Wpływ rodzaju materiału na wielkość konstrukcji
W transformatorach i silnikach elektrycznych stosowane są uzwojenia miedziane lub aluminiowe. Uzwojenie wykonane jest z drutu nawiniętego, zwykle wokół rdzenia, tworząc cewkę wytwarzającą pole magnetyczne, które oddziałuje wzajemnie z prądem.
Stąd działania i wynikające z nich negatywne skutki dla środowiska, wiążą się ze stratami w przewodniku i stratami magnetycznymi. Zależą one od wyboru materiału i w konsekwencji jego ciężaru, oraz od geometrii uzwojenia i uzyskanej zwartości konstrukcji.
Zwartość konstrukcji wpływa na zużycie energii
W przypadku transformatorów często stosowane są uzwojenia aluminiowe, co powoduje że ich gabaryty są większe (ciężar transformatorów stosowanych w sieciach i stacjach rozdzielczych może wynosić kila ton). Aluminium jest uważane za tańszą alternatywę w porównaniu z miedzią, ale dla uzyskania tej samej rezystancji (oporu elektrycznego) średnica przewodu aluminiowego musi być większa niż miedzianego. W rezultacie w przypadku uzwojenia aluminiowego należy zastosować większy rdzeń magnetyczny, co zwiększa ilość materiału ferromagnetycznego niezbędnego do wytworzenia produktu. Oznacza to oczywiście dodatkowe zapotrzebowanie na materiał.
Podczas gdy transformator jest urządzeniem statycznym, silnik elektryczny jest maszyną dynamiczną – wirującą. W tym przypadku dobór materiału posiada jeszcze większe znaczenie. Oprócz bezpośredniego wpływu w fazie produkcji maszyny (ilość i rodzaj użytego materiału), pociąga za sobą także skutki w fazie użytkowania. Nawet jeżeli przy większych (aluminium) lub mniejszych (miedź) gabarytach straty będą identyczne, ciężar wpływa na zwiększenie zużycia energii w ruchu obrotowym. Geometria i zwartość budowy definiują moment bezwładności maszyny. Ten z kolei wpływa na ilość energii pobieranej w czasie rozruchu i przyspieszania silnika proporcjonalnie do kwadratu promienia kształtu masy wirującej.
Przy wyborze rozwiązania preferowanego pod względem środowiskowym, wszystkie te, częściowo sprzeczne aspekty należy rozważyć w kategoriach zużycia materiału (kg), zużycia energii (kWh) i unikniętych strat (kWh).
Oszczędność materiałów dzięki miedzi
Miedź umożliwia oszczędność stali elektrotechnicznej niezbędnej do budowy rdzenia magnetycznego. Blacha elektrotechniczna anizotropowa jest blachą krzemową o ziarnie zorientowanym a jej oddziaływanie środowiskowe przy tym samym ciężarze jest blisko dwukrotnie większe niż stali konstrukcyjnej w wyniku złożonej technologii obróbki i walcowania w celu uzyskania określonej orientacji ziarna. Należy, zatem uwzględniać zarówno zużycie materiałów jak ich odziaływanie na środowisko dla przypadku miedzi i stali anizotropowej krzemowej o ziarnie zorientowanym (anizotropowej) w porównaniu do aluminium i stali anizotropowej.
W przypadku silników elektrycznych użycie miedzi umożliwia uzyskanie produktu o bardziej zwartej budowie. To, z kolei, powoduje obniżenie w fazie eksploatacji strat zależnych od momentu bezwładności, ponieważ skutki bardziej zwartej konstrukcji przewyższają skutki większego ciężaru miedzi w porównaniu z aluminium. Z tego właśnie powodu aluminium jest rzadko stosowane w silnikach.
W tym przypadku użycie miedzi jest kluczowym czynnikiem, który pozwala poprawić zwartość konstrukcji, zmniejszyć moment bezwładności i w konsekwencji obniżyć zużycie energii w czasie eksploatacji silnika, co równoważy dodatkowe oddziaływanie produkcji na środowisko.
Wykorzystanie miedzi zapewnia oszczędne rozwiązania
Stosowanie miedzianych uzwojeń transformatorów i silników elektrycznych jest korzystne, przynosi oszczędność materiałów w fazie produkcji oraz, w przypadku silników, oszczędność energii w fazie eksploatacji.
Literatura