Condutor do futuro (cabo oco) ou economia de recursos na produção de cabos

A produção de linhas de cabos e barramentos está diretamente relacionada à extração e produção de: alumínio e cobre, pois estes são os principais condutores. Hoje, vale pensar que esses recursos são esgotáveis ​​e não renováveis, e devido ao fato de a humanidade estar se desenvolvendo gradativamente, cada vez mais esses recursos são necessários. Portanto, nosso futuro requer o desenvolvimento de novos materiais e o uso mais econômico (racional) dos recursos. Este trabalho irá propor uma nova abordagem para a produção de linhas de cabos com base no efeito de superfície no condutor — o efeito de pele.

VALORIZAÇÃO DOS RECURSOS NATURAIS — Hoje, com o ritmo do desenvolvimento humano, aumenta a necessidade de recursos naturais, que por sua vez se dividem em renováveis ​​e não renováveis.

Todos os recursos não são gratuitos, limitados e raros. O conceito de recursos limitados é bastante comum. Somente em condições de escassez e recursos limitados, com base nos quais os bens são criados, surgem problemas de natureza econômica.Os problemas econômicos não surgem se o volume de bens e recursos com os quais as necessidades humanas são satisfeitas for ilimitado. Mas seu uso racional pode aumentar a competitividade de um produtor interessado no uso eficiente de recursos e maximização de lucros, bem como satisfazer algumas das necessidades humanas.

Os fundamentos objetivos da competitividade dos fabricantes no mercado são determinados por sua capacidade de competir com outros fabricantes que operam no mesmo segmento de mercado e produzem produtos similares, bem como de alcançar e manter uma forte posição competitiva por um longo período de tempo. Esta é a principal condição para o sucesso de sua operação, expressa, em última análise, em termos de rentabilidade.

Para tal, é necessário, por um lado, conhecer as principais características da posição competitiva que pretende ocupar no futuro e, por outro lado, ter uma ideia clara de que recursos e capacidades lhe conferem uma posição competitiva. vantagem, qual deve ter para isso e qual delas está realmente disponível ou estará disponível. [1]

Os principais materiais na produção de cabos e barramentos são cobre e alumínio - isso se deve à sua alta condutividade elétrica, resistência mecânica suficientemente alta, resistência à corrosão, boa trabalhabilidade, possibilidade de fácil soldagem e soldagem.

Como esse recurso é esgotável, é necessário um uso mais econômico e eficiente.

Falando sobre o desenvolvimento econômico e eficiente da direção da transmissão de eletricidade ao longo de linhas de cabos e canais de ônibus, as seguintes direções podem ser consideradas:

1) Desenvolvimento de novos materiais correspondentes às características elétricas necessárias para a transmissão de energia elétrica.

2) Desenvolvimento de métodos para produção de linhas de cabos e barramentos.

3) Desenvolvimento de novos métodos de transmissão de energia elétrica.

Neste artigo, será proposto um novo método de produção de cabos, baseado no método do efeito de espalhamento de superfície — efeito de pele.

Efeito de superfície no condutor. Efeito de pele. Propriedades de frequência

A corrente alternada é acompanhada por fenômenos eletromagnéticos que levam ao deslocamento de cargas elétricas do centro do condutor para sua periferia. Esse efeito é chamado de efeito de superfície ou efeito de pele. Como resultado desse efeito, a corrente se torna não homogênea. Na periferia, a corrente acaba sendo maior em magnitude do que no centro. Isso se deve à diferença na densidade dos portadores de carga livre na seção transversal perpendicular do condutor em relação à direção da corrente.

A profundidade de penetração atual é determinada de acordo com a expressão:

Usando a fórmula acima para fio de cobre, a uma frequência atual de 50 Hz, a profundidade de penetração é de aproximadamente 9,2 mm. Com efeito, isso significa que, tendo um fio de seção transversal circular com um raio maior que 9,2 mm, não haverá corrente no centro do fio porque não haverá portadores de carga livres.

Quanto maior a frequência atual, menor a profundidade de penetração. Um aumento de duas vezes na frequência atual resultará em uma redução na profundidade de penetração para a raiz quadrada de dois. Se a frequência da corrente aumentar 10 vezes, a profundidade de penetração diminuirá na raiz de 10 vezes.

Gráfico de distribuição atual

O gráfico mostra claramente a distribuição da densidade de corrente J em um condutor redondo (cilíndrico).Além da profundidade de penetração, a densidade de corrente é zero ou desprezível porque não há elétrons livres nesses locais do fio. Não há corrente nesses locais.

Se o material condutor for removido do centro desse fio, onde não há corrente, obtemos um fio oco na forma de um tubo (tubo). As características condutivas não mudarão com isso, já que não havia corrente ali, a resistência de tal fio não mudará, mas características como indutância e capacitância do fio podem mudar.

Uso prático do efeito de pele

Considerando a profundidade de penetração atual para diferentes frequências, se for necessário um fio com um raio maior que a profundidade de penetração, é razoável usar um cabo multipolar. Digamos que para uma frequência de corrente de 50 Hz, o raio limite seja de cerca de 9 mm, o que significa que não faz sentido trabalhar com um fio sólido com raio superior a 9 mm. Isso não aumentará a condutividade porque não haverá corrente no centro do fio, o que é um uso irracional do caro cobre. É por isso que fios e cabos multipolares são usados ​​para grandes seções transversais. [2]

Para economizar recursos, assume-se que é utilizado um fio oco com uma espessura de fio superior a 9 mm.

Hoje, a Luvata fabrica fios ocos.

A Luvata oferece uma ampla gama de fios ocos de cobre para geradores, bobinas magnéticas, fornos de indução e uma ampla variedade de outras aplicações.

A faixa de tamanho do fio oco é de 4 x 4 mm (20 kg / m).

Os fios ocos são feitos de cobre isento de oxigênio OF-OK® de alta pureza com alta condutividade elétrica, não inferior a 100% IACS.Caso seja necessário para as propriedades técnicas do arame oco ter maior ponto de amolecimento ou maior índice de fluência do metal contendo prata cobre, marcas CuAg 0,03% ou CuAg 0,1%, produzido a base de cobre OF-OK®, foram usados.

Fios de cobre ocos são amplamente utilizados em indústrias como geração de energia, equipamentos médicos e de pesquisa. [3]

Aplicações de fio oco

• máquinas de ressonância magnética

• Ímãs para aplicações de física de alta energia

• Aceleradores de partículas

• Geradores

• fornos de indução

• Equipamento de pesquisa de plasma

• agitadores eletrodinâmicos

• Instalações de liga de íons para a produção de microcircuitos

• Separadores de campo magnético de alta intensidade

Mas hoje não há produção de linhas de cabos de arame oco.

Sugerimos usar o seguinte projeto de linha de cabo.

Figura 1. Fio oco

Também sugerimos o uso de uma bainha encalhada.

Figura 2. Um fio oco trançado com uma cavidade preenchida com PVC

Esse desenvolvimento permite o uso econômico e racional dos recursos.