Przewodnik przyszłości (kabel pusty) czyli oszczędność zasobów w produkcji kabli

Produkcja linii kablowych i szynoprzewodów jest bezpośrednio związana z wydobyciem i produkcją: aluminium i miedzi, gdyż to one są głównymi przewodnikami. Dziś warto pomyśleć, że zasoby te są wyczerpywalne i nieodnawialne, a w związku z tym, że ludzkość stopniowo się rozwija, potrzeba ich coraz więcej. Dlatego nasza przyszłość wymaga opracowania nowych materiałów i bardziej ekonomicznego (racjonalnego) wykorzystania zasobów. W artykule zaproponowane zostanie nowe podejście do produkcji linii kablowych oparte na efekcie powierzchniowym w przewodniku — efekcie naskórkowym.

WZBOGACANIE ZASOBÓW NATURALNYCH — Dziś, wraz z tempem rozwoju ludzkości, rośnie zapotrzebowanie na zasoby naturalne, które z kolei dzielą się na odnawialne i nieodnawialne.

Wszystkie zasoby nie są darmowe, ograniczone i rzadkie. Pojęcie ograniczonych zasobów jest dość powszechne. Tylko w warunkach rzadkości i ograniczonych zasobów, na bazie których powstają dobra, pojawiają się problemy natury ekonomicznej.Problemy ekonomiczne nie powstają, jeśli ilość dóbr i zasobów, którymi zaspokajane są ludzkie potrzeby, jest nieograniczona. Ale ich racjonalne wykorzystanie może zwiększyć konkurencyjność producenta zainteresowanego efektywnym wykorzystaniem zasobów i maksymalizacją zysków, a także zaspokoić niektóre potrzeby człowieka.

Obiektywne podstawy konkurencyjności producentów na rynku określa ich zdolność do konkurowania z innymi producentami działającymi w tym samym segmencie rynku i wytwarzającymi podobne produkty oraz osiągania i utrzymywania silnej pozycji konkurencyjnej w długim okresie. Jest to główny warunek jego pomyślnej działalności, ostatecznie wyrażony w kategoriach rentowności.

Aby to zrobić, trzeba z jednej strony znać główne cechy pozycji konkurencyjnej, jaką chce zajmować w przyszłości, a z drugiej mieć jasne wyobrażenie o tym, jakie zasoby i możliwości daje konkurencyjna przewagi, którą musi mieć w tym celu i która z nich jest faktycznie dostępna lub będzie dostępna. [1]

Głównymi materiałami do produkcji kabli i szyn zbiorczych są miedź i aluminium - wynika to z ich wysokiej przewodności elektrycznej, odpowiednio dużej wytrzymałości mechanicznej, odporności na korozję, dobrej obrabialności, możliwości łatwego lutowania i spawania.

Ponieważ ten zasób jest wyczerpywalny, wymagane jest bardziej ekonomiczne i wydajne wykorzystanie.

Mówiąc o ekonomicznym i efektywnym rozwoju kierunku przesyłu energii elektrycznej liniami kablowymi i kanałami autobusowymi, można rozważyć następujące kierunki:

1) Opracowanie nowych materiałów odpowiadających niezbędnym właściwościom elektrycznym do przesyłania energii elektrycznej.

2) Opracowanie metod produkcji linii kablowych i szyn zbiorczych.

3) Rozwój nowych metod przesyłu energii elektrycznej.

W artykule zostanie zaproponowana nowa metoda produkcji kabli, która opiera się na metodzie efektu powierzchniowego rozprzestrzeniania się — efektu naskórkowego.

Efekt powierzchniowy w przewodniku. Efekt skóry. Właściwości częstotliwości

Prądowi przemiennemu towarzyszą zjawiska elektromagnetyczne, które prowadzą do przemieszczania ładunków elektrycznych ze środka przewodnika na jego obrzeże. Efekt ten nazywany jest efektem powierzchniowym lub efektem skóry. W wyniku tego efektu prąd staje się niejednorodny. Na peryferiach prąd okazuje się większy niż w środku. Wynika to z różnicy gęstości swobodnych nośników ładunku w prostopadłym przekroju przewodnika względem kierunku prądu.

Bieżącą głębokość penetracji określa się według wzoru:

Korzystając z powyższego wzoru dla drutu miedzianego, przy częstotliwości prądu 50 Hz, głębokość penetracji wynosi około 9,2 mm. W efekcie oznacza to, że w przypadku drutu o okrągłym przekroju poprzecznym i promieniu większym niż 9,2 mm nie będzie prądu w środku drutu, ponieważ nie będzie wolnych nośników ładunku.

Im wyższa częstotliwość prądu, tym mniejsza głębokość penetracji. Dwukrotny wzrost częstotliwości prądu spowoduje zmniejszenie głębokości penetracji do pierwiastka kwadratowego z dwóch. Jeśli częstotliwość prądu wzrośnie 10 razy, głębokość penetracji zmniejszy się o pierwiastek z 10 razy.

Aktualny wykres dystrybucji

Wykres wyraźnie pokazuje rozkład gęstości prądu J w okrągłym przewodniku (cylindrycznym).Poza głębokością penetracji gęstość prądu jest zerowa lub pomijalna, ponieważ w tych miejscach na przewodzie nie ma wolnych elektronów. W tych miejscach nie ma prądu.

Jeśli materiał przewodzący zostanie usunięty ze środka takiego drutu, w którym nie ma prądu, otrzymamy wydrążony drut w postaci rurki (rurki). Od tego nie zmienią się właściwości przewodzące, ponieważ nie było tam prądu, rezystancja takiego drutu się nie zmieni, ale takie właściwości jak indukcyjność i pojemność drutu mogą się zmienić.

Praktyczne wykorzystanie efektu skóry

Biorąc pod uwagę głębokość penetracji prądu dla różnych częstotliwości, jeśli wymagany jest przewód o promieniu większym niż głębokość penetracji, wówczas uzasadnione jest użycie kabla wielożyłowego. Powiedzmy, że dla częstotliwości prądu 50 Hz promień graniczny wynosi około 9 mm, co oznacza, że ​​\u200b\u200bnie ma sensu pracować z litym drutem o promieniu większym niż 9 mm. Nie spowoduje to żadnego wzrostu przewodności, ponieważ w środku drutu nie będzie prądu, co jest nieracjonalnym wykorzystaniem drogiej miedzi. Dlatego do dużych przekrojów stosuje się przewody i kable wielożyłowe. [2]

W celu oszczędności zasobów przyjmuje się, że stosuje się drut pusty o grubości drutu większej niż 9 mm.

Dziś Luvata produkuje druty drążone.

Luvata oferuje szeroką gamę miedzianych drutów drążonych do generatorów, cewek magnetycznych, pieców indukcyjnych i wielu innych zastosowań.

Zakres rozmiarów drutu pustego wynosi od 4 x 4 mm (20 kg/m).

Druty drążone wykonane są z miedzi beztlenowej OF-OK® o wysokiej czystości i wysokiej przewodności elektrycznej, nie mniejszej niż 100% IACS.Jeżeli konieczne jest, aby właściwości techniczne drutu drążonego miały wyższą temperaturę mięknienia lub wyższy wskaźnik pełzania metalu zawierającego miedź srebrną marki CuAg 0,03% lub CuAg 0,1%, produkowanych na bazie miedzi OF-OK®, były użyte.

Puste druty miedziane są szeroko stosowane w branżach takich jak wytwarzanie energii, sprzęt medyczny i badawczy. [3]

Aplikacje z pustymi drutami

• Maszyny do rezonansu magnetycznego

• Magnesy do zastosowań w fizyce wysokich energii

• Akceleratory cząstek

• Generatory

• Piece indukcyjne

• Sprzęt do badań plazmy

• Wytrząsarki elektrodynamiczne

• Instalacje stopów jonowych do produkcji mikroukładów

• Separatory pola magnetycznego o dużym natężeniu

Ale dzisiaj nie ma produkcji linii kablowych z drutu drążonego.

Sugerujemy użycie następującego projektu linii kablowej.

Rysunek 1. Pusty drut

Sugerujemy również użycie osłony z linką.

Rysunek 2. Skrętka z pustego drutu z wnęką wypełnioną PVC

Rozwój ten pozwala na oszczędne i racjonalne wykorzystanie zasobów.