Высокочастотный нагрев медных проводов в шинопроводе (скин-эффект), Это вообще достойная реализации идея ? Опции

[san822]

Постановка задачи - греть медные шины в шинопроводе в зимнее время, чтобы исключить образование наледи. В настоящее время эта задача обычно решается прокладкой греющего провода в корпусе шинопровода, что не всегда удобно при монтаже. Теоретически, можно греть непосредственно сами токопроводящие шины, на что даже должно уходить меньше мощности. Но медь настолько хороший проводник, что для достижения нужного тепловыделения(5-10 Вт на метр) требуется очень тонкий проводящий скин-слой и соответственно очень высокая частота, что ставит реализацию идеи под сомнение уже на старте.

Предполагаемые проблемы:

1) Низкий КПД ВЧ-генератора, высокие динамические потери;
2) Проблема с электромагнитной совместимостью - вероятно генератор с частотой около мегагерца в несколько кВт, гоняющий токи в проводах длиной в сотню-другую метров, будет сильно фонить. Даже если сеть можно оградить поставив фильтр, то проблема может быть "по воздуху", такие длинные провода могут играть роль антенн.

Хотелось бы узнать, есть ли на форуме люди, совершавшие попытки реализовать нечто подобное ?

[SergCh]

Не понимаю, а что мешает греть постоянным током? То что медь хороший проводник не аргумент, для этого надо взять подводящие провода сечением на порядок больше чем слой металлизации. На высоких частотах проблем будет несравненно больше при схожем результате.

[Microwatt]

Скин-эффект проявится при достаточно больших частотах и мощностях. Недостатки и проблемы вы уже указали.
Грейте постоянным током.

[AlexeyW]

Я так понял, тут речь зашла про скин-слой, поскольку для постояннки возникают громадные токи при исчезающих напряжениях. Поэтому, наверное, вопрос перейдет в область создания таковых

[Microwatt]

Кстати, там, в ссылке, упоминается и прокладка параллельно специального нагревательного кабеля.
Проложите стальную проволоку и грейтесь зимою спокойно. Конечно, расчет требуется, но запитать это относительно просто.

[san822]

Не понимаю, а что мешает греть постоянным током?

Постоянным, в смысле 50 Гц ?


Шины находятся под напряжением(3 фазы + нейтраль), поэтому если греть напрямую именно их, то нужно делать это на ВЧ, чтобы была возможность развязаться через конденсаторы и нужно высокое сопротивление скин-слоя, иначе не нагреть.

Кстати, там, в ссылке, упоминается и прокладка параллельно специального нагревательного кабеля.
Проложите стальную проволоку и грейтесь зимою спокойно. Конечно, расчет требуется, но запитать это относительно просто.

Этот вариант уже используется, но иногда возникают в голове идеи альтернативной реализации задачи. Техника и расчет с греющим проводом относительно простые. Единственная сложность (т. е. скорее неудобство) - требуется прокладывать дополнительно греющий провод.

[SergCh]

Постоянным, в смысле 50 Гц ?


Шины находятся под напряжением(3 фазы + нейтраль), поэтому если греть напрямую именно их, то нужно делать это на ВЧ, чтобы была возможность развязаться через конденсаторы и нужно высокое сопротивление скин-слоя, иначе не нагреть.

Постоянным значит постоянным.
Но мне кажется ничто не мешает греть и переменкой 50Гц, если этот источник будет гальванически развязан с сетью.
И не обязательно для этого делать ВЧ нагрев.

[san822]

Постоянным значит постоянным.

Т. е. питать через понижающий трансформатор ?

Во-первых, ток нужно будет большой пропускать, ведь для постоянного тока проводником
будет выступать все сечение шины с сопротивлением, например, 0, 687 ом на 1000 м для KBH 100 A.

Во-вторых, как предлагаете сделать гальваническую развязку между
греющим постоянным током и рабочим током шинопровода 50 Гц ?

[injener]

как предлагаете сделать гальваническую развязку между
греющим постоянным током и рабочим током шинопровода 50 Гц ?

Трансформатор и управляемый выпрямитель

[SergCh]

Т. е. питать через понижающий трансформатор ?

Во-первых, ток нужно будет большой пропускать, ведь для постоянного тока проводником
будет выступать все сечение шины с сопротивлением, например, 0, 687 ом на 1000 м для KBH 100 A.

Во-вторых, как предлагаете сделать гальваническую развязку между
греющим постоянным током и рабочим током шинопровода 50 Гц ?

Ток большой, согласен, но если греть высокой частотой все проблемы со скин эффектом автоматом перенесутся в источник, обмотки его трансформатора тоже из меди состоят.
Вот если у вас есть уже готовый и недорогой источинк вч токов, то пожалуй можно попробовать, а так я пока не вижу смысла.

[san822]

Трансформатор и управляемый выпрямитель

Тогда придется на каждую шину по отдельной вторичной обмотке делать и на другой конец провод тянуть ?

В случае ВЧ-нагрева схемка была бы попроще.

Ток большой, согласен, но если греть высокой частотой все проблемы со скин эффектом автоматом перенесутся в источник, обмотки его трансформатора тоже из меди состоят.

А если его делать безтрансформаторным обеспечив развязку по 50 Гц конденсаторами ?

Вот если у вас есть уже готовый и недорогой источинк вч токов, то пожалуй можно попробовать, а так я пока не вижу смысла.

Генератора такого нет, но если кто знает где подобные можно купить, было бы интересно взглянуть на их стоимость и конструктивное исполнение.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[MaslovVG]

Генератора такого нет, но если кто знает где подобные можно купить, было бы интересно взглянуть на их стоимость и конструктивное исполнение.

Ну на мой взгляд существенно дороже чем прокладка километра греющего провода вместе с проводом. Особенно когда он (провод) уже проложен.

[SergCh]

Тогда придется на каждую шину по отдельной вторичной обмотке делать и на другой конец провод тянуть ?

В случае ВЧ-нагрева схемка была бы попроще.



А если его делать безтрансформаторным обеспечив развязку по 50 Гц конденсаторами ?




Генератора такого нет, но если кто знает где подобные можно купить, было бы интересно взглянуть на их стоимость и конструктивное исполнение.

А помимо проводов на нижнем конце наверное ещё и трансформатор трёхфазный стоит? Общественный )) А вы туда помеху искуственно вводите.
Кстати интересно, какова индуктивность этих проводов... а то не потечёт ВЧ через них.
Может ввести дополнительную реактивную нагрузку ? Ток по проводам течёт, активная мощность не потребляется, мм?

[zzzzzzzz]

Если сеть переменки, то был бы, наверное, интересен проект небольшого устройства, ползающего по проводу на роликах, которые разогреваются от автономного контура, собирающего наводки.
На летнее время по проводам линии передачи подается команда "спать" до зимы. Или от датчика снега\льда на опоре.

[san822]

Если сеть переменки, то был бы, наверное, интересен проект небольшого устройства, ползающего по проводу на роликах, которые разогреваются от автономного контура, собирающего наводки.
На летнее время по проводам линии передачи подается команда "спать" до зимы. Или от датчика снега\льда на опоре.

Да, идея неплохая. И относительно энергоэффективная.

А помимо проводов на нижнем конце наверное ещё и трансформатор трёхфазный стоит? Общественный )) А вы туда помеху искуственно вводите.

Ввод фаз через фильтры можно сделать и после токосъемника тоже фильтры поставить.

Кстати интересно, какова индуктивность этих проводов... а то не потечёт ВЧ через них.

Индуктивность самих шин не очень большая - это просто прямые куски провода по сути.

Может ввести дополнительную реактивную нагрузку ? Ток по проводам течёт, активная мощность не потребляется, мм?

Теоретически тоже вариант. Есть идея как сделать очень малогабаритную, но мощную реактивную нагрузку ?

[SNGNL]

Существуют радиопоглощающие покрытия в виде красок и готовых изделий. Есть также магниты в виде лент и т. д. Все это одного поля ягода- магнитный порошок со связующим.
Если нанести такое покрытие на нерабочие поверхности шин и в коробе проложить обмотки, Ваша идея имеет право на жизнь.

Вот если у вас есть уже готовый и недорогой источинк вч токов

Мы ими просто окружены (электронные трансформаторы и т.д.). Остается переделать под собственные нужды. IMHO в мегагерцы лезть не стоит.

[SergCh]

Теоретически тоже вариант. Есть идея как сделать очень малогабаритную, но мощную реактивную нагрузку ?

Там ещё и по габаритам ограничения..... ну и задачка у вас. Всё зависит от сечения проводов которые нужно греть. В индуктивности будут потери в магнитопроводе, конденсаторы значит, но это пока мои фантазии.

[тау]

Индуктивность самих шин не очень большая - это просто прямые куски провода по сути.

это Вы зря. если 2 провода длиной 1 км на расстоянии друг от друга 2см , то у этой конструкции индуктивность 2 миллигенри, и для создания тока 10А на частоте к примеру 100 кГц (чтоб скин эффект как-то проявился) потребуется к этому контуру подвести 12 киловольт от ВЧ генератора. Изоляция ваша выдержит ???
на более высоких частотах индуктивность уже не играет роли , а только характеристическое сопротивление линии , оно у вас порядка 200 Ом . Итого, для того чтобы запустить ток 10 А все равно надо 2 киловольта, но это уже выше 100 кГц. Неслабый передатчик получится.

Имхо затея ТС со скином нереализуема. Надо греть стальными проводниками - соседями. Кстати , на морозе не обязательно нагревать выше 0 градусов цельсия, достаточно на несколько градусов выше окружающей среды - провод будет уже "сохнуть"

Сообщение отредактировал тау - Nov 2 2011, 10:27

[san822]

Там ещё и по габаритам ограничения..... ну и задачка у вас. Всё зависит от сечения проводов которые нужно греть. В индуктивности будут потери в магнитопроводе, конденсаторы значит, но это пока мои фантазии.

Это не задачка, которую обязательно надо решить.
Это скорее обсуждение различных альтернатив тому решению, что уже используется.

[AlexeyW]

на более высоких частотах индуктивность уже не играет роли , а только характеристическое сопротивление линии , оно у вас порядка 200 Ом . Итого, для того чтобы запустить ток 10 А все равно надо 2 киловольта, но это уже выше 100 кГц. Неслабый передатчик получится.

В принципе, можно использовать последовательный резонанс этих 2мГн, приделав в концах соответствующие емкости. Передатчик - да, но, как я понял, две линии идут рядом на довольно малом расстоянии (много меньше длины волны). Если колебания в них противофазны - будет ослабление излучения на пару порядков.

[zzzzzzzz]

Кольцо (феррит?), замыкаемое\размыкаемое от датчика температуры\льда. Когда меньше нескольких градусов и лед\снег, кольцо вокруг провода замыкается микро-соленоидом (внутри герметичной микро-камеры, дабы там никогда не было льда), и переменка наводочная его разогревает. Расстояние между кольцами подбирается для оптимума.
Стоимость при серийном д.б. копейки, дешевле разогревающего провода.
А может, даже соленоид не нужен, а просто коммутируемый КЗ-виток на кольце.

[Microwatt]

Пошли прожекты, достойные скифа, мембраны и шнобелевской премии.
Все это, конечно, любопытно, но практическая ценность - как от экологически чистых самоваров на батарейках.
Проложить, как и предложено изготовителем этих токоподводов, 4-6мм стальную проволоку стоимостью в копейки по сравнению со средневолновой широковещательной радиостанцией и хлопотами по вредным побочным эффектам.
Почему не годится?

[san822]

Кольцо (феррит?), замыкаемое\размыкаемое от датчика температуры\льда. Когда меньше нескольких градусов и лед\снег, кольцо вокруг провода замыкается микро-соленоидом (внутри герметичной микро-камеры, дабы там никогда не было льда), и переменка наводочная его разогревает. Расстояние между кольцами подбирается для оптимума.
Стоимость при серийном д.б. копейки, дешевле разогревающего провода.
А может, даже соленоид не нужен, а просто коммутируемый КЗ-виток на кольце.

Не совсем понял эту идею. Можно подробнее ?

[Herz]

Это не задачка, которую обязательно надо решить.
Это скорее обсуждение различных альтернатив тому решению, что уже используется.

Вот и я читаю-читаю... и удивляюсь. А для чего всё это? Проще, дешевле и надёжнее, чем есть - уже некуда. К чему эти изыскания альтернатив? Что-то не устраивает? Или просто так, мозг [ххххххх] потренировать?

[san822]

Вот и я читаю-читаю... и удивляюсь. А для чего всё это? Проще, дешевле и надёжнее, чем есть - уже некуда. К чему эти изыскания альтернатив? Что-то не устраивает? Или просто так, мозг [ххххххх] потренировать?

Все устраивает, за исключением необходимости прокладывать греющий провод.

[san822]

Элементная база развивается быстро, некоторые вещи, которые раньше казались нереальными или очень дорогими, сегодня общедоступны. Поэтому время от времени, есть смысл задумываться даже над фантастическими задачами.

[AlexeyW]

Вот и я читаю-читаю... и удивляюсь. А для чего всё это? Проще, дешевле и надёжнее, чем есть - уже некуда. К чему эти изыскания альтернатив? Что-то не устраивает? Или просто так, мозг [ххххххх] потренировать?

Вообще стоит признать, что огромное количество велдиколепных идей родились именно так - там, где вроде ловить нечего. Ну, пусть это будет просто интересным теоретическим вопросом, типа из ТРИЗ.

[Aner]

Скин эффект тут не причем. Делайте шины в виде трубки. Внутри трубки гоняйте незамерзающее масло, прокачиваемое компрессором и подогреваемое, контролируемое датчиками. Развязку сделать, думаю не проблема.

[Microwatt]

Скин эффект тут не причем. Делайте шины в виде трубки. Внутри трубки гоняйте незамерзающее масло,

О! Вот это уже свежеинженерная мысль! Хотя, труба не дешевле стальной проволоки, но метод сам вполне.
Только спирт не вздумайте. Тепло переносит, не вязок, не замерзает, но утечки - катастрофические!

[zzzzzzzz]

Пошли прожекты, достойные скифа, мембраны и шнобелевской премии.

Да, давайте помолчим. Или, на крайняк, погнусим. Будем выглядеть солиднее!

Проложить, как и предложено изготовителем этих токоподводов, 4-6мм стальную проволоку стоимостью в копейки ...

Копейки? 6 мм нержавейка? Да еще протянуть её параллельно на ЛЭП бесплатно? Круто...

Не совсем понял эту идею. Можно подробнее ?

Кольцо, состоящее из двух половинок, одетое на силовой провод. Это 1 виток первой обмотки трансформатора. Вторая обмотка коммутируемая на низкоимпедансную нагрузку от датчиков обледенения и температуры. Хотя, разработка такого нагревателя потребует полноценного ОКР, в том числе, и по конструкции кольца и его материала. Если, конечно, стремиться достичь хороших эксплуатационных характеристик. Прежде всего, минимизировать потери в линии при выключенном нагревателе.
Да, собственное питание устройства логично организовать от контура, собирающего наводки от переменки. Благо, поля вокруг будут не слабые, а потребление можно достичь микроамперное (или даже наноамперное). То есть, площадь такого контура нужна небольшая, и, скорее всего, он исполним на печатной плате устройства. Но, возможно питание и от еще одной обмотки того же транса.
Размеры устройства видятся в половинку спичечного коробка. А стоимость (при серийном производстве в Китае, само собой) - центов 10, наверное. Под большую серию можно и ASIC замутить, и печатная плата даже, возможно, не потребуется.

[SNGNL]

Только спирт не вздумайте. Тепло переносит, не вязок, не замерзает, но утечки - катастрофические!

Известный факт, спирт в России - сверхтекучая жидкость.

[blackfin]

Постановка задачи - греть медные шины в шинопроводе в зимнее время, чтобы исключить образование наледи.

Греть не нужно. Сейчас производят для этих целей гидрофобные полимерные покрытия.
Они обладают водоотталкивающими свойствами, так что наледь не образуется:

"МРСК: Для защиты ЛЭП от оледенения используют нанопокрытие."

PS. Ну да, "нанопокрытие".. Ну куда же теперь без нано??..

[zzzzzzzz]

Греть не нужно. Сейчас производят для этих целей гидрофобные полимерные покрытия.
Они обладают водоотталкивающими свойствами, так что наледь не образуется:

"МРСК: Для защиты ЛЭП от оледенения используют нанопокрытие."

PS. Ну да, "нанопокрытие".. Ну куда же теперь без нано??..

Покрыть ... - дело замечательное, конечно.
А как быть с уже существующими ЛЭП? Перетягивать миллионы километров?
Также, провода в ЛЭП не "круглые", а витые из нескольких жил, если я не ошибаюсь. То есть, на этом жгуте есть полости, в которых будет образовываться лед при любом покрытии. За этот лед будет цепляться последующий. То есть, эффект от покрытия не будет существенным. Хотя, какой-то должен быть, конечно.
Есть и более радикальные способы - тянуть ЛЭП под землей. И этим сейчас активно занимаются, заменяя даже существующие ЛЭП. Хоть это и дороже получается в разы почему-то. Там кабель дорогущий. А вот стоимость опор, похоже, растет гигантски - металл нынче дорог и работы по нему.

[blackfin]

Покрыть ... - дело замечательное, конечно.
А как быть с уже существующими ЛЭП? Перетягивать?

Возможно, речь идет о намотке гидрофобной пленки (фторопласт?) на уже натянутый провод.
В деталях я с этой технологией не знаком. Просто видел в новостях по ТВ.

[zzzzzzzz]

Возможно, речь идет о намотке гидрофобной пленки (фторопласт?) на уже натянутый провод.
В деталях я с этой технологией не знаком. Просто видел в новостях по ТВ.

А вот это - мысль хорошая. Если получится. И по цене пройдет. Только у чубайсов её не покупайте! Заодно, и изоляция некая появится, что снизит потери.

[Microwatt]

"МРСК: Для защиты ЛЭП от оледенения используют нанопокрытие."

PS. Ну да, "нанопокрытие".. Ну куда же теперь без нано??..

Не. все правильно, Вы детали, наверное, пропустили. Для нано-ЛЭП и нанопокрытие.

[orion9]

Скин-эффект проявится при достаточно больших частотах ...

Скин-эффект проявляется на любых частотах, только толщина скин слоя разная. На 50Гц толщина скин-слоя порядка одного сантиметра

[AlexeyW]

Для нано-ЛЭП и нанопокрытие.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[yakub_EZ]

Хм.. Работал я однажды с одним мощным тиристорным ключом. Ну так вот, если его открыть на полпериода 50 герц на закоротку из пары медных троллеев (это как в описываемом случае) от нормального трансформатора который способен потянуть в режиме КЗ несколько кА, так от получившихся динамических усилий с них стряхнет что угодно, что болты, что гайки что токосъёмники со льдом и изоляторами. Если грамотно этому замыкателю организовать токоограничитель, то вполне можно обойтись всего лишь стряхиванием корки льда .
Не знаю как вам, а мне природу жалко, греть зазря атмосферу. Ну или делать обогрев, то локальный, возле контакта токосъёмника дуть феном или маломощным ВЧ генератором на расстоянии нескольких метров.
А может магнетрон с экранирующей корзиной можно присторить ?

[AlexeyW]

Не знаю как вам, а мне природу жалко, греть зазря атмосферу. Ну или делать обогрев, то локальный, возле контакта токосъёмника дуть феном или маломощным ВЧ генератором на расстоянии нескольких метров.

Тут вспоминается экономичное кипячение воды - горячая вода возвращается обратно, нагревая поступающую. Нельзя ли и тут придумать что-то подобное?

[SNGNL]

А может магнетрон с экранирующей корзиной можно присторить ?

Это запросто. Микроволновку с боков продырявить и насадить на шинопровод. Режим - defrost