Расчёт ТПЖ Милликен в ELCUT

Расчёт ТПЖ Милликен в ELCUT.

Моделирование электромагнитного поля многопроволочных жил в ELCUT позволяет понять принцип их работы. И, соответственно, ставить численные опыты (вместо дорогостоящих натурных) по улучшению их характеристик.

Ранее [1] сообщалось о расчётах в ELCUT частотного хода сопротивления жил Литц (до 25 МГц).

Здесь исследовано тепловыделение в сегментированных жилах Милликен для силовых кабелей (50 Гц) подобных описанным в [2,3].
На этой частоте толщина поверхностного тока в меди δ = 1/(σμω/2)^1/2 = 9.5 мм. И, как показано в [1], калибр проволок должен быть намного меньше.

---

Справа на рис.1 приведена цветовая карта токов в жиле Милликен [2].
Как видно, её плетение приводит к выравниванию тока и втягиванию его поверхностного максимума в объём.

Пишут [2], что это снижает нагрев жил на 15%. Что позволяет на 8 % поднять их токовую нагрузку и, стало быть, направляемую ими мощность.

Исходя из профанных соображений о расположении проволок в сегментах (центр на рис.1 [3]), построили геометрическую модель и исследовали в ELCUT токи в Милликен из шести треугольных секторов(справа на рис.2). Слева – в 1/6 жилы с обычной скруткой (тоже шестигранной для сравнения).

---

Качественно цветовая карта распределения токов в Милликен похожа на приведенную на рис.1. О степени же однородности можно судить по расчётным профилям (рис.3).

Как видно на графике справа (профиль вдоль красной стрелки на рис.2) – налицо двух-трёхкратный разброс тока, вместо выключения ядра у обычной жилы (слева).

---

Но ценой частичного выключения ядра сегмента,
и даже хуже – с обратным током (рис.4, профиль вдоль синей стрелки на рис.2).

Так что есть запас по снижению тепловых потерь. Например, если выбросить центральный повив, то получается 3% снижение общего нагрева (помимо 16% экономии меди).

---

Впрочем, в Литц эту медь можно и задействовать, как [1-3]. Что уменьшает области с пониженным и отрицательным током (рис.5), хотя и не удаляет их (рис.4 справа , вдоль стрелки на рис.5).


рис.5

---

Рис.6 - увеличенная карта Литц-Милликен на рис.5

---

Самый, однако, интересный численный результат ELCUT – во сколько раз тепловые потери в ТПЖ больше минимальных: R(50Гц)/R(0 Гц) (рис.7).
Как видно, в некотором диапазоне сечений и Милликен, и Литц обеспечивают не малое снижение кратности потерь. Которое, впрочем, теряется: в рассмотренных моделях – выше 3500...4500 мм2. Что связано с квадратичным законом роста потерь, аналогичным частотному [1].

Детальное исследование токов (рис.6) наталкивает на поиск оптимального расположения проволок с растяжением пологого участка кривых до сечений 20000 мм2 (кружки на рис.7). Как далее направо – не ясно, равно как и вниз: необходимы более мощные вычислители. Справа на рисунке – выигрыш по нагреву относительно обычной ТПЖ. Треугольники – Милликен [2].
Как видно, есть ещё значительный запас повышения эффективности многопроволочных жил.

---

В качестве дополнительного приза ELCUT-расчёты показали, что для кружков на рис.7 может быть использована отечественная технология [5].
По её логике в разы, если не порядок более дешёвая и перспективная, нежели хитро-плетения литц-милликен.

---

Выводы.
1. Моделирование в ELCUT электромагнитного поля многопроволочных жил дают ключ к пониманию принципа работы жил Литц и Милликен. И, стало быть, ставить численные опыты (вместо дорогостоящих натурных!) по снижению в них тепловых потерь.

2. Моделирование показывает, что у технологий Милликен есть ещё значительный запас по подавлению поверхностного эффекта относительно ныне реализованного.

3. Работа с ВЧ-жилами Литц [1], позволяет сделать минимально затратными и натурные опыты. К примеру, если вместо ТПЖ 2000 мм2 (50 Гц) исследовать аналогичную конструкцию калибром 0.5 мм (500 КГц).

4. Применение отечественных технологий позволяет рассчитывать на приближение тепловых потерь в жилах переменного тока к минимуму (на постоянно токе).

---

1 Кабель в науке. Литц в Новом 2016 Году. http://kommunika.ru/?p=15133
//www.ruscable.ru/interactive/forum/show_msg-475297.html#msg475306

2 Высокая эффективность работы кабелей или уменьшение затрат на строительство кабельных систем ? Компания "Sьdkabel" предлагает своё решение. ООО "СистеК". Кабель-news, №5, 2010, c.4-7.

3 Ф.Лету. Токопроводящие жилы высокого качества для высоковольтных и сверхвысоковольтных кабелей ( типа "Милликен"). "Кабели и провода" №1, 2008, с.18-21.

4 ГОСТ 22483-12 (IEC 60228:2004). Жилы токопроводящие медные и алюминиевые для кабелей . проводов и шнуров . Основные параметры. Технические требования (ГОСТ 22483-77, СТ СЭВ 3466-81)

5 А.Листратенков А.Кобеливкер. "Кабель-news" №5, 2014, с.58-60.

---

Эта ветка была перемещена из раздела: Вопросы по кабелям, материалам и аксессуарам

---