементам (проводникам) вокруг них возникает электромагнитное поле. В этом поле проводники оказывают воздействие друг на друга. При изменении тока в одном проводнике (полюсе аппарата) наблюдается изменение ЭДС индукции в другом проводнике – индукционные явления. Проводник с током в электромагнитном поле подвергается воздействиюмеханической силы, называемой электромагнитной силой –электромагнитные явления. Механические силы, возникающие между отдельными частями одного токоведущего контура или между соседними токоведущими контурами при прохождении по ним тока, называются электродинамическими силами.

На рис. 8.1 показано взаимодействие между двумя проводниками с токами

одинакового и противоположного направлений. Электродинамическая сила направлена в сторону, где магнитное поле ослаблено.

Рис. 8.1. Возникновение электродинамических сил межу двумя проводниками:

а) при одинаковом направлении токов: б) при разных направлениях токов

Электромагнитная сила зависит от величины тока и конфигурации проводника. Особенно заметно ее проявление при больших значениях тока, например, при коротких замыканиях. Эти силы способны вызвать деформацию или

поломку отдельных частей аппаратов. Чтобы не допустить разрушения аппаратов, прочность конструкции должна быть рассчитана исходя из максимальновозможных электродинамических сил, действующих на элементы аппаратов.

Способность коммутационного аппарата противостоять возникающим при токах короткого замыкания силам, называется его электродинамической стойкостью. Электродинамическая стойкость характеризуется амплитудным

значением тока i_дин, при котором механические напряжения в деталях аппарата не превышают допустимых значений. Электродинамическая стойкость аппарата приводится в конструкторской и эксплуатационной документации.

Для повышения электродинамической стойкости аппарата часто используют электродинамические явления, например, магнитный замок в разъединителях, электродинамический компенсатор – в автоматических выключателях.

Тепловые процессы.Электрический ток, протекающий по токоведущим частям, нагревает их. Нагреваются токопроводы, контакты и контактные соединения. Нагреваются соседние нетоковедущие части. В продолжительном режиме работы оборудования нагрев продолжается до установившейся температуры . При нагреве часть тепла отдается в окружающее пространство.

Процесс нагрева описывается уравнением

Постоянная времени нагрева представляет собой время, за которое проводник нагреется до установившейся температуры без отдачи тепла в окружающее пространство.

Наиболее интенсивно проводники нагреваются при токах короткого замыкания. При этом возможно расплавление проводника в местах уменьшенного сечения. Чтобы не допустить недопустимого нагрева аппарата, токоведущиечасти должны быть рассчитаны исходя из максимально возможных токов, возникающих при коротких замыканиях.

Способность аппарата не допускать недопустимого нагрева его частей,называется термической стойкостью аппарата. Термическая стойкость аппарата приводится в конструкторской и эксплуатационной документации.