Анализ электродинамических усилий в криогенных электроустановках автономных систем электроснабжения

Аннотация

Развитие сверхпроводящих электрических энергоустановок, в частности трансформаторов и накопителей энергии индуктивного типа, требует уточнения методов расчёта электродинамических усилий, возникающих в высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) обмотках. Это обусловлено тем, что плотность тока в ВТСП-обмотках может достигать 500 А/мм², что значительно превышает значения для медных обмоток (2 – 10 А/мм²) в условиях криогенной диэлектрической среды, такой как жидкий азот (77 К). Точное определение распределения электродинамических сил важно для оптимизации конструкции сверхпроводящих обмоток и повышения их механической прочности, дополняя такие известные методы, как предварительное натяжение и бандажирование, точным расчётом внутренних нагрузок. В настоящей работе установлены аналитические зависимости для продольных межвитковых электродинамических сил от ключевых конструктивных параметров, таких как межвитковое расстояние и диаметр витков. Пренебрежение этими силами может привести к недопустимой деформации обмотки, изменению её геометрии и разрушению, что влечёт за собой значительные экономические потери. Минимальное расстояние намотки определялось на основании двух критериев: условие электрической прочности изоляции, исходя из соотношения непрерывности электрического поля в диэлектриках; условие механической прочности, исключающее контакт витков под действием электродинамических сил, для чего применялся метод последовательного приближения для определения минимального расстояния между витками. На основе полученных результатов рассчитаны усилия намотки проводника на каркас, а также проведена оценка прочности изоляции с учётом этих усилий.

DOI: 10.71527/EP.EN.2026.05.001

EDN: EDUFNA