Vodič budućnosti (šuplji kabel) ili ušteda resursa u proizvodnji kabela

Proizvodnja kabelskih vodova i sabirnica izravno je povezana s vađenjem i proizvodnjom: aluminija i bakra, jer su to glavni vodiči. Danas je vrijedno misliti da su ti resursi iscrpljivi i neobnovljivi, a zbog činjenice da se čovječanstvo postupno razvija, potrebno ih je sve više i više. Stoga naša budućnost zahtijeva razvoj novih materijala i ekonomičnije (racionalnije) korištenje resursa. U ovom radu predložit će se novi pristup proizvodnji kabelskih vodova koji se temelji na površinskom efektu u vodiču — skin efektu.

UNAPREĐENJE PRIRODNIH RESURSA — Danas, tempom razvoja čovječanstva, potrebe za prirodnim resursima su sve veće, a oni se dijele na obnovljive i neobnovljive.

Svi resursi nisu besplatni, ograničeni i rijetki. Koncept ograničenih resursa prilično je uobičajen. Tek u uvjetima oskudice i ograničenosti resursa, na temelju kojih nastaju dobra, nastaju problemi ekonomske naravi.Ekonomski problemi ne nastaju ako je količina dobara i resursa kojima se zadovoljavaju ljudske potrebe neograničena. Ali njihova racionalna uporaba može povećati konkurentnost proizvođača zainteresiranog za učinkovito korištenje resursa i maksimiziranje profita, kao i zadovoljiti neke od ljudskih potreba.

Objektivni temelji konkurentnosti proizvođača na tržištu određeni su njihovom sposobnošću da se natječu s drugim proizvođačima koji djeluju na istom tržišnom segmentu i proizvode slične proizvode, kao i da ostvare i dugotrajno održe jaku konkurentsku poziciju. To je glavni uvjet za njegovo uspješno poslovanje, u konačnici izraženo kroz profitabilnost.

Da biste to učinili, s jedne strane morate znati glavne karakteristike konkurentske pozicije koju želite zauzeti u budućnosti, a s druge strane, imati jasnu predodžbu o tome koji resursi i sposobnosti daju konkurentskoj prednost koju za to mora imati i koja je od njih stvarno dostupna ili će biti dostupna. [1]

Glavni materijali u proizvodnji kabela i sabirnica su bakar i aluminij - to je zbog njihove visoke električne vodljivosti, dovoljno visoke mehaničke čvrstoće, otpornosti na koroziju, dobre obradivosti, mogućnosti jednostavnog lemljenja i zavarivanja.

Budući da je ovaj resurs iscrpljiv, potrebno je ekonomičnije i učinkovitije korištenje.

Govoreći o ekonomičnom i učinkovitom razvoju smjera prijenosa električne energije duž kabelskih vodova i autobusnih kanala, mogu se razmotriti sljedeći pravci:

1) Razvoj novih materijala koji odgovaraju potrebnim električnim karakteristikama za prijenos električne energije.

2) Razvoj metoda za proizvodnju kabelskih vodova i sabirnica.

3) Razvoj novih metoda prijenosa električne energije.

U ovom radu bit će predložena nova metoda u proizvodnji kabela koja se temelji na metodi efekta površinskog širenja — skin efekta.

Površinski učinak u vodiču. Učinak kože. Frekvencijska svojstva

Izmjeničnu struju prate elektromagnetski fenomeni koji dovode do pomicanja električnih naboja iz središta vodiča prema njegovoj periferiji. Taj se učinak naziva površinski učinak ili učinak kože. Kao rezultat ovog učinka, struja postaje nehomogena. Na periferiji se ispostavlja da je struja veće veličine nego u središtu. To je zbog razlike u gustoći slobodnih nositelja naboja u okomitom presjeku vodiča u odnosu na smjer struje.

Trenutna dubina prodiranja određena je prema izrazu:

Koristeći gornju formulu za bakrenu žicu, pri strujnoj frekvenciji od 50 Hz, dubina prodiranja je približno 9,2 mm. U stvari, to znači da ako imamo žicu kružnog presjeka s radijusom većim od 9,2 mm, neće biti struje u središtu žice jer neće biti slobodnih nositelja naboja.

Što je viša frekvencija struje, to je manja dubina prodiranja. Dvostruko povećanje trenutne frekvencije rezultirat će smanjenjem dubine prodiranja na kvadratni korijen iz dva. Ako se frekvencija struje poveća za 10 puta, tada će se dubina prodiranja smanjiti za korijen od 10 puta.

Grafikon raspodjele struje

Grafikon jasno prikazuje raspodjelu gustoće struje J u okruglom vodiču (cilindričnom).Izvan dubine prodiranja, gustoća struje je nula ili je zanemariva jer na tim mjestima na žici nema slobodnih elektrona. U tim mjestima nema struje.

Ako se iz središta takve žice, gdje nema struje, ukloni vodljivi materijal, tada dobivamo šuplju žicu u obliku cijevi (cijev). Vodljive karakteristike se od toga neće promijeniti, budući da tamo nije bilo struje, otpor takve žice se neće promijeniti, ali takve karakteristike kao što su induktivitet i kapacitet žice mogu se promijeniti.

Praktična upotreba efekta kože

S obzirom na trenutnu dubinu prodiranja za različite frekvencije, ako je potrebna žica s radijusom većim od dubine prodiranja, razumno je koristiti višežilni kabel. Recimo da je za trenutnu frekvenciju od 50 Hz granični radijus oko 9 mm, što znači da nema smisla raditi s punom žicom s radijusom većim od 9 mm. To neće dati nikakvo povećanje vodljivosti jer neće biti struje u središtu žice, što je neracionalna upotreba skupog bakra. Zato se višežilne žice i kabeli koriste za velike presjeke. [2]

Radi uštede resursa, pretpostavlja se da se koristi šuplja žica debljine žice veće od 9 mm.

Danas Luvata proizvodi šuplje žice.

Luvata nudi širok raspon bakrenih šupljih žica za generatore, magnetske zavojnice, indukcijske peći i širok izbor drugih aplikacija.

Raspon dimenzija šuplje žice je od 4 x 4 mm (20 kg/m).

Šuplje žice izrađene su od OF-OK® bakra bez kisika visoke čistoće s visokom električnom vodljivošću, ne manje od 100% IACS.Ako je za tehnička svojstva šuplje žice potrebno da ima višu točku omekšavanja ili veći indeks puzanja metala koji sadrži srebro bakar, marke CuAg 0,03% ili CuAg 0,1%, proizveden na bazi bakra OF-OK®, korišteni su.

Šuplje bakrene žice naširoko se koriste u industrijama kao što su proizvodnja električne energije, medicinska i istraživačka oprema. [3]

Primjene šuplje žice

• Strojevi za magnetsku rezonanciju

• Magneti za primjene u fizici visokih energija

• Akceleratori čestica

• Generatori

• Indukcijske pećnice

• Oprema za istraživanje plazme

• Elektrodinamički tresilice

• Instalacije ionskih legura za proizvodnju mikro krugova

• Separatori magnetskog polja visokog intenziteta

Ali danas ne postoji proizvodnja vodova sa šupljom žicom.

Predlažemo korištenje sljedećeg dizajna kabelske linije.

Slika 1. Šuplja žica

Također predlažemo korištenje omotača s užetom.

Slika 2. Upredena šuplja žica sa šupljinom ispunjenom PVC-om

Ovakav razvoj omogućuje ekonomično i racionalno korištenje resursa.