घुमावदार तार

ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग लगभग पूरी तरह से तांबे से बनी होती है, विशेष रूप से, उच्च चालकता वाले तांबे से। विद्युत उद्योग में तांबे के कई उपयोग हैं। अपने उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों के अलावा, तांबे में औद्योगिक धातु सामग्रियों के बीच सबसे अधिक विद्युत चालकता होती है। ट्रांसफार्मर में तांबे का महत्वपूर्ण महत्व है क्योंकि इसका अच्छा प्रदर्शन वाइंडिंग की मात्रा को कम कर सकता है और लोड हानि को कम कर सकता है।

1. भार हानि

ट्रांसफार्मर लोड हानि लोड करंट के कारण होने वाले नुकसान का एक हिस्सा है, जो लोड करंट के वर्ग के साथ बदलता रहता है। लोड करंट को तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है:

1) वाइंडिंग तारों और लीड में प्रतिरोध हानि;

2) घुमावदार तारों की एड़ी धारा हानि;

3) ईंधन टैंक और इस्पात संरचनात्मक घटकों की एड़ी धारा हानि।

घुमावदार घुमावों की संख्या कम करने, तार के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र को बढ़ाने या दोनों के संयोजन से प्रतिरोध हानि को कम किया जा सकता है। घुमावों की संख्या कम करने के लिए लोहे के कोर के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र को बढ़ाने की आवश्यकता होती है, लेकिन ऐसा करने का परिणाम लोहे के कोर के वजन और हानि में वृद्धि है। इसलिए, लोड हानि में कमी को शून्य लोड हानि में वृद्धि के साथ बदला जा सकता है, और इसके विपरीत। लौह कोर फ्रेम के आकार को बढ़ाने के लिए प्रतिबाधा की भरपाई के लिए घुमावदार ऊंचाई को कम करने की आवश्यकता होती है, ताकि प्रतिबाधा स्थिर रहे। हालाँकि प्रतिबाधा की आंशिक क्षतिपूर्ति से घुमावों की संख्या (प्रारंभिक उद्देश्य) कम हो जाएगी। वाइंडिंग की अक्षीय ऊंचाई को कम करने का मतलब है लोहे के कोर कॉलम की ऊंचाई को कम करना, जो फ्रेम आकार में वृद्धि के कारण लोहे के कोर वजन में वृद्धि को कुछ हद तक कम कर सकता है। इसलिए, एक या दो फ्रेम आकार के अनुरूप हानि भिन्नता महत्वपूर्ण नहीं है, इसलिए अन्य आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए इष्टतम लौह कोर फ्रेम का चयन किया जा सकता है, जैसे लोड हानि या परिवहन ऊंचाई आवश्यकताओं का एक निश्चित अनुपात।

घुमावदार तारों का भंवर धारा पथ बहुत जटिल है। ट्रांसफार्मर वाइंडिंग का लीकेज फ्लक्स किसी भी स्थान पर और किसी भी समय वाइंडिंग के रेडियल और अक्षीय फ्लक्स में परिवर्तन का कारण बन सकता है। चुंबकीय प्रवाह परिवर्तन वोल्टेज को प्रेरित करता है, जिससे धारा चुंबकीय प्रवाह परिवर्तन के लंबवत दिशा में प्रवाहित होती है। वर्तमान पथ के प्रतिरोध को बढ़ाने से धारा के आयाम को कम किया जा सकता है, या इसे घुमावदार तारों के कुल क्रॉस अनुभागीय क्षेत्र को कम करके या घुमावदार तारों को कई इंसुलेटेड तार बंडलों में विभाजित करके प्राप्त किया जा सकता है (जिस तरह से स्टैक्ड आयरन कोर लोहे के कोर में एड़ी वर्तमान हानि को कम कर सकते हैं)। पूर्व वाइंडिंग के कुल प्रतिरोध को बढ़ाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिरोधक हानि बढ़ जाती है। इसके विपरीत, यदि प्रतिरोधक हानियों को कम करने के लिए तार का कुल क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र बढ़ाया जाता है, तो परिणाम अनिवार्य रूप से एड़ी धारा हानियों में वृद्धि होगी। इसलिए, इस विरोधाभास को केवल तार स्ट्रैंड के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र को कम करके और स्ट्रैंड की कुल संख्या में वृद्धि करके ही हल किया जा सकता है। तारों की समानांतर वाइंडिंग की लागत अधिक है, इसलिए निर्माताओं को समानांतर तारों की कुल संख्या सीमित करने की उम्मीद है, और तारों की संख्या बढ़ने से इन्सुलेशन परत में वृद्धि होगी, जिसके परिणामस्वरूप घुमावदार कर्तव्य चक्र खराब होगा।

विद्युत उपकरण के किसी भी घटक के लिए आकार कम करना महत्वपूर्ण है। यह ट्रांसफार्मर वाइंडिंग्स के लिए विशेष रूप से सच है। ट्रांसफार्मर वाइंडिंग का आकार ट्रांसफार्मर का आकार निर्धारित करता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, लोड हानि के स्वीकार्य स्तर को प्राप्त करने के लिए वाइंडिंग में एक बड़ा क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र होना चाहिए, न केवल इसलिए कि नुकसान उपयोगकर्ताओं के लिए बर्बादी है, बल्कि इसलिए भी कि नुकसान से उत्पन्न गर्मी को ठंडा करने वाले तेल चैनलों के माध्यम से नष्ट किया जाना चाहिए। यदि हानि बढ़ती है, तो तेल मार्ग के लिए अधिक स्थान प्रदान किया जाना चाहिए, जिससे वाइंडिंग का आकार और लोहे की कोर का आकार भी बढ़ जाएगा। लौह कोर का आकार बढ़ने से लौह कोर की भार हानि में वृद्धि होगी। इसके अलावा, जैसे-जैसे वाइंडिंग का आकार बढ़ता है, तेल टैंक को भी तदनुसार बढ़ाया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप तेल की खपत में वृद्धि होगी और धीरे-धीरे पूरी विनिर्माण प्रक्रिया प्रभावित होगी। इसके विपरीत, वाइंडिंग के आकार को कम करने से अक्सर ट्रांसफार्मर के समग्र आकार में कमी आती है, जिसके परिणामस्वरूप अन्य पहलुओं पर बचत होती है। एक ऐसी सामग्री के रूप में जो उपरोक्त सामान्य मानकों को सबसे अधिक आर्थिक रूप से पूरा कर सकती है और वाणिज्यिक बाजार में खरीदी जा सकती है, उच्च चालकता तांबा स्वाभाविक रूप से ट्रांसफार्मर घुमावदार सामग्री के लिए पसंदीदा विकल्प बन जाता है।

ईंधन टैंक और आंतरिक इस्पात संरचनात्मक घटकों, जैसे लौह कोर क्लैंप, के एड़ी वर्तमान नुकसान रिसाव चुंबकीय प्रवाह के कारण होते हैं, और एड़ी वर्तमान नुकसान को नियंत्रित करने में मुख्य रूप से रिसाव चुंबकीय प्रवाह को नियंत्रित करना शामिल होता है।

1960 के दशक में, तांबे की कीमतों में तेजी से वृद्धि का दौर था और लोगों ने विभिन्न विद्युत उपकरणों में तांबे के स्थान पर एल्यूमीनियम का उपयोग करने का प्रयास किया, जो तांबे की तुलना में बहुत सस्ता था। दरअसल, इस अवधि के दौरान, केबल बनाने के लिए एल्यूमीनियम का उपयोग बहुत आम था और तब से इसका उपयोग जारी रखने की योजना थी। हालाँकि, हालांकि कुछ अतिरिक्त बड़े ट्रांसफार्मर वाइंडिंग एल्यूमीनियम तारों से बने होते हैं, जिन्हें मुख्य रूप से एल्यूमीनियम उत्पादकों द्वारा प्रोत्साहित किया जाता है, अभ्यास ने साबित कर दिया है कि बड़े बिजली ट्रांसफार्मर में एल्यूमीनियम सामग्री के उपयोग में कई कमियां हैं।

एल्युमीनियम केवल ट्रांसफार्मर के कुछ पहलुओं के लिए उपयुक्त है, जिसमें फ़ॉइल वाइंडिंग सबसे प्रमुख हैं, जिन्हें राल एनकैप्सुलेशन की आवश्यकता होती है। इस मामले में, एल्यूमीनियम का थर्मल विस्तार गुणांक तांबे की तुलना में राल के करीब है। इसलिए, लोडिंग के दौरान राल शायद ही कभी टूटती है।

तांबे के खनन संसाधन दुनिया भर में प्रचुर मात्रा में हैं। तांबे का उत्कृष्ट लाभ यह है कि इसे पुनर्चक्रित करना आसान है। अनावश्यक खनिज संसाधन विकास को रोकते हुए, अपशिष्ट से निकालना और पुनः परिष्कृत करना आसान है। उच्च चालकता तांबे का विद्युत उद्योग में व्यापक अनुप्रयोग है। बड़ी संख्या में विभिन्न प्रकार के तांबे को सूचीबद्ध किया जा सकता है, लेकिन अधिकांश विद्युत उद्योग इलेक्ट्रोलाइटिक कठोर तांबा (Cu-ETP-2) या उच्च ग्रेड CH-ETP1 तांबा चुनते हैं। पहला उच्च चालकता वाला तांबा (ऑक्सीजन युक्त) है, जिसमें अशुद्धियों को कम करने के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन किया गया है, जिसका कुल अशुद्धता स्तर 0.03% से कम है। यूके में, Cu-ETP-2 कच्चा तांबा है और C101 जाली तांबा है। इस प्रकार के तांबे को आसानी से विभिन्न आकारों में संसाधित किया जा सकता है और इसे गर्म या ठंडे प्रसंस्करण के अधीन किया जा सकता है। गर्म प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान दरार करना आसान नहीं है क्योंकि दरारें पैदा करने वाले सीसा और बिस्मथ तत्व एक निश्चित सीमा के भीतर सीमित हैं; बाद वाला Cu-ETP-1 कच्चा तांबा है, और C100 जाली तांबा है। इन दोनों सामग्रियों का उपयोग उत्पादन संयंत्रों द्वारा आधुनिक हाई-स्पीड रोलिंग और वायर ड्राइंग मशीनों पर संसाधित होने और ऑनलाइन एनीलिंग किए जाने के अपने फायदे के कारण किया जाता है। यह तांबा विभिन्न मीनाकारी तारों के निर्माण के लिए एक उत्कृष्ट कच्चा माल है। इन एनामेल्ड तारों के उत्पादन की प्रक्रिया में, यह सुनिश्चित करने के लिए निरंतर कम तापमान वाले एनीलिंग की आवश्यकता होती है कि तारों में अच्छे पुनर्संसाधन गुण हों।

2. उच्च चालकता तांबे की उत्पादन प्रक्रिया

जैसा कि ऊपर बताया गया है, दुनिया भर के कई देशों में तांबे का खनन और शोधन किया जाता है। स्मेल्टरों के ढले तांबे के उत्पाद विभिन्न आकार में आते हैं, जो आगे संसाधित होने वाली अर्ध-तैयार सामग्री के प्रकार पर निर्भर करता है। कैथोडिक इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर तांबे का इलेक्ट्रोलाइटिक परिष्कृत उत्पाद है। उपयोग से पहले, इसे फिर से पिघलाया जाना चाहिए और फिर अलग-अलग "स्मेल्टर उत्पाद आकार" में डाला जाना चाहिए। बिलेट का उपयोग गर्म दबाने के लिए किया जाता है, तांबे की सिल्लियों का उपयोग तांबे की प्लेटों को रोल करने के लिए किया जाता है, बार का उपयोग तांबे की छड़ों को रोल करने के लिए किया जा सकता है, और तांबे की छड़ों का उपयोग तांबे के तारों को खींचने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक तांबे का आकार भिन्नता स्मेल्टर द्वारा निर्धारित किया जाता है। सामान्यतया, यह प्लेट के आकार का होता है, जिसका आयाम 1200 मिमी * 900 मिमी और वजन 100-300 किलोग्राम होता है।

तांबे की सिल्लियों का व्यास आमतौर पर 200 मिमी और लंबाई 750 मिमी से अधिक नहीं होती है, ताकि उन्हें गर्म प्रेस बॉक्स में रखा जा सके। सामान्य गर्म दबाव के बाद, तांबे की सिल्लियों (या तांबे के ब्लॉक) को मल्टी पास वायर ड्राइंग मशीन का उपयोग करके आवश्यक आकार में खींचने की आवश्यकता होती है, जिसे तांबे की प्लेटों, तांबे की चादरों, तांबे की पट्टियों और तांबे की पन्नी में दबाया जा सकता है। वर्तमान में, लगभग सभी तांबे की सिल्लियां लगातार डाली जाती हैं। आम तौर पर, हॉट रोलिंग 150 मिमी से 9 मिमी तक की जाती है, उसके बाद कोल्ड रोलिंग की जाती है।

गर्म रोलिंग के बाद, तांबे की प्लेटें तांबे के तार बिलेट बन जाती हैं, जिन्हें सतह पर ऑक्साइड की परत बनाने के लिए क्षैतिज रूप से ढालने की आवश्यकता होती है। अब उपकरणों को एक निश्चित लंबाई में काटने के लिए उन्हें निलंबित आरी से लगातार लंबवत रूप से ढालना संभव है, लेकिन वर्तमान में इस अभ्यास का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है।

कॉपर वायर ब्लैंक 6-35 मिमी (आमतौर पर 9 मिमी) के व्यास में कुंडलित तांबे की सामग्री को संदर्भित करता है, जिसे तांबे के तार बनाने के लिए खींचा जा सकता है। कुछ समय के लिए, रोल्ड कॉपर वायर बिलेट्स का वजन 100 किलोग्राम तक सीमित था, जो कि कॉपर वायर बिलेट्स में रोल की गई तांबे की प्लेटों का बैच वजन है। इसलिए, तांबे के तार को निरंतर तार खींचने वाली मशीन में भेजने से पहले, डिस्क को एक साथ वेल्ड करने के लिए आर्क वेल्डिंग का उपयोग किया जाना चाहिए।
वर्तमान अभ्यास एक ऊर्ध्वाधर भट्ठी में इलेक्ट्रोलाइटिक तांबे को लगातार पिघलाना है, और फिर, ऑक्सीजन एकाग्रता के सख्त नियंत्रण के तहत, पिघले हुए तांबे को लगातार बनने वाले सांचे में भेजना है। फिर मोल्ड द्वारा निर्मित कच्चे माल को सीधे मल्टी पोर्ट हॉट रोलिंग मिल में पेश किया जाता है। इस तरह से प्राप्त तांबे के तार के रिक्त स्थान का वजन प्रति प्लेट कई टन हो सकता है। बाद में तार खींचने की सुविधा के लिए, इन तांबे के तार बिलेट्स को उच्च गति वाली रोलिंग मिल में भेजने की आवश्यकता होती है, जो प्रतिरोध हीटिंग के माध्यम से उत्पादन लाइन की गति पर रोल किए गए महीन तांबे के तार बिलेट्स पर स्टेज एनीलिंग का संचालन करती है। यह विधि पिछले बैच एनीलिंग विधि की जगह लेती है और इसने महत्वपूर्ण आर्थिक लाभ दिखाए हैं, लेकिन इसके लिए लगातार उच्च गुणवत्ता वाले तांबे की आवश्यकता होती है।

3. तांबे के विद्युत और तापीय गुण

तांबा न केवल बिजली का अच्छा सुचालक है, बल्कि गर्मी का भी अच्छा सुचालक है। अन्य कंडक्टरों के मूल्यांकन के लिए मानक 1913 में प्रकाशित "एनील्ड कॉपर के लिए अंतर्राष्ट्रीय मानक" है, जिसमें कहा गया है कि तांबे की चालकता 100% है।

4. उच्च चालकता तांबा मिश्र धातु

कई तांबा मिश्र धातु और उच्च चालकता तांबा मिश्र धातु हैं, जिनमें से सभी का विभिन्न प्रकार के बिजली उपकरणों में अपना विशिष्ट उपयोग होता है। अधिकांश तत्वों की तांबे में एक निश्चित घुलनशीलता होती है। और उन अघुलनशील पदार्थों का चालकता पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, और उन्हें अक्सर यांत्रिक प्रसंस्करण और उच्च चालकता तांबे के अन्य गुणों में सुधार करने के लिए जोड़ा जाता है।

अब तक, ट्रांसफार्मर डिजाइनरों के लिए सबसे उपयोगी मिश्र धातु सिल्वर कॉपर है। शुद्ध तांबे में चांदी मिलाने से इसका नरम तापमान काफी बढ़ जाएगा और चालकता पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा। सामान्य सिल्वर कॉपर मिश्रधातुओं में जोड़ी जाने वाली चांदी की न्यूनतम मात्रा 0.01% है, जो ट्रांसफार्मर कॉपर वाइंडिंग के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति प्रदान कर सकती है, ऑपरेशन के दौरान बाहरी दोषों और शॉर्ट सर्किट द्वारा उत्पन्न शॉर्ट सर्किट बलों का सामना कर सकती है, और तांबे के अन्य यांत्रिक गुणों, विशेष रूप से क्रीपेज प्रतिरोध में सुधार कर सकती है। इस सामग्री का नुकसान यह है कि चांदी मिलाने के बाद इसकी कठोरता बढ़ जाती है, जिससे इसे हवा देना मुश्किल हो जाता है, इसलिए इसका उपयोग अतिरिक्त बड़े ट्रांसफार्मर तक सीमित है जिसके लिए अत्यधिक उच्च यांत्रिक शक्ति की आवश्यकता होती है।

तांबे के निष्कर्षण और इसके विद्युत और यांत्रिक गुणों सहित विद्युत तांबे के बारे में अधिक जानकारी ब्रिटिश कॉपर डेवलपमेंट एसोसिएशन द्वारा जारी पुस्तिका "उच्च चालकता कॉपर" से प्राप्त की जा सकती है। तांबे के पिछले विवरण इसी पुस्तिका पर आधारित थे।

5. तांबे का घुमावदार तार

यूरोपीय मानक EN13601:2002 "सामान्य विद्युत उपयोग के लिए कॉपर और कॉपर डाइइलेक्ट्रिक गोल्ड, कॉपर रॉड और कॉपर वायर" के अनुसार, ट्रांसफार्मर वाइंडिंग में उपयोग किया जाने वाला तांबे का तार लगभग पूरी तरह से आयताकार क्रॉस-सेक्शन तांबे का तार या तांबे की पट्टी होता है। तांबे के कंडक्टरों के लिए शुद्धता, गोलाई, प्रतिरोधकता और आकार मार्जिन आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करने के अलावा, परिशिष्ट अनुशंसित आकारों को भी सूचीबद्ध करता है। गोल तांबे के तार से बनी वाइंडिंग में फ्लैट तांबे के तार की वाइंडिंग की तुलना में कम कर्तव्य चक्र और खराब यांत्रिक स्थिरता होती है। गोल तांबे के तार का उपयोग आम तौर पर केवल मध्यम वोल्टेज वाले छोटे वितरण ट्रांसफार्मर में किया जाता है, और गोल तार तामचीनी तार के रूप में होता है। विशेष प्रकार की वाइंडिंग को गोल तांबे के तार से लपेटा जाना चाहिए