Несмотря на наличие цифровых программ расчета сверхтоков и механических воздействий, например, EМТР, ЕТАР, РЭСТ и др., существует потребность проведения упрощенных качественных расчетов на указанные элементы на этапе предварительного проектирования для оценки влияния ключевых параметров на выбор надлежащих элементов и возможный диапазон их изменения в процессе проектирования, эксплуатации и модернизации.
Аналитические выражения для расчета электродинамических усилий и токов КЗ, полученные в классической литературе [1–3], становятся недостаточными с ростом мощностей электроустановок. Рост мощностей и усложнение конструкций электрооборудования потребовали в [4–7] выполнить анализ токов КЗ и реализацию испытаний для получения сверхтоков на основе ударных генераторов и синтетических схем. Литература [8, 9] использована в качестве основной базы для расчета шинных конструкций на большие сверхтоки для АЭС, которые могут достигать 800 кА и требует экранирования токопроводов и электрооборудования. Условия работы такого электрооборудования рассматриваются в [10–12] и требуют проведения дальнейших исследований с использованием цифровых моделей и испытательных схем.
Целью статьи является анализ электродинамических сил в трехфазных генераторных токопроводах при возникновении КЗ с последующим рассмотрением ряда мероприятий по их снижению.
На рис. 1 приведена структурная схема соединений силовых элементов на электростанции или подстанции, где обозначены: ЭМ – электромашина (синхронный генератор СГ или синхронный двигатель СД); Ш – токопровод (шинопровод); В, Р – выключатель и разъединитель; СТ – силовой трансформатор; ВЛ (КЛ) – воздушная (кабельная) линия.
Взаимодействие двух проводников конечной длины достаточно исследовано и приведено в литературе, например [1, 2]. Для прямолинейных нитевидных произвольно расположенных проводников элементарная сила dQ1 на каждый элемент dl1, проводника с током i1, находящегося в магнитном поле проводника с током i2, показана на рис. 2 и равна: