Fremtidens leder (hulkabel) eller sparer ressurser i kabelproduksjon

Produksjonen av kabellinjer og samleskinner er direkte relatert til uttak og produksjon av: aluminium og kobber, da disse er hovedlederne. I dag er det verdt å tenke på at disse ressursene er uttømmelige og ikke-fornybare, og på grunn av at menneskeheten gradvis utvikler seg, trengs det stadig flere av disse ressursene. Derfor krever fremtiden vår utvikling av nye materialer og mer økonomisk (rasjonell) ressursbruk. Denne artikkelen vil foreslå en ny tilnærming til produksjon av kabellinjer basert på overflateeffekten i lederen - hudeffekten.

FORBEDRING AV NATURRESSURSER — I dag, med tempoet i menneskelig utvikling, øker behovet for naturressurser, og de er i sin tur delt inn i fornybare og ikke-fornybare.

Alle ressurser er ikke gratis, begrensede og sjeldne. Konseptet med begrensede ressurser er ganske vanlig. Bare under forhold med knapphet og begrensede ressurser, på grunnlag av hvilke varer skapes, oppstår problemer av økonomisk art.Økonomiske problemer oppstår ikke hvis volumet av varer og ressurser som menneskelige behov dekkes med er ubegrenset. Men deres rasjonelle bruk kan øke konkurranseevnen til en produsent som er interessert i effektiv bruk av ressurser og maksimering av fortjeneste, samt tilfredsstille noen av de menneskelige behovene.

Det objektive grunnlaget for produsentenes konkurranseevne i markedet bestemmes av deres evne til å konkurrere med andre produsenter som opererer i samme markedssegment og produserer lignende produkter, samt oppnå og opprettholde en sterk konkurranseposisjon over lang tid. Dette er hovedbetingelsen for vellykket drift, til syvende og sist uttrykt i lønnsomhet.

For å gjøre dette må du på den ene siden kjenne til hovedkarakteristikkene til konkurranseposisjonen den ønsker å innta i fremtiden, og på den annen side ha en klar ide om hvilke ressurser og evner som gir en konkurransedyktig fordel, som den må ha for dette og hvilken av dem som faktisk er tilgjengelig eller vil være tilgjengelig. [1]

Hovedmaterialene i produksjon av kabler og samleskinner er kobber og aluminium - dette er på grunn av deres høye elektriske ledningsevne, tilstrekkelig høy mekanisk styrke, korrosjonsmotstand, god bearbeidbarhet, muligheten for enkel lodding og sveising.

Siden denne ressursen er uttømmelig, kreves en mer økonomisk og effektiv bruk.

Når vi snakker om økonomisk og effektiv utvikling av retningen for elektrisitetsoverføring langs kabellinjer og busskanaler, kan følgende retninger vurderes:

1) Utvikling av nye materialer tilsvarende nødvendige elektriske egenskaper for overføring av elektrisk energi.

2) Utvikling av metoder for produksjon av kabellinjer og samleskinner.

3) Utvikling av nye metoder for overføring av elektrisk energi.

I denne artikkelen vil det bli foreslått en ny metode innen kabelproduksjon, som er basert på metoden for overflatespredningseffekt — hudeffekt.

Overflateeffekt i lederen. Hudeffekt. Frekvensegenskaper

Vekselstrøm er ledsaget av elektromagnetiske fenomener som fører til forskyvning av elektriske ladninger fra sentrum av lederen til dens periferi. Denne effekten kalles overflateeffekten eller hudeffekten. Som et resultat av denne effekten blir strømmen inhomogen. I periferien viser strømmen seg å være større i størrelsesorden enn i sentrum. Dette skyldes forskjellen i tettheten til gratis ladningsbærere i lederens vinkelrette tverrsnitt i forhold til strømmens retning.

Den nåværende penetrasjonsdybden bestemmes i henhold til uttrykket:

Ved å bruke formelen ovenfor for kobbertråd, ved en strømfrekvens på 50 Hz, er penetrasjonsdybden omtrent 9,2 mm. I realiteten betyr dette at med en ledning med sirkulært tverrsnitt med en radius større enn 9,2 mm, vil det ikke være strøm i midten av ledningen fordi det ikke vil være noen gratis ladebærere.

Jo høyere strømfrekvens, jo mindre penetrasjonsdybde. En dobling av strømfrekvensen vil gi en reduksjon i penetrasjonsdybden til kvadratroten av to. Hvis frekvensen til strømmen øker med 10 ganger, vil penetrasjonsdybden reduseres med roten av 10 ganger.

Gjeldende distribusjonsgraf

Grafen viser tydelig fordelingen av strømtetthet J i en rund leder (sylindrisk).Utenfor penetrasjonsdybden er strømtettheten null eller ubetydelig fordi det ikke er frie elektroner på disse stedene på ledningen. Det er ingen strøm på disse stedene.

Hvis ledende materiale fjernes fra midten av en slik ledning, hvor det ikke er strøm, får vi en hul ledning i form av et rør (rør). Ledende egenskaper vil ikke endre seg fra dette, siden det ikke var noen strøm der, vil motstanden til en slik ledning ikke endre seg, men slike egenskaper som induktans og kapasitans til ledningen kan endres.

Praktisk bruk av hudeffekten

Med tanke på gjeldende penetrasjonsdybde for forskjellige frekvenser, hvis det kreves en ledning med en radius større enn penetrasjonsdybden, er det rimelig å bruke en flerkjernekabel. La oss si at for en strømfrekvens på 50 Hz er begrensningsradiusen omtrent 9 mm, noe som betyr at det ikke er fornuftig å jobbe med en solid ledning med en radius på mer enn 9 mm. Dette vil ikke gi noen økning i ledningsevnen fordi det ikke vil være strøm i midten av ledningen, som er en irrasjonell bruk av dyrt kobber. Det er derfor flerkjernede ledninger og kabler brukes til store tverrsnitt. [2]

For å spare ressurser forutsettes det at det benyttes en hul tråd med trådtykkelse over 9 mm.

I dag produserer Luvata hule ledninger.

Luvata tilbyr et bredt utvalg av hule kobbertråder for generatorer, magnetspoler, induksjonsovner og en lang rekke andre bruksområder.

Størrelsesområdet til den hule ledningen er fra 4 x 4 mm (20 kg / m).

De hule ledningene er laget av høyrent OF-OK® oksygenfritt kobber med høy elektrisk ledningsevne, ikke mindre enn 100 % IACS.Hvis det er nødvendig for de tekniske egenskapene til den hule tråden å ha et høyere mykningspunkt eller en høyere krypeindeks for metallet som inneholder sølvkobber, merker CuAg 0,03 % eller CuAg 0,1 %, produsert på basis av kobber OF-OK®, ble brukt.

Hule kobbertråder er mye brukt i bransjer som kraftproduksjon, medisinsk utstyr og forskningsutstyr. [3]

Hultrådapplikasjoner

• Magnetiske resonansmaskiner

• Magneter for høyenergifysikkapplikasjoner

• Partikkelakseleratorer

• Generatorer

• Induksjonsovner

• Plasmaforskningsutstyr

• Elektrodynamiske shakere

• Ionelegeringsinstallasjoner for produksjon av mikrokretser

• Magnetiske feltseparatorer med høy intensitet

Men i dag er det ingen produksjon av hule trådkabellinjer.

Vi foreslår å bruke følgende kabellinjedesign.

Figur 1. Hul ledning

Vi foreslår også å bruke en strandet kappe.

Figur 2. En trådet hul ledning med et hulrom fylt med PVC

Denne utviklingen åpner for en økonomisk og rasjonell ressursbruk.