Kalbant apie elektros energijos sistemas, laidininko medžiagos pasirinkimas gali lemti našumą arba jį sugadinti. Vario ir sidabro elektrinis laidumas yra vienas svarbiausių elektrotechnikos palyginimų, todėl norint optimaliai projektuoti sistemą, labai svarbu suprasti, kaip šios medžiagos veikia skirtingose elektros energijos srityse.
Apatinė eilutė priekyje: Sidabras pasižymi didžiausiu elektriniu laidumu – 63 x 10^6 siemens/metru (maždaug 7% didesnis nei varis), tačiau vario laidumas, siekiantis 59 x 10^6 siemens/metrui, kartu su puikiu ekonomiškumu ir patvarumu daro jį tinkamiausiu pasirinkimu daugumai elektros energijos tiekimo sričių.
Elektros laidumo supratimas: energetikos sistemų pagrindai
Elektros laidumas rodo, kaip gerai medžiaga praleidžia elektros srovę, o mažesnė varža leidžia lengviau tekėti elektros krūviui. Šioje srityje puikiai veikia ir varis, ir sidabras, tačiau jų pritaikymas labai skiriasi dėl praktinių aspektų.
Svarbiausi laidumo faktai:
- Sidabro laidumas: 63 x 10^6 siemens/metrui
- Vario laidumas: 59 x 10^6 siemens/metrui
- Varis elektros reikmėms įprastai rafinuojamas iki 99,98% grynumo.
Elektros energijos perdavimo ir paskirstymo sistemos
Aukštos įtampos elektros linijos
Variniams statybiniams laidams reikia mažiau izoliacijos ir mažesnių vamzdžių nei aliuminiams dėl geresnio laidumo, todėl į tam tikrą vamzdį telpa daugiau varinių laidų. Požeminėse perdavimo sistemose varis yra pageidaujama laidininko medžiaga požeminėms perdavimo linijoms, veikiančioms esant aukštai ir itin aukštai įtampai iki 400 kV, dėl didesnio tūrinio elektros ir šilumos laidumo.
Kodėl varis dominuoja elektros energijos paskirstyme:
- Puikus šilumos laidumas (60% geresnis nei aliuminio) taupo energiją ir pagreitina šilumos išsiskyrimą
- Puikios šliaužimo savybės sumažina jungčių atsipalaidavimą
- Vario oksidas taip pat praleidžia elektrą, todėl jungtis neperkaista.
Pastato elektros sistemos
12 (AWG) skersmens varinis laidas yra dažniausiai naudojamas pastatų atšakų grandinės laidams. Dėl medžiagos patikimumo jis tapo pramonės standartu, o variniai laidai atitinka visus elektros laidininkų kodeksus, potvarkius ir reglamentus visoje Jungtinėse Amerikos Valstijose.
Sidabro ribotas vaidmuo: Nors sidabras pasižymi didesniu laidumu, jo kaina neleidžia plačiai jį naudoti pastatų sistemose. Sidabro polinkis oksiduotis ir prarasti efektyvumą kaip elektros laidininkas, kartu su santykinai nedideliu laidumo padidėjimu, daro varį jautresnį daugeliu atvejų.
Atsinaujinančios energijos taikymas
Saulės energijos sistemos
Varis atlieka didesnį vaidmenį atsinaujinančios energijos gamyboje nei įprastose šiluminėse elektrinėse, nes atsinaujinančiosioms technologijoms reikia keturis–šešis kartus daugiau vario vienam įrengtam MW. Tačiau sidabras atlieka labai svarbų specializuotą vaidmenį pačiose saulės baterijose.
Sidabras fotovoltinėse medžiagose:
- Sidabras idealiai tinka saulės baterijoms dėl savo puikaus elektros ir šilumos laidumo
- Sidabro pasta naudojama fotovoltiniuose elementuose, pasižyminti dideliu laidumu, leidžiančiu efektyviai surinkti ir perduoti saulės energiją.
- Potencialūs pakaitiniai metalai negali prilygti sidabrui pagal energijos gamybą iš vienos saulės baterijos
Varis saulės energijos infrastruktūroje:
Saulės elementai paprastai paverčia 20% krintančios saulės šviesos į elektros energiją, o variu kontaktuojantys silicio saulės elementai tampa svarbia sidabro alternatyva kaip pageidaujama laidininko medžiaga, siekiant sumažinti sąnaudas.
Vėjo energijos sistemos
Didžioji dalis vario visame pasaulyje naudojama elektros laidams, įskaitant generatorių ir variklių rites. Vėjo turbinoms reikia daug varinių laidų:
- Generatoriaus apvijos
- Elektros perdavimo kabeliai
- Valdymo sistemos
- Tinklo prijungimo infrastruktūra
Automobilių ir elektromobilių taikymas
Tradicinės automobilių sistemos
Vario vielos panaudojimo sritys automobilių pramonėje apima elektros komponentų, akumuliatorių kabelių ir įkrovimo stotelių, ekranavimo gaminių, elektromobilių akumuliatorių jungčių šynų ir oro pagalvių gamybą.
Elektromobilių revoliucija
Automobilių pramonė yra vis didėjantis vario ir sidabro panaudojimo mūšio laukas:
Sidabras elektromobiliuose:
- Baterijomis varomose elektrinėse transporto priemonėse yra iki dvigubai daugiau sidabro nei vidaus degimo varomose transporto priemonėse
- Dėl puikių elektrinių savybių sidabrą sunku pakeisti daugelyje ir vis didėjančių automobilių pramonės šakų.
- Tikimasi, kad įkrovimo stotelėse reikės gerokai daugiau sidabro
Varis elektromobilių infrastruktūroje:
- Hibridiniai automobiliai ir visureigiai naudoja varinius indukcinius variklius, kurie energiją gauna iš akumuliatorių.
- „Tesla“ automobiliuose naudojami variniai rotoriai, o visiškai elektrinis rodsteris nuo 0 iki 100 km/h įsibėgėja per 3,7 sekundės.
Elektronika ir telekomunikacijos
Aukšto dažnio programos
Dėl didelės sidabro kainos ir mažo tempiamojo stiprumo jis gali būti naudojamas tik specialioms reikmėms, tokioms kaip jungiamųjų detalių dengimas ir slystančių kontaktinių paviršių dengimas, taip pat laidininkų dengimas aukštos kokybės bendraašiuose kabeliuose, naudojamuose dažniais virš 30 MHz.
Silverio specializuotas elektronikos vaidmuo:
- Sidabras paprastai naudojamas kaip specialiosios elektronikos ir jautrių sistemų, tokių kaip pramoniniai jungikliai ir automobilių kontaktai, komponentas.
- Sidabras yra plačiai naudojamas jautrioje elektronikoje, ypač medicinos prietaisuose ir aviacijos bei kosmoso inžinerijoje, kur patikimumas ir pastovus veikimas yra labai svarbūs.
Telekomunikacijų infrastruktūra
Nors šviesolaidis populiarėja telekomunikacijose, variniai laidai vis dar naudojami didelio skaitmeninio abonento linijoms (HDSL) ir asimetrinėms skaitmeninėms abonento linijoms (ADSL).
Pramonės ir kosmoso taikymas
Didelio našumo reikalavimai
Nikeliu arba sidabru padengta viela dažnai naudojama aviacijos ir kosmoso, gynybos, naftos chemijos, branduolinės ir medicinos srityse. Šiose pramonės šakose našumas yra svarbesnis nei kaina.
Pažangioji gamyba:
Individualių vario ir sidabro apvijų adityvinė gamyba suteikia galimybių vienu metu pagerinti efektyvumą, optimizuojant medžiagas, pritaikant individualią geometriją ir integruotas šilumos valdymo strategijas.
Variklių taikymas
Didelio efektyvumo varikliai yra efektyvesni daugiausia dėl to, kad juose naudojama daugiau vario, be to, jie tarnauja ilgiau ir išskiria mažiau šilumos. Jei kiekviena gamykla Jungtinėse Valstijose atnaujintų savo variklių sistemas, Amerikos pramonė kasmet sutaupytų $1 milijardą.
Sąnaudų ir efektyvumo analizė
Ekonominiai aspektai
Žemėje natūraliai vario yra žymiai daugiau nei sidabro, todėl šio retesnio, geresnių savybių metalo gamyba yra gerokai brangesnė.
Praktinis pasipriešinimo palyginimas:
24 kalibro, 1000 pėdų ilgio sidabrinės ir varinės vielos varžos skirtumas rodo, kad varinės vielos varža yra tik 2 omais didesnė.
Ilgalaikė vertė
Per visą jūsų sistemos gyvavimo laiką puikus našumas ir patikimumas reiškia realią ekonomiją, todėl varis beveik visada yra ekonomiškiausia laidų medžiaga.
Naujos technologijos ir ateities tendencijos
5G ir pažangios komunikacijos
5G technologija taps dar vienu svarbiu sidabro paklausos varikliu, nes sidabro reikės tokiems komponentams kaip puslaidininkių lustai, kabeliai, mikroelektromechaninės sistemos (MEMS) ir daiktų interneto (IoT) įrenginiai.
Pažangus energijos kaupimas
Energijos kaupimo sistemos leis keisti laiką ir sumažinti elektros energijos tiekimo bei paklausos piką, o tam reikės plačios varinės infrastruktūros.
Medžiagų pasirinkimo gairės
Kada rinktis varį
Rinkitės varį:
- Elektros energijos perdavimas ir paskirstymas
- Pastato elektros sistemos
- Variklių apvijos ir pramoninė įranga
- Sąnaudoms jautrios programos
- Tolimųjų nuotolių energijos gabenimas
Kada rinktis sidabrą
Apsvarstykite sidabrą dėl:
- Aukšto dažnio taikymas, viršijantis 30 MHz
- Tikslūs elektroniniai komponentai
- Medicinos ir kosmoso reikmenys
- Saulės baterijų gamyba
- Svarbiausi automobilių elektros kontaktai
Išvada: teisingo pasirinkimo padarymas
Vario ir sidabro pasirinkimas elektros energijos tiekimo įrenginiuose galiausiai priklauso nuo našumo reikalavimų ir ekonominių realijų subalansavimo. Standartiniams elektros laidams namuose ir prietaisuose šiek tiek mažesnis vario laidumas dažnai yra visiškai priimtinas ir reikšmingai netrukdo elektros energijos srautui.
Pagrindinės išvados:
- Dėl optimalaus laidumo, kainos ir ilgaamžiškumo balanso varis išlieka pagrindiniu daugelio energijos tiekimo sistemų darbiniu arkliu.
- Sidabras puikiai tinka specializuotose, didelio našumo srityse, kur jo 7% laidumo pranašumas pateisina didesnę kainą.
- Perėjimas prie atsinaujinančiosios energijos skatina didėjančią abiejų medžiagų paklausą
- Ateities technologijos greičiausiai pareikalaus strateginio abiejų medžiagų naudojimo skirtinguose sistemos komponentuose.
Šių medžiagų savybių ir taikymo sričių supratimas užtikrina optimalų sistemos projektavimą, nesvarbu, ar dirbate su gyvenamųjų namų instaliacija, atsinaujinančios energijos sistemomis, ar pažangiausia elektronika. Svarbiausia yra suderinti medžiagų galimybes su konkrečiais našumo reikalavimais, atsižvelgiant į ilgalaikius ekonominius ir eksploatacinius veiksnius.
