Prevodnik prihodnosti (votel kabel) ali varčevanje z viri v proizvodnji kablov

Proizvodnja kablovodov in zbiralk je neposredno povezana s pridobivanjem in proizvodnjo: aluminija in bakra, saj sta to glavna prevodnika. Danes velja pomisliti, da so ti viri izčrpni in neobnovljivi, zaradi dejstva, da se človeštvo postopoma razvija, pa jih potrebuje vedno več. Zato naša prihodnost zahteva razvoj novih materialov in gospodarnejšo (racionalno) rabo virov. Ta članek bo predlagal nov pristop k proizvodnji kabelskih vodov, ki temelji na površinskem učinku v prevodniku — skin efektu.

KREPITEV NARAVNIH VIROV — Danes, s tempo človekovega razvoja, se povečuje potreba po naravnih virih, ki jih delimo na obnovljive in neobnovljive.

Vsi viri niso brezplačni, omejeni in redki. Koncept omejenih virov je precej pogost. Šele v razmerah pomanjkanja in omejenih virov, na podlagi katerih nastajajo dobrine, nastajajo težave ekonomske narave.Gospodarski problemi ne nastanejo, če je količina dobrin in virov, s katerimi se zadovoljujejo človeške potrebe, neomejena. Toda njihova racionalna uporaba lahko poveča konkurenčnost proizvajalca, ki ga zanima učinkovita raba virov in maksimiranje dobička, pa tudi zadovoljitev nekaterih človeških potreb.

Objektivne temelje konkurenčnosti proizvajalcev na trgu določa njihova sposobnost, da konkurirajo drugim proizvajalcem, ki delujejo na istem tržnem segmentu in proizvajajo podobne izdelke, ter da dosežejo in ohranijo močan konkurenčni položaj v daljšem časovnem obdobju. To je glavni pogoj za njegovo uspešno poslovanje, ki se nenazadnje izraža v dobičkonosnosti.

Če želite to narediti, morate po eni strani poznati glavne značilnosti konkurenčnega položaja, ki ga želi zasesti v prihodnosti, po drugi strani pa imeti jasno predstavo o tem, kateri viri in zmogljivosti dajejo konkurenčnemu prednosti, katere mora imeti za to in katera od njih je dejansko na voljo oziroma bo na voljo. [1]

Glavna materiala pri izdelavi kablov in zbiralk sta baker in aluminij - to je posledica njihove visoke električne prevodnosti, dovolj visoke mehanske trdnosti, odpornosti proti koroziji, dobre obdelovalnosti, možnosti enostavnega spajkanja in varjenja.

Ker je ta vir izčrpen, je potrebna bolj gospodarna in učinkovita raba.

Ko govorimo o gospodarnem in učinkovitem razvoju smeri prenosa električne energije po kabelskih vodih in avtobusnih kanalih, lahko upoštevamo naslednje smeri:

1) Razvoj novih materialov, ki ustrezajo potrebnim električnim karakteristikam za prenos električne energije.

2) Razvoj metod za proizvodnjo kabelskih vodov in zbiralk.

3) Razvoj novih načinov prenosa električne energije.

V prispevku bo predlagana nova metoda v proizvodnji kablov, ki temelji na metodi učinka površinskega širjenja — skin efekta.

Površinski učinek v vodniku. Učinek kože. Frekvenčne lastnosti

Izmenični tok spremljajo elektromagnetni pojavi, ki vodijo do premika električnih nabojev iz središča prevodnika na njegovo obrobje. Ta učinek se imenuje učinek površine ali učinek kože. Zaradi tega učinka tok postane nehomogen. Na obrobju se izkaže, da je tok večji po velikosti kot v središču. To je posledica razlike v gostoti prostih nosilcev naboja v pravokotnem prerezu prevodnika glede na smer toka.

Trenutna globina penetracije se določi v skladu z izrazom:

Z uporabo zgornje formule za bakreno žico je pri trenutni frekvenci 50 Hz globina preboja približno 9,2 mm. Dejansko to pomeni, da pri žici s krožnim prerezom s polmerom, večjim od 9,2 mm, v središču žice ne bo toka, ker ne bo prostih nosilcev naboja.

Višja kot je trenutna frekvenca, manjša je globina prodiranja. Dvakratno povečanje trenutne frekvence bo povzročilo zmanjšanje globine prodiranja na kvadratni koren iz dveh. Če se frekvenca toka poveča za 10-krat, se globina prodiranja zmanjša za koren 10-krat.

Graf porazdelitve toka

Graf nazorno prikazuje porazdelitev gostote toka J v okroglem vodniku (cilindričnem).Izven globine prodiranja je gostota toka nič ali zanemarljiva, ker na teh mestih na žici ni prostih elektronov. V teh krajih ni toka.

Če iz središča takšne žice, kjer ni toka, odstranimo prevodni material, dobimo votlo žico v obliki cevi (cevke). Prevodne lastnosti se od tega ne bodo spremenile, ker tam ni bilo toka, upor takšne žice se ne bo spremenil, lahko pa se spremenijo lastnosti, kot sta induktivnost in kapacitivnost žice.

Praktična uporaba kožnega učinka

Glede na trenutno globino penetracije za različne frekvence, če je potrebna žica s polmerom, večjim od globine penetracije, je smiselno uporabiti večjedrni kabel. Recimo, da je za tokovno frekvenco 50 Hz mejni polmer približno 9 mm, kar pomeni, da ni smiselno delati s polno žico s polmerom, večjim od 9 mm. To ne bo povečalo prevodnosti, ker v središču žice ne bo toka, kar je neracionalna uporaba dragega bakra. Zato se za velike prereze uporabljajo večžilne žice in kabli. [2]

Zaradi varčevanja z viri se predpostavlja, da se uporablja votla žica z debelino žice več kot 9 mm.

Danes Luvata proizvaja votle žice.

Luvata ponuja široko paleto bakrenih votlih žic za generatorje, magnetne tuljave, indukcijske peči in široko paleto drugih aplikacij.

Razpon velikosti votle žice je od 4 x 4 mm (20 kg / m).

Votle žice so izdelane iz bakra brez kisika visoke čistosti OF-OK® z visoko električno prevodnostjo, ne manj kot 100 % IACS.Če je za tehnične lastnosti votle žice potrebno višje zmehčišče ali višji indeks lezenja kovine, ki vsebuje srebro baker, znamke CuAg 0,03% ali CuAg 0,1%, izdelane na osnovi bakra OF-OK®, so bile uporabljene.

Votle bakrene žice se pogosto uporabljajo v industrijah, kot so proizvodnja električne energije, medicinska in raziskovalna oprema. [3]

Aplikacije iz votle žice

• Stroji z magnetno resonanco

• Magneti za aplikacije v visokoenergijski fiziki

• Pospeševalniki delcev

• Generatorji

• Indukcijske pečice

• Oprema za raziskovanje plazme

• Elektrodinamični stresalniki

• Naprave iz ionskih zlitin za proizvodnjo mikrovezij

• Separatorji z visoko intenzivnostjo magnetnega polja

Toda danes ni proizvodnje kablovodov iz votle žice.

Predlagamo uporabo naslednje zasnove kabelske linije.

Slika 1. Votla žica

Predlagamo tudi uporabo ovoja iz pramenov.

Slika 2. Vpredena votla žica z votlino, napolnjeno s PVC

Ta razvoj omogoča gospodarno in racionalno rabo virov.