Vodič budoucnosti (dutý kabel) aneb úspora zdrojů při výrobě kabelů

Výroba kabelových vedení a přípojnic přímo souvisí s těžbou a výrobou: hliníku a mědi, neboť se jedná o hlavní vodiče. Dnes je na místě myslet na to, že tyto zdroje jsou vyčerpatelné a neobnovitelné a vzhledem k tomu, že se lidstvo postupně rozvíjí, je těchto zdrojů potřeba stále více. Naše budoucnost proto vyžaduje vývoj nových materiálů a hospodárnější (racionálnější) využívání zdrojů. Tento článek navrhne nový přístup k výrobě kabelových vedení založený na povrchovém efektu ve vodiči — skin efektu.

ZVYŠOVÁNÍ PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ — V dnešní době s tempem rozvoje lidstva roste potřeba přírodních zdrojů, které se naopak dělí na obnovitelné a neobnovitelné.

Všechny zdroje nejsou zdarma, omezené a vzácné. Koncept omezených zdrojů je poměrně běžný. Pouze v podmínkách nedostatku a omezených zdrojů, na jejichž základě vzniká zboží, vznikají problémy ekonomického charakteru.Ekonomické problémy nevznikají, pokud objem statků a zdrojů, kterými jsou uspokojovány lidské potřeby, je neomezený. Jejich racionální využití však může zvýšit konkurenceschopnost výrobce se zájmem o efektivní využití zdrojů a maximalizaci zisku, stejně jako uspokojit některé lidské potřeby.

Objektivní základy konkurenceschopnosti výrobců na trhu jsou dány jejich schopností konkurovat ostatním výrobcům působícím ve stejném segmentu trhu a produkujícími obdobné výrobky, jakož i dosáhnout a dlouhodobě udržet silnou konkurenční pozici. To je hlavní podmínkou jeho úspěšného fungování, v konečném důsledku vyjádřené rentabilitou.

K tomu potřebujete na jedné straně znát hlavní charakteristiky konkurenční pozice, kterou chce v budoucnu zaujímat, a na druhé straně mít jasnou představu o tom, jaké zdroje a schopnosti dávají konkurenčnímu výhodu, kterou k tomu musí mít a která z nich je skutečně dostupná nebo bude dostupná. [1]

Hlavními materiály při výrobě kabelů a přípojnic jsou měď a hliník - je to dáno jejich vysokou elektrickou vodivostí, dostatečně vysokou mechanickou pevností, odolností proti korozi, dobrou zpracovatelností, možností snadného pájení a svařování.

Vzhledem k tomu, že tento zdroj je vyčerpatelný, je zapotřebí hospodárnější a efektivnější využití.

Pokud jde o ekonomický a efektivní rozvoj směru přenosu elektřiny podél kabelových vedení a sběrnicových kanálů, lze zvážit následující směry:

1) Vývoj nových materiálů odpovídajících nezbytným elektrickým charakteristikám pro přenos elektrické energie.

2) Vývoj metod výroby kabelových vedení a přípojnic.

3) Vývoj nových způsobů přenosu elektrické energie.

V tomto příspěvku bude navržena nová metoda ve výrobě kabelů, která je založena na metodě efektu povrchového rozprostření — skin efektu.

Povrchový efekt ve vodiči. Efekt kůže. Frekvenční vlastnosti

Střídavý proud je doprovázen elektromagnetickými jevy, které vedou k přesunu elektrických nábojů ze středu vodiče na jeho okraj. Tento efekt se nazývá povrchový efekt nebo efekt kůže. V důsledku tohoto efektu se proud stává nehomogenním. Na periferii se ukazuje, že proud má větší velikost než ve středu. Je to způsobeno rozdílem v hustotě volných nosičů náboje v kolmém průřezu vodiče vzhledem ke směru proudu.

Aktuální hloubka průniku se určí podle výrazu:

Při použití výše uvedeného vzorce pro měděný drát při aktuální frekvenci 50 Hz je hloubka průniku přibližně 9,2 mm. Ve skutečnosti to znamená, že s kruhovým průřezem drátu s poloměrem větším než 9,2 mm nebude ve středu drátu žádný proud, protože nebudou žádné volné nosiče náboje.

Čím vyšší je frekvence proudu, tím menší je hloubka průniku. Dvojnásobné zvýšení frekvence proudu bude mít za následek snížení hloubky průniku na druhou odmocninu ze dvou. Pokud se frekvence proudu zvýší 10krát, hloubka průniku se sníží o odmocninu 10krát.

Graf aktuálního rozložení

Graf jasně ukazuje rozložení proudové hustoty J v kruhovém vodiči (cylindrickém).Za hloubkou průniku je proudová hustota nulová nebo zanedbatelná, protože v těchto místech drátu nejsou žádné volné elektrony. V těchto místech není proud.

Pokud se odebere vodivý materiál ze středu takového drátu, kde není žádný proud, pak získáme dutý drát ve formě trubičky (trubičky). Vodivé vlastnosti se od toho nezmění, protože tam nebyl žádný proud, odpor takového drátu se nezmění, ale takové vlastnosti, jako je indukčnost a kapacita drátu, se mohou změnit.

Praktické využití kožního efektu

S ohledem na aktuální hloubku průniku pro různé frekvence, pokud je vyžadován drát s poloměrem větším než je hloubka průniku, je rozumné použít vícežilový kabel. Řekněme, že pro aktuální frekvenci 50 Hz je omezující rádius asi 9 mm, což znamená, že nemá smysl pracovat s plným drátem o poloměru větším než 9 mm. To nezpůsobí žádné zvýšení vodivosti, protože ve středu drátu nebude žádný proud, což je iracionální použití drahé mědi. Proto se pro velké průřezy používají vícežilové dráty a kabely. [2]

Za účelem úspory zdrojů se předpokládá použití dutého drátu o tloušťce drátu větší než 9 mm.

Dnes Luvata vyrábí duté dráty.

Luvata nabízí širokou škálu měděných dutých drátů pro generátory, magnetické cívky, indukční pece a širokou škálu dalších aplikací.

Rozsah velikostí dutého drátu je od 4 x 4 mm (20 kg / m).

Duté dráty jsou vyrobeny z vysoce čisté bezkyslíkaté mědi OF-OK® s vysokou elektrickou vodivostí, ne méně než 100% IACS.Pokud je pro technické vlastnosti dutého drátu nutné mít vyšší bod měknutí nebo vyšší index tečení kovu obsahujícího stříbro měď, značky CuAg 0,03% nebo CuAg 0,1%, vyráběné na bázi mědi OF-OK®, byly použity.

Duté měděné dráty jsou široce používány v průmyslových odvětvích, jako je výroba energie, lékařská a výzkumná zařízení. [3]

Aplikace dutého drátu

• Stroje pro magnetickou rezonanci

• Magnety pro aplikace fyziky vysokých energií

• Urychlovače částic

• Generátory

• Indukční trouby

• Zařízení pro výzkum plazmy

• Elektrodynamické třepačky

• Zařízení z iontových slitin pro výrobu mikroobvodů

• Separátory magnetického pole s vysokou intenzitou

Dnes se ale dráty z dutých drátů nevyrábí.

Doporučujeme použít následující návrh kabelového vedení.

Obrázek 1. Dutý drát

Doporučujeme také použít spletené pouzdro.

Obrázek 2. Lankový dutý drát s dutinou vyplněnou PVC

Tento vývoj umožňuje hospodárné a racionální využívání zdrojů.