Электродинамические усилия в проводниках
короткой сети (механический резонанс)
Электродинамические усилия в проводниках вторичного токопровода могут
возникать не только вследствие возникновения коротких замыканий, но и
вследствие механического резонанса, который при определенных условиях
может возникать в шинопроводе при протекании переменного тока.
Наибольшую опасность механический резонанс представляет при токах
короткого замыкания. Одиночную шину, закрепленную с двух концов, по
кото-ро'й протекает переменный ток можно рассматривать как упругую
систему, имеющую собственные колебания определенной частоты и
подвергающуюся воздействию периодически изменяющихся усилий, зависящих
от частоты тока в сети. Исследования показали, что при выборе вторичного
токопровода и размеров шин в установках переменного тока нельзя
пренебрегать опасностью возникновения механического резонанса [14].
Механические усилия в шинах при коротких замыканиях имеют колебательный
характер, так как электродинамическая сила пульсирует с двойной частотой
переменного тока. Шнны же, благодаря упругости, обладают также
собственными механическими колебаниями, частота которых может оказаться
близкой или совпасть с частотой электродинамических усилий. Если
собственная частота шин равна частоте переменного тока, то наступает
раскачивание и сильные вибрации, а при удвоенной частоте механический
резонанс, при котором усилия и напряжения в материале шин могут возрасти
сверх допустимых значений и достигнуть опасных вели-чин. При вибрации
напряжения в металле шин могут увеличиться в 2—3 раза, а при
механическом резонансе в 3—5 раз и более, в результате чего при коротких
замыканиях возможны разрушения шин. Поэтому кроме обычного расчета шин
на механическую прочность производится проверка собственной частоты
конструкции. Для предотвращения возникновения вибраций и резонансных
явлений необходимо, чтобы расчетная частота собственных колебаний шинной
конструкции на участках между жесткими креплениями была ниже 30 Гц или
выше 130 Гц, т. е. частот, близких к стандартной промышленной или ее
удвоенному значению.
Из формул (IV.9) следует, что частота собственных
колебаний прямоугольных шин прямо пропорциональна размеру стороны
поперечного сечения, параллельной направлению колебаний, и обратно
пропорциональна квадрату пролета. Изменяя параметры b и I, можно в
необходимых пределах изменять собственные частоты колебаний
прямоугольных шин. В том случае, когда расчетная величина частоты
собственных колебаний шин оказывается близкой к границам опасной зоны, а
изменение параметров шип с целью удаления от опасной зоны невозможно,
возникает необходимость определить значение усилия, действующего в
пролете, с учетом влияния собственных колебаний.