Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  
  

 

Статьи для электриков / Провода и кабели

Проводник будущего (полый кабель) или экономия ресурса при производстве кабеля

 

Производство кабельных линий и шинопроводов напрямую связано с добычей и производством: алюминия и меди, так как это основные проводники. Сегодня стоит задуматься, что данные ресурсы исчерпаемые и не возобновляемые, а в связи с тем, что человечество прогрессивно развивается, данных ресурсов требуется все больше и больше. Следовательно, для нашего будущего требуется разработка новых материалов и более экономное (рациональное) использование ресурсов. В данной статье будет предложен новый подход к производству кабельных линий на основе поверхностного эффекта в проводнике - Скин-эффекта.

Электрические силовые кабели

ИСТОЩЕНИЕ ПРИРОДНОГО РЕСУРСА - На сегодняшний день с темпом развития человечество возникает все большая необходимость в природных ресурсах, а они в свою очередь делятся на возобновляемые и не возобновляемые.

Все ресурсы являются не бесплатными, ограниченными и редкими. Достаточно распространено понятие ограниченности ресурсов. Только в условиях редкости и ограниченности ресурсов, на основе которых создаются блага, возникают проблемы экономического характера. Экономические проблемы не возникают, если объемы благ и ресурсов, с помощью которых удовлетворяются человеческие потребности, неограниченны. Но рациональное их использование может повысить конкурентоспособность производителя, заинтересованного в эффективном использовании ресурсов и максимизации прибыли, а также удовлетворить часть человеческих потребностей.

Объективные основы конкурентоспособности производителей на рынке определяются их способностью выдерживать конкуренцию с другими производителями, действующими в этом же сегменте рынка и производящими аналогичную продукцию, а также достижение и удержание в течение продолжительного периода времени сильной конкурентной позиции. Это является главным условием её успешного функционирования, выражаемого, в конечном итоге, в показателях прибыльности.

Для этого, с одной стороны, нужно знать основные характеристики той конкурентной позиции, которую она хочет занять в перспективе, а с другой – иметь четкое представление о том, какими ресурсами и возможностями, дающими конкурентное преимущество ей для этого надо обладать, и какие из них ей действительно доступны или будут доступны.[1]

Основные материалы при производстве кабеля и шинопроводов является медь и алюминий - это связанно с их высокой электропроводностью, достаточно высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, хорошей обрабатываемостью, способностью легко паяться и свариваться.

Так как данный ресурс является исчерпаемым, требуется его более экономное и эффективное использование.

Говоря о экономном и эффективном развитии направления передачи электроэнергии по кабельным линиям и шинопроводам можно рассматривать следующие направления:

1) Разработка новых материалов соответствующих требуемым электрическим характеристикам при передаче электрической энергии.

2) Разработка навах методов производства кабельных линий и шинопроводов.

3) Разработка новых способов передачи электрической энергии.

В данный статье будет предложен новый метод в производстве кабеля, который основан на методе поверхностного эффекта распределения - Скин-эффекта.

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника на его периферию. Этот эффект называется — поверхностным эффектом, или скин-эффектом. В результате этого эффекта ток становится неоднородным. На периферии ток оказывается большим по величине, чем в центре. Это происходит из-за различия в плотности свободных носителей зарядов в перпендикулярном сечении проводника относительно направления тока.

Глубина проникновения тока определяется согласно выражению:

Глубина проникновения тока

Используя приведённую выше формулу для медного проводника получаем, что при частоте тока в 50 Гц глубина проникновения составит приблизительно 9,2 мм. Фактически это означает, что имея проводник с круглым сечением с радиусом более 9,2 мм, ток в центре проводника будет отсутствовать, потому как там не будет свободных носителей зарядов.

Чем выше частота тока, тем меньше глубина проникновения. Увеличение частоты тока в два раза повлечет за собой уменьшение глубины проникновения в корень квадратный из двух. Если частота тока увеличится в 10 раз, то, соответственно, глубина проникновения уменьшится в корень из 10 раз.

График распределения тока

На графике наглядно показано распределение плотности тока J в проводнике круглого сечения (цилиндрический). За пределами глубины проникновения плотность тока равна нулю или же ничтожно мала, потому как в этих местах проводника отсутствуют свободные электроны. Ток в этих местах отсутствует.

График распределения тока

Если из центра такого проводника где отсутствует ток, извлечь проводящий материал, то мы получим полый проводник в виде трубки (трубчатый). Проводящие характеристики от этого не изменятся, потому как тока там и не было, сопротивление такого проводника не изменится, но могут поменяться такие характеристики как индуктивность и емкость проводника.

Практическое использование скин-эффекта

Учитывая глубину проникновения тока для разных частот, если требуется проводник с радиусом большим, чем глубина проникновения, то разумно применять многожильный кабель. Скажем так, для 50 Гц частоты тока, предельный радиус примерно 9 мм, а это значит, что нет смысла эксплуатировать цельный проводник с радиусом больше 9 мм. Это не даст никакого увеличения проводимости, потому как ток в центре проводника будет отсутствовать, что является нерациональным использованием дорогостоящей меди. Вот поэтому при больших сечениях применяют многожильные провода и кабели. [2]

Для экономии ресурсов предполагается использование полого проводника при толщине проводника более 9мм.

На сегодняшний день компания Luvata осуществляет производство полых проводников.

Компания Luvata предлагает широкий спектр медных полых проводников для генераторов, магнитных катушек, индукционных печей и большого числа других применений.

Диапазон размеров сечения полого проводника составляет от 4 x 4 мм (20 кг/м).

Полые проводники производятся из бескислородной меди высокой чистоты OF-OK®, обладающей высокой электропроводностью, не менее 100% по IACS. Если необходимо, чтобы технические свойства полого проводника характеризовались более высокой температурой размягчения или более высоким значением показателя ползучести металла, используется серебросодержащие марки меди CuAg 0,03% или CuAg 0,1%, произведенных на основе меди OF-OK®.

Медные полые проводники широко используются в таких отраслях, как производство электроэнергии, медицинской и научно-исследовательской аппаратуры. [3]

Применение полых проводников

  • Магнитно-резонансные томографы

  • Магниты для применения в области физики высоких энергий

  • Ускорители элементарных частиц

  • Генераторы

  • Индукционные печи

  • Оборудование для исследования плазмы

  • Электродинамические вибростенды

  • Установки ионного легирования для производства микросхем

  • Сепараторы с магнитным полем высокой напряженности

Но на сегодняшний день отсутствует производство кабельных линий с полым проводником.

Нами предлагается использование следующей конструкции кабельных линий.

Полый проводник

Рисунок 1. Полый проводник

Так же Нами предлагается использовать многожильную оболочку.

Многожильный полый проводник с заполненой полостью ПВХ

Рисунок 2. Многожильный полый проводник с заполненой полостью ПВХ

Данная разработка позволяет осуществлять экономное и рациональное использование ресурсов.

Автор: Гусакин А.А. работник АО «Уралэлектромедь»

Список использованных источников:

1. Конкуренция [Электронный ресурс] : Учебное пособие / Ильина В. Н. - Саратов : Ай Пи Эр Медиа, 2008.

2. http://electricity-automation.com/ru/electricity/33 Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

3. http://www.luvata.com/ru/About-Luvata/Russia/Products/Special-Products/Hollow-conductors/

Поделитесь с друзьями:

Статьи близкие по теме:

  • Понятие электрической энергии
  • Применение автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии
  • Энергетика, электрические системы - основные понятия
  • Потери в проводниках при переменном токе
  • Турбина Windgate – новейший шаг в использовании энергии ветра в быту
  • Самарский завод электромонтажных изделий
  • Нефть на исходе – конец света?
  • Школа для электрика в Facebook:

    Основы электротехники | Основы электроники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Электрические машины | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электричсекое освещение | Электромонтажные работы | Эксплуатация электрооборудования
    Алфавитный указатель: