موصل المستقبل (كابل مجوف) أو توفير الموارد في إنتاج الكابلات

يرتبط إنتاج خطوط الكابلات والقضبان ارتباطًا مباشرًا باستخراج وإنتاج: الألمنيوم والنحاس ، باعتبارهما الموصلين الرئيسيين. اليوم ، يجدر التفكير في أن هذه الموارد قابلة للنفاذ وغير متجددة ، وبسبب حقيقة أن البشرية تتطور تدريجياً ، هناك حاجة إلى المزيد والمزيد من هذه الموارد. لذلك ، يتطلب مستقبلنا تطوير مواد جديدة واستخدام أكثر اقتصادا (عقلانيًا) للموارد. ستقترح هذه الورقة طريقة جديدة لإنتاج خطوط الكابلات بناءً على تأثير السطح في الموصل - تأثير الجلد.

تعزيز الموارد الطبيعية - اليوم ، مع وتيرة التنمية البشرية ، تتزايد الحاجة إلى الموارد الطبيعية ، وهي بدورها مقسمة إلى متجددة وغير متجددة.

جميع الموارد ليست مجانية ومحدودة ونادرة. مفهوم الموارد المحدودة شائع جدا. فقط في ظروف الندرة ومحدودية الموارد ، التي على أساسها يتم إنشاء السلع ، تنشأ مشاكل ذات طبيعة اقتصادية.لا تنشأ المشاكل الاقتصادية إذا كان حجم السلع والموارد التي تُشبع الاحتياجات البشرية غير محدود. لكن استخدامها الرشيد يمكن أن يزيد من القدرة التنافسية للمنتج المهتم بالاستخدام الفعال للموارد وتعظيم الأرباح ، وكذلك تلبية بعض الاحتياجات البشرية.

يتم تحديد الأسس الموضوعية للقدرة التنافسية للمصنعين في السوق من خلال قدرتهم على المنافسة مع الشركات المصنعة الأخرى العاملة في نفس قطاع السوق وإنتاج منتجات مماثلة ، وكذلك لتحقيق والحفاظ على مركز تنافسي قوي لفترة طويلة من الزمن. هذا هو الشرط الرئيسي لعملياتها الناجحة ، والذي يتم التعبير عنه في النهاية من حيث الربحية.

للقيام بذلك ، من ناحية ، تحتاج إلى معرفة الخصائص الرئيسية للوضع التنافسي الذي ترغب في احتلاله في المستقبل ، ومن ناحية أخرى ، أن يكون لديك فكرة واضحة عن الموارد والقدرات التي توفر ميزة تنافسية. ميزة ، والتي يجب أن تتوفر لهذا وأي منها متاح بالفعل أو سيكون متاحًا. [1]

المواد الرئيسية في إنتاج الكابلات والقضبان هي النحاس والألمنيوم - ويرجع ذلك إلى الموصلية الكهربائية العالية ، والقوة الميكانيكية العالية بما فيه الكفاية ، ومقاومة التآكل ، وقابلية التشغيل الجيدة ، وإمكانية اللحام واللحام السهل.

نظرًا لأن هذا المورد قابل للنفاذ ، يلزم استخدام أكثر اقتصادا وفعالية.

عند الحديث عن التطور الاقتصادي والفعال لاتجاه نقل الكهرباء على طول خطوط الكابلات وقنوات الحافلات ، يمكن النظر في الاتجاهات التالية:

1) تطوير مواد جديدة تتوافق مع الخصائص الكهربائية اللازمة لنقل الطاقة الكهربائية.

2) تطوير طرق إنتاج خطوط الكابلات والقضبان.

3) تطوير طرق جديدة لنقل الطاقة الكهربائية.

في هذا البحث ، سيتم اقتراح طريقة جديدة في إنتاج الكابلات ، والتي تعتمد على طريقة تأثير انتشار السطح - تأثير الجلد.

تأثير السطح في الموصل. تأثير البشرة. خصائص التردد

يقترن التيار المتردد بظواهر كهرومغناطيسية تؤدي إلى إزاحة الشحنات الكهربائية من مركز الموصل إلى محيطه. يسمى هذا التأثير تأثير السطح أو تأثير الجلد. نتيجة لهذا التأثير ، يصبح التيار غير متجانس. في المحيط ، تبين أن التيار أكبر في الحجم منه في المركز. هذا بسبب الاختلاف في كثافة ناقلات الشحن المجاني في المقطع العرضي العمودي للموصل فيما يتعلق باتجاه التيار.

يتم تحديد عمق الاختراق الحالي وفقًا للتعبير:

باستخدام الصيغة أعلاه للأسلاك النحاسية ، بتردد حالي قدره 50 هرتز ، يبلغ عمق الاختراق حوالي 9.2 ملم. في الواقع ، هذا يعني أنه مع وجود سلك دائري المقطع العرضي بنصف قطر أكبر من 9.2 مم ، فلن يكون هناك تيار في مركز السلك لأنه لن يكون هناك ناقلات شحن مجانية.

كلما زاد تردد التيار ، قل عمق الاختراق. ستؤدي زيادة التردد الحالي بمقدار الضعفين إلى انخفاض عمق الاختراق إلى الجذر التربيعي لاثنين. إذا زاد تواتر التيار بمقدار 10 مرات ، فإن عمق الاختراق سينخفض ​​بمقدار 10 مرات.

الرسم البياني للتوزيع الحالي

يوضح الرسم البياني بوضوح توزيع كثافة التيار J في موصل دائري (أسطواني).بعد عمق الاختراق ، تكون كثافة التيار صفراً أو لا تكاد تذكر لأنه لا توجد إلكترونات حرة في هذه المواقع على السلك. لا يوجد تيار في هذه الأماكن.

إذا تمت إزالة مادة موصلة من مركز مثل هذا السلك ، حيث لا يوجد تيار ، فإننا نحصل على سلك مجوف على شكل أنبوب (أنبوب). لن تتغير الخصائص الموصلة من هذا ، نظرًا لعدم وجود تيار هناك ، فلن تتغير مقاومة مثل هذا السلك ، ولكن يمكن أن تتغير خصائص مثل المحاثة وسعة السلك.

الاستخدام العملي لتأثير الجلد

بالنظر إلى عمق الاختراق الحالي للترددات المختلفة ، إذا كان هناك حاجة إلى سلك بنصف قطر أكبر من عمق الاختراق ، فمن المعقول استخدام كبل متعدد النواة. لنفترض أنه بالنسبة للتردد الحالي البالغ 50 هرتز ، يبلغ نصف قطر الحد حوالي 9 ملم ، مما يعني أنه لا معنى للعمل بسلك صلب نصف قطره أكثر من 9 ملم. لن يعطي هذا أي زيادة في الموصلية لأنه لن يكون هناك تيار في وسط السلك ، وهو استخدام غير منطقي للنحاس باهظ الثمن. هذا هو السبب في استخدام الأسلاك والكابلات متعددة النواة للمقاطع العرضية الكبيرة. [2]

لتوفير الموارد ، يُفترض استخدام سلك مجوف يزيد سمكه عن 9 مم.

اليوم ، تقوم شركة Luvata بتصنيع الأسلاك المجوفة.

تقدم Luvata مجموعة واسعة من الأسلاك النحاسية المجوفة للمولدات وملفات المغناطيس وأفران الحث ومجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى.

نطاق حجم السلك المجوف من 4 × 4 مم (20 كجم / م).

الأسلاك المجوفة مصنوعة من النحاس الخالي من الأكسجين OF-OK® عالي النقاء مع موصلية كهربائية عالية ، لا تقل عن 100٪ IACS.إذا كان من الضروري للخصائص التقنية للسلك المجوف أن يكون لها نقطة تليين أعلى أو مؤشر زحف أعلى للمعدن المحتوي على النحاس الفضي ، العلامات التجارية CuAg 0.03٪ أو CuAg 0.1٪ ، المنتجة على أساس النحاس OF- OK® ، استخدمت.

تستخدم الأسلاك النحاسية المجوفة على نطاق واسع في صناعات مثل توليد الطاقة والمعدات الطبية والبحثية. [3]

تطبيقات الأسلاك المجوفة

• آلات الرنين المغناطيسي

• مغناطيس لتطبيقات فيزياء الطاقة العالية

• مسرعات الجسيمات

• مولدات كهرباء

• أفران الحث

• معدات أبحاث البلازما

• الهزازات الكهروديناميكية

• تركيبات سبائك الأيونات لإنتاج الدوائر الدقيقة

• فواصل المجال المغناطيسي عالية الكثافة

لكن اليوم لا يوجد إنتاج لخطوط الكابلات السلكية المجوفة.

نقترح استخدام تصميم خط الكابلات التالي.

الشكل 1. سلك مجوف

نقترح أيضًا استخدام غمد تقطعت به السبل.

الشكل 2. سلك مجوف مجدول مع تجويف مملوء بـ PVC

يسمح هذا التطور بالاستخدام الاقتصادي والعقلاني للموارد.